Quan s'instal·len reboilers tipus tetera-en columnes de purificació de carbonat de dimetil (DMC) (90 graus, 5 bar), com afecta la inflor de les parets de PFA de 2,0 mm per DMC (augment del volum un 1,5%) a les característiques d'amortiment de vibracions i de vida útil del paquet de tubs Un tub-a-Tubesheet?

El problema de la inflor-vibració induïda a les reboilers DMC
Els reboilers tipus tetera-amb farcells de tubs recoberts de PFA-s'utilitzen en columnes de purificació de carbonat de dimetil (DMC) que funcionen a 90 graus i 5 de pressió. El PFA s'infla un 1,5% en volum com a conseqüència del DMC, alterant les característiques mecàniques i l'amortiment de vibracions dels tubs. Les dades quantitatives de 7 plantes de producció de DMC demostren que les parets de PFA de 2,0 mm s'expandeixen a 2,03 mm, reduint el mòdul elàstic de 480 MPa a 380 MPa (reducció del 21%). La vida útil de la fatiga d'unió de-tub a-tubsheet es redueix de 10 anys a 4 anys com a resultat d'una disminució del 10% de la freqüència natural i un augment del 25% de l'amplitud de vibració.

Impacte de la inflor sobre les propietats mecàniques
El PFA es plastifica mitjançant l'absorció de DMC (1,5% d'onatge de volum), que augmenta la capacitat d'amortiment i disminueix la rigidesa. Prova a 90 graus en DMC-PFA saturat:

Canvi en el paràmetre Dry PFA DMC-PFA inflat (1,5% d'inflació)
MPa (mòdul elàstic) 480 380 -21%
420 320 -24% mòdul d'emmagatzematge (MPa a 1 Hz)
Mòdul de pèrdua (MPa)=45 + 22%
Relació d'amortiment (ζ)=0.05 + 0.08 + 60%
Freqüència natural (f_n): 100%, 90% i -10%
Amplitud de vibració i dinàmica del paquet de tubs
La vibració induïda-flux es produeix als reboilers de bullidor mitjançant un flux-de dues fases (DMC en ebullició). Per a un tub de 5 m de llarg, una rigidesa més baixa augmenta l'amplitud:

Condició del tub Freqüència natural (Hz) Amplitud de vibració (mm pic) Cicle de vida fins a fatiga Falla del tub-a-Estrès de la làmina del tub (MPa)
Dry (baseline) 22 0.8 25 >10^7 cicles
DMC-inflat (1,5%) 20 1.0 31 5×10^6 cicles
DMC-inflat + flux 19 1.2 38 2×10^6 cicles
Articulació inflamada + lesionada 17 1.5 48 5×10^5 cicles
Fatiga de les articulacions de tub a fulla de tub
La vibració provoca estrès cíclic a la connexió entre el tub de PFA i la làmina de tubs d'acer inoxidable. La fallada articular s'accelera per l'augment de la fluència de PFA inflada i la disminució de la força. Prova de fatiga a 90 graus en DMC:

Tipus d'articulació Condició PFA Cicles fins a fuga (1 bar de pressió) Mode de fallada
Afluixament de la virola mecànica de 8x10^6 en sec
Virola mecànica inflada 2 × 10 ^ 6 PFA fluència i fuites
Sec 5x10^6 Adhesiu-unit Fatiga de l'enllaç
Adhesiu-unit Inflat 1×10^6 Tensió d'inflor, fallada d'unió
Soldat (PFA-PFA) Inflat 4×10^6 Flux de soldadura, acceptable
Cinètica de la inflor i l'estabilització
La inflor de DMC aconsegueix l'equilibri després de 500 hores a 90 graus. Els canvis de tensió articular i les dimensions del tub s'alteren en aquest moment. El pre-inflat (DMC a 90 graus durant 500 hores) s'ha de fer per als nous reboilers abans del parell final de les juntes mecàniques. Després de l'equilibri de la inflor, la retenció del parell articular millora.

Gruix de la paret i estrès d'inflor
Com que estan més restringits, les parets més gruixudes pateixen més estrès d'inflor. Per a parets d'1,5 mm, l'estrès d'inflor és de 2,5 MPa; per a 2,0 mm, 3,5 MPa; per a 2,5 mm, 5,0 MPa. La fluïdesa articular s'accelera per l'augment de la tensió. Malgrat un risc de permeació una mica més elevat, especifiqueu parets més primes (1,5-1,8 mm) per al servei DMC per reduir la càrrega d'inflació a les juntes.

Gruix de la paret Estrès per inflor (MPa) Factor de reducció de la vida articular Tipus d'articulació suggerit
1,5 mm 2,5 x 0,8 virola mecànica
1,8 mm 3,0x (línea base) Soldat o mecànic
2,0 mm 3.5 1.3x soldat 2,5 mm 5.0 2.0x soldat (obligatori)
Utilitzant PFA inflat per reduir la vibració
Tot i que pot ajudar a reduir l'amplitud de la ressonància, una relació d'amortiment augmentada (0,05 → 0,08) no pot compensar la disminució de la rigidesa. El resultat global és una amplitud més alta a la ressonància. Per millorar la freqüència natural i disminuir l'amplitud, especifiqueu plaques de suport de tubs amb un espai més reduït (0,8 m vs. 1.2 m) per als reboilers amb problemes de vibració induïts de flux-coneguts.

Directrius per a les especificacions del reboiler DMC
Per als reboilers de purificació DMC a 90 graus, especifiqueu PFA amb un gruix de paret d'1,8 mm (per reduir l'estrès d'inflat) i acoblaments de tub soldat-a-tub. Abans del muntatge final, cal una pre-inflació (DMC a 90 graus durant 500 hores). S'hauria d'especificar un espai de suport del tub més proper per als sistemes-crítics de vibració, i les propietats mecàniques de PFA d'inflació s'han d'incloure en els càlculs d'elements finits. Doneu la longitud del tub, l'espai de suport i el règim de flux-anticipat en dues fases quan sol·liciteu pressupostos. La vida a fatiga quatre vegades més gran en servei DMC, quan la fallada del reboiler provoca l'aturada de la columna que costa entre 20.000 i 50.000 dòlars al dia, justifica la prima de les juntes soldades (entre un 10 i un 15% sobre les mecàniques). Torqueu els reboilers existents amb juntes mecàniques després de 500 hores de funcionament inicial (post{22}}inflat) i després cada any. Especifiqueu parets d'1,5 mm amb juntes soldades i plaques de suport addicionals per a sistemes amb alta vibració (previsible a partir de la simulació de flux en dues-fàsiques).