Kako otkriti i ublažiti protok{0}}inducirane vibracije cijevi u okomitom PTFE izmjenjivaču?

Zvuk PTFE cijevi koje plešu na svojim nosećim pločama duboko je rezonantno zujanje koje dolazi iz visokog okomitog izmjenjivača topline i sporog porasta pada tlaka-na strani školjke. Vibracija nije samo buka, to je dug, uporan proces trzanja i trošenja koji može presjeći cijev. Protokom-inducirane vibracije su poznati mehanički problem u okomitom PTFE izmjenjivaču. Međutim, uz odgovarajuću dijagnozu i usmjereno ublažavanje (tj. dodavanje srednjih nosača cijevi i mijenjanje položaja bočne mlaznice školjke-), problem se može riješiti prije nego što dođe do kvara cijevi.

Detekcija vibracija na okomitom PTFE cijevi izmjenjivača
Neophodno je rano otkrivanje. PTFE cijevi su fleksibilnije od metalnih cijevi i njihova je prirodna frekvencija prirodno niska. Sljedeće pokazuje da bi mogle biti prisutne vibracije izazvane protokom:

Čujno zujanje ili niskofrekventna tutnjava koja varira s brzinom protoka.

Pad tlaka-na strani ljuske neočekivano se povećava (blokada kanala protoka ostacima trzanja ili deformacijom cijevi)

Vizualni dokazi tijekom pregleda - polirana područja, zarezi ili stanjivanja na cijevima na rupama potporne ploče; bijeli prah (PTFE ostaci trošenja) u dnu školjke.

Više curenja cijevi na spojevima cijevi-na-cijevne ploče generirano cikličkim opterećenjem savijanja.

Ako se sumnja na vibracije, jednostavnim stetoskopom ili mjerenjem akcelerometra na školjki blizu ulazne mlaznice identificirat će se prevladavajuća frekvencija. Vlastita frekvencija najdužeg raspona neoslonjene cijevi mora se izračunati i usporediti s frekvencijom odvajanja vrtloga bočnog toka ljuske.

Fizika vibracija induciranih strujanjem u okomitoj ljusci
Tekućina na strani školjke, često korozivna tekućina ili plin, ulazi u vertikalni PTFE izmjenjivač preko ulazne mlaznice. Dvije tipične metode pobude su

Odvajanje vrtloga - Kako tekućina prolazi pored svake PTFE cijevi, nizvodno se generiraju naizmjenični vrtlozi, pružajući promjenjive sile podizanja okomite na smjer protoka. Rezonancija se događa kada se frekvencija odlijevanja izjednači s inherentnom frekvencijom cijevi, te se proizvode značajne oscilacije amplitude.

Turbulentno bufetiranje - Usisna mlaznica pod lošim kutom (npr. tangencijalni ili bočni-ulaz bez difuzora) usmjerava mlaz velike brzine izravno na snop cijevi. Mlaz uzrokuje nasumične fluktuacije tlaka koje potresaju cijevi, osobito u području bez potpore na vrhu na ulazu.

Gravity wants to keep tubes vertical but a lengthy unsupported span of tubes (typically >1,5 do 2 m) prilično je ranjiva. Rizik je najveći tamo gdje je bočna brzina granate najveća, odmah nizvodno od ulazne mlaznice.

Strategija ublažavanja: ukrućenje cijevi, smirivanje protoka
Rješenje je zategnuti cijevi i smiriti protok. Dvije glavne korektivne aktivnosti provode se pojedinačno ili u kombinaciji.

1. Ugradite potporne ploče srednje cijevi
Smanjenjem nepodržane duljine PTFE cijevi, povećava se krutost i prirodna frekvencija postaje puno viša od frekvencije vrtložnog odlijevanja. Dodatne potporne ploče dodaju se između postojećih gornjih i donjih cijevnih ploča u okomitom izmjenjivaču.

Važni kriteriji dizajna za dodatne potporne ploče:

Materijal – metalne ploče presvučene PTFE-ili fluoropolimerom-ili čvrste PTFE ploče dovoljne debljine da se izbjegne savijanje.

Razmak rupa - Rupe bi trebale biti 0,5-1,0 mm veće od vanjskog promjera cijevi. Pretijesno: priklještenje cijevi, habanje; previše labavo: previše bočnog pomicanja.

Poravnanje - Sve potporne ploče moraju biti točno poravnate s pločama cijevi tako da se cijevi ne savijaju tijekom sastavljanja. Savjetuje se lasersko poravnanje ili precizne šablone.

Broj i razmak – Maksimalni nepodržani raspon trebao bi se smanjiti na točku u kojoj je prirodna frekvencija cijevi iznad najveće predviđene frekvencije odlijevanja vrtloga. Tipične PTFE cijevi (6-12 mm OD) sigurne su za brzine vode na strani školjke do 1,5 m/s, ako su rasponi 300-500 mm.

Dodavanje potpornih ploča postojećem izmjenjivaču uključuje uklanjanje snopa cijevi, bušenje ili zavarivanje montažnih šipki potporne ploče, a zatim pažljivo ponovno -sastavljanje. To je velika, jednostavna retrofit.

2. Promijenite orijentaciju bočne mlaznice školjke i postavite udarnu ploču
Usis-na strani školjke čest je uzrok vibracija. Tangencijalna mlaznica stvara vrtložni tok koji se proteže cijelom dužinom školjke. Loše postavljena radijalna mlaznica (npr. usmjerena ravno na snop cijevi) proizvodi mlaz velike-brzine koji pogađa gornje cijevi.

Mjere ublažavanja:

Promijenite ulaznu mlaznicu s tangencijalne na radijalnu tako da je protok usmjeren paralelno na cijevne ploče ili na stijenku ljuske, a ne na snop.

Ugradite udarnu ploču (difuzor ili razdjelnik protoka) odmah u školjku nasuprot usisnoj mlaznici. Ploča je ravna ili zakrivljena metalna ploča, općenito obložena PTFE-om, koja prekida mlaz i ravnomjerno raspoređuje struju po presjeku školjke.

Postavite perforiranu pregradu na ulaz ili blizu njega kako biste smanjili brzinu prije nego što dođe u dodir sa snopom cijevi.

Ove izmjene smanjuju maksimalnu brzinu i uklanjaju vrtložnu komponentu tako da su i amplitude udara i odbacivanja vrtloga znatno smanjene.

Napomene o tehničkoj točnosti
Prirodna frekvencija cijevi trebala bi biti daleko viša od frekvencije rasipanja vrtloga. Za PTFE cijevi modul elastičnosti je nizak (približno 400-500 MPa) tako da čak i umjereni rasponi (1 metar) mogu rezonirati pri brzinama protoka od samo 0,5-0,8 m/s. Proračun se preporuča napraviti s Euler-Bernoullijevom jednadžbom snopa s fiksno-fiksnim krajnjim uvjetima.

Brzina na strani ljuske u blizini ulazne mlaznice je najveća. Ova zona je ključna zona za okidač vibracije. Stoga bi potporne ploče trebale biti bliže postavljene u gornjem dijelu izmjenjivača, a ulazni difuzor mora biti pravilno planiran.

Praktična terenska inspekcija postojećih jedinica
Kada se pozove na lokaciju na vibrirajućem vertikalnom PTFE izmjenjivaču, radi se sljedeće:

Izmjerite amplitudu i frekvenciju vibracija na različitim visinama pomoću akcelerometra.

Postavite kritičnu brzinu odvajanja vrtloga na jednaku prirodnoj frekvenciji cijevi.

Ako se izmjenjivač može otvoriti, pregledajte unutarnji snop radi tragova struganja cijevi i istrošenosti otvora potporne ploče.

Predložite ponovnu ugradnju – dodajte 2-3 srednje potporne ploče i ako je mlaznica tangencijalna dodajte udarnu ploču. Alternativno se može dizajnirati premještanje ulazne mlaznice sa strane školjke.

Sažetak
Vibracije generirane protokom u okomitom PTFE izmjenjivaču mehanički su problem koji se može riješiti, po mogućnosti u fazi projektiranja, pružanjem odgovarajuće potpore cijevi i dobro-dizajniranog-usisnog otvora na strani školjke. Dodatak potpornih ploča srednje cijevi i udarne ploče-difuzije protoka postojećem vibrirajućem stroju može utišati zujanje i sačuvati cijevi. Imali smo iskustva u naknadnoj opremi vertikalnih PTFE izmjenjivača za smanjenje vibracija cijevi u mnogim kemijskim trgovinama i trgovinama za galvanizaciju. Tih, miran snop cijevi je zdrav snop cijevi. A s ispravnim inženjeringom, možete vratiti tu tišinu.