Com detectar i mitigar el flux-vibració del tub induïda en un intercanviador vertical de PTFE?

El so dels tubs de PTFE que ballen contra les seves plaques de suport és un brunzit ressonant profund que prové d'un intercanviador de calor vertical alt i un augment lent de la disminució de la pressió-del costat de la closca. La vibració no és només soroll, és un procés llarg i persistent de fregament i desgast que pot tallar un tub. La vibració induïda pel flux-és una preocupació mecànica reconeguda en un intercanviador vertical de PTFE. Tanmateix, amb un diagnòstic adequat i una mitigació enfocada (és a dir, afegint suports de tub intermedis i alterant la posició del broquet lateral de la closca-), el problema es pot solucionar abans que es produeixi una fallada del tub.

Detecció de vibracions en un intercanviador de tubs de PTFE vertical
És essencial que la detecció es produeixi precoçment. Els tubs de PTFE són flexibles que els tubs metàl·lics i la seva freqüència natural és naturalment baixa. El següent mostren que la vibració induïda pel flux pot estar present:

Un brunzit audible o un soroll de baixa freqüència que varia amb el cabal.

La caiguda de pressió lateral-de la carcassa augmenta de manera inesperada (obstrucció dels canals de flux per deixalles o deformació del tub)

Evidència visual durant l'examen - zones polides, osques o aprimament dels tubs als forats de la placa de suport; pols blanca (desgast de PTFE) a la part inferior de la carcassa.

Més fuites de tubs a les unions de tub-a-tubs generades per càrregues de flexió cícliques.

Si se sospita de vibració, un simple estetoscopi o una mesura d'acceleròmetre a la carcassa prop del broquet d'entrada identificaran la freqüència predominant. La freqüència natural de l'envergadura més llarga del tub sense suport s'ha de calcular i comparar amb la freqüència de despreniment del vòrtex del flux lateral de la carcassa.

La física de la vibració induïda pel flux en una carcassa vertical
El fluid del costat de la carcassa, sovint un líquid o gas corrosiu, entra a un intercanviador vertical de PTFE mitjançant un filtre d'entrada. Dos mètodes típics d'excitació són

Vessió de vòrtex - A mesura que el fluid passa per cada tub de PTFE, es generen vòrtexs alternatius aigües avall, proporcionant forces de sustentació variables perpendiculars a la direcció del flux. La ressonància es produeix quan la freqüència de vessament és igual a la freqüència inherent del tub i es produeixen oscil·lacions d'amplitud importants.

Bufet turbulent - Un broquet d'admissió mal inclinat (p. ex. tangencial o entrada lateral-sense difusor) dirigeix ​​un doll d'alta velocitat directament cap al feix de tubs. El doll provoca fluctuacions de pressió aleatòries que sacsegen els tubs, especialment a la regió no suportada a la part superior de l'entrada.

Gravity wants to keep tubes vertical but a lengthy unsupported span of tubes (typically >1,5 a 2 m) és força vulnerable. El risc és més gran allà on la velocitat lateral de la closca és més gran, just aigües avall del broquet d'entrada.

Estratègia de mitigació: enduriment dels tubs, calmant el flux
La solució és estrènyer els tubs i calmar el flux. Dues activitats correctives principals es duen a terme individualment o en combinació.

1. Instal·leu plaques de suport del tub intermedi
En reduir la longitud no suportada dels tubs de PTFE, la rigidesa augmenta i la freqüència natural es fa molt més alta que la freqüència de vessament del vòrtex. S'afegeixen plaques de suport addicionals entre les làmines de tubs superior i inferior existents en un intercanviador vertical.

Criteris de disseny importants per a plaques de suport addicionals:

Material: plaques metàl·liques recobertes de-PTFE o fluoropolímer-, o plaques de PTFE sòlides de gruix suficient per evitar la flexió.

Espai lliure dels forats - Els forats han de ser 0,5-1,0 mm més grans que el dia exterior del tub Massa ajustat: pessic del tub, desgast; massa fluix: massa moviment lateral.

Alineació - Totes les plaques de suport han d'estar alineades exactament amb les làmines de tubs perquè els tubs no es dobleguin durant el muntatge. S'aconsella l'alineació làser o les plantilles precises.

Nombre i espai: l'envergadura màxima sense suport s'ha de reduir fins a un punt en què la freqüència natural del tub estigui per sobre de la freqüència de despreniment del vòrtex més alta prevista. Els tubs típics de PTFE (6-12 mm OD) són segurs per a velocitats de l'aigua del costat de la closca de fins a 1,5 m/s, si els intervals són de 300 a 500 mm.

L'addició de plaques de suport a un intercanviador existent implica treure el feix de tubs, perforar o soldar les barres de muntatge de la placa de suport i, a continuació, tornar a muntar-con precaució. És una reforma gran i senzilla.

2. Canvieu l'orientació del broquet lateral de la carcassa i proporcioneu una placa d'impacte
L'entrada lateral-de la carcassa és una causa habitual de vibració. Un broquet tangencial genera un flux giratori que recorre tota la longitud de la closca. Un broquet radial mal posicionat (per exemple, dirigit directament al feix de tubs) produeix un raig d'-alta velocitat que colpeja els tubs superiors.

Mesures de mitigació:

Canvieu el broquet d'entrada de tangencial a radial de manera que el flux es dirigeixi paral·lel a les làmines de tubs o a la paret de la closca, no al feix.

Instal·leu una placa d'impacte (difusor o distribuïdor de flux) immediatament a la carcassa oposada al broquet d'admissió. La placa és una làmina metàl·lica plana o corbada, generalment recoberta de PTFE-, que trenca el doll i distribueix el flux uniformement sobre la secció transversal-de la closca.

Col·loqueu un deflector perforat a l'entrada o prop de l'entrada per reduir la velocitat abans que entri en contacte amb el feix de tubs.

Aquestes modificacions redueixen la velocitat màxima i eliminen el component de remolí, de manera que tant les amplituds de vessament com de vòrtex es redueixen molt.

Notes sobre precisió tècnica
La freqüència natural del tub s'ha de mantenir molt més alta que la freqüència de despreniment del vòrtex. Per als tubs de PTFE, el mòdul d'elasticitat és baix (aproximadament 400-500 MPa) de manera que fins i tot els trams moderats (1 metre) poden ressonar a velocitats de flux tan baixes com 0,5-0,8 m/s. Es recomana que el càlcul es faci amb l'equació del feix d'Euler-Bernoulli amb condicions d'extrem fix-fix.

La velocitat al costat de la closca prop del broquet d'entrada és la més alta. Aquesta zona és la zona clau per al disparador de la vibració. Així, les plaques de suport s'han de situar més a prop de la part superior de l'intercanviador i el difusor d'entrada s'ha de planificar adequadament.

Unitats existents Inspecció pràctica de camp
Quan es crida a una ubicació en un intercanviador de PTFE vertical vibrant, es fa el següent:

Mesureu l'amplitud i la freqüència de la vibració a diverses elevacions mitjançant un acceleròmetre.

Estableix la velocitat crítica de despreniment del vòrtex per igual a la freqüència natural del tub.

Si es pot obrir l'intercanviador, inspeccioneu el paquet interior per veure si hi ha marques de fretting del tub i el desgast dels forats de la placa de suport.

Proposeu un reacondicionament: afegiu 2-3 plaques de suport intermèdies i, si el broquet és tangencial, afegiu-hi una placa d'impacte. Alternativament, es pot dissenyar una reubicació del filtre d'entrada lateral de la carcassa.

Resum
La vibració generada pel flux en un intercanviador de PTFE vertical és un problema mecànic que es pot resoldre, preferiblement en l'etapa de disseny, proporcionant un suport de tub adequat i una entrada lateral de la carcassa-ben dissenyada. L'addició de plaques de suport de tubs intermèdies i una placa d'impacte-difusora de flux a una màquina vibrant existent pot silenciar el brunzit i estalviar els tubs. Hem tingut experiència en la readaptació d'intercanviadors verticals de PTFE per reduir les vibracions dels tubs en molts tallers químics i de xapa. Un paquet de tubs tranquil i tranquil és un paquet de tubs saludable. I amb l'enginyeria correcta, podeu recuperar aquest silenci.