Как да открием и смекчим вибрациите,-предизвикани от потока във вертикален PTFE обменник?

Звукът на PTFE тръбите, танцуващи срещу опорните им плочи, е дълбоко резонансно бръмчене, идващо от висок вертикален топлообменник и бавно нарастване на намаляването на налягането-от страната на черупката. Вибрацията не е просто шум, това е дълъг, постоянен процес на раздразнение и износване, който може да среже тръба. Вибрацията, предизвикана-от поток, е признат механичен проблем във вертикален PTFE обменник. Въпреки това, с подходяща диагностика и целенасочено смекчаване (т.е. добавяне на междинни опори за тръби и промяна на положението на страничната дюза на черупката-), проблемът може да бъде отстранен, преди да възникне повреда на тръбата.

Откриване на вибрации на вертикален PTFE тръбен обменник
Важно е откриването да стане навреме. PTFE тръбите са гъвкави от металните тръби и естествената им честота е естествено ниска. Следното показва, че може да има вибрации, предизвикани от потока:

Доловимо бръмчене или нискочестотен тътен, който варира в зависимост от скоростта на потока.

Спадът на налягането-от страната на черупката се увеличава неочаквано (запушване на каналите на потока от остатъци от раздразнение или деформация на тръбата)

Визуално доказателство по време на изследването - полирани участъци, вдлъбнатини или изтъняване на тръби в отворите на опорната плоча; бял прах (PTFE остатъци от износване) в дъното на корпуса.

Повече изтичане на тръби при връзките между тръба-към-тръбна плоча, генерирано от циклични натоварвания на огъване.

Ако се подозира вибрация, обикновен стетоскоп или измерване с акселерометър върху черупката близо до входната дюза ще идентифицира преобладаващата честота. Естествената честота на най-дългия неподкрепен участък на тръбата се изчислява и сравнява с честотата на завихряне на страничния поток на корпуса.

Физиката на вибрациите, предизвикани от поток във вертикална обвивка
Течността от страната на корпуса, често корозивна течност или газ, навлиза във вертикален PTFE обменник през входна дюза. Два типични метода на възбуждане са

Вихрово отделяне - Когато течността преминава през всяка PTFE тръба, алтернативни вихри се генерират надолу по веригата, осигурявайки променливи повдигащи сили, перпендикулярни на посоката на потока. Резонанс възниква, когато честотата на отпадане се изравни с присъщата честота на тръбата и се получават значителни амплитудни колебания.

Турбулентна струя - Всмукателна дюза под лош ъгъл (напр. тангенциален или страничен-вход без дифузьор) насочва струя с висока скорост директно към тръбния сноп. Струята причинява произволни колебания на налягането, които разклащат тръбите, особено в неподдържаната област в горната част на входа.

Gravity wants to keep tubes vertical but a lengthy unsupported span of tubes (typically >1,5 до 2 м) е доста уязвим. Рискът е най-голям там, където страничната скорост на корпуса е най-голяма, точно след входната дюза.

Стратегия за смекчаване: укрепване на тръбите, успокояване на потока
Решението е да стегнете тръбите и да успокоите потока. Две основни корективни дейности се провеждат самостоятелно или в комбинация.

1. Инсталирайте опорни плочи за междинна тръба
Чрез намаляване на неподдържаната дължина на PTFE тръбите, твърдостта се увеличава и естествената честота става много по-висока от честотата на завихряне. Допълнителни опорни плочи се добавят между съществуващите горни и долни тръбни листове във вертикален топлообменник.

Важни критерии за проектиране на допълнителни опорни плочи:

Материал – PTFE{0}}покрити или облицовани с флуорополимер-метални пластини, или твърди PTFE плочи с достатъчна дебелина, за да се избегне огъване.

Разстояние между отворите - Отворите трябва да са с 0,5-1,0 mm по-големи от OD на тръбата Твърде стегнати: прищипване на тръбата, износване; твърде хлабав: твърде много странично движение.

Подравняване - Всички опорни плочи трябва да са точно подравнени с тръбните листове, така че тръбите да не се огънат по време на монтажа. Препоръчват се лазерно подравняване или прецизни приспособления.

Брой и разстояние – Максималният неподдържан обхват трябва да бъде намален до точка, в която естествената честота на тръбата е над най-високата прогнозирана честота на вихрово отделяне. Типичните PTFE тръби (6-12 mm OD) са безопасни за скорости на водата от страната на корпуса до 1,5 m/s, ако разстоянията са 300-500 mm.

Добавянето на опорни плочи към съществуващ топлообменник включва премахване на тръбния сноп, пробиване или заваряване на монтажните пръти на опорната плоча и след това внимателно повторно -сглобяване. Това е голяма, проста модернизация.

2. Променете ориентацията на страничната дюза на корпуса и осигурете плоча за удар
Всмукването-отстрани на корпуса е често срещана причина за вибрации. Тангенциална дюза генерира вихров поток, който протича по цялата дължина на черупката. Лошо позиционирана радиална дюза (напр. насочена право към тръбния сноп) произвежда високо-скоростна струя, която удря горните тръби.

Смекчаващи мерки:

Променете входната дюза от тангенциална на радиална, така че потокът да е насочен успоредно на тръбните листове или на стената на корпуса, а не на снопа.

Инсталирайте пластина за удар (дифузьор или разпределител на потока) непосредствено в корпуса срещу всмукателната дюза. Плочата е плосък или извит метален лист, обикновено облицован с PTFE-, който прекъсва струята и разпределя потока равномерно върху напречното-сечение на корпуса.

Поставете перфорирана преграда на или близо до входа, за да намалите скоростта, преди да влезе в контакт с тръбния сноп.

Тези модификации намаляват максималната скорост и премахват компонента на завихрянето, така че както амплитудите на блъскането, така и на вихровото отделяне са значително намалени.

Бележки относно техническата точност
Естествената честота на тръбата трябва да се поддържа много по-висока от честотата на вихрово излъчване. За PTFE тръбите модулът на еластичност е нисък (приблизително 400-500 MPa), така че дори умерени разстояния (1 метър) могат да резонират при скорости на потока до 0,5-0,8 m/s. Изчислението се препоръчва да се направи с уравнението на лъча на Ойлер-Бернули с фиксирани крайни условия.

Скоростта от страната на корпуса близо до входната дюза е най-висока. Тази зона е ключовата зона за задействане на вибрациите. По този начин опорните плочи трябва да бъдат разположени по-близо в горната част на топлообменника и входният дифузор трябва да бъде правилно планиран.

Съществуващи звена Практическа полева инспекция
При извикване на място на вибриращ вертикален PTFE обменник се прави следното:

Измерете амплитудата и честотата на вибрациите на различни височини с помощта на акселерометър.

Задайте критичната скорост на вихровото отделяне да е равна на естествената честота на тръбата.

Ако топлообменникът може да се отвори, проверете вътрешния пакет за следи от нарязване на тръбата и износване на отвора на опорната плоча.

Предложете ремонт – добавете 2-3 междинни опорни пластини и ако дюзата е тангенциална, добавете опорна пластина. Като алтернатива може да се проектира преместване на входната дюза отстрани на корпуса.

Резюме
Генерираните от потока вибрации във вертикален PTFE топлообменник са механичен проблем, който може да бъде решен, за предпочитане на етапа на проектиране, чрез осигуряване на подходяща опора на тръбата и добре-проектиран всмукателен отвор-отстрани на корпуса. Добавянето на опорни плочи за междинни тръби и плоча за-разпръскване на потока към съществуваща вибрираща машина може да заглуши бръмченето и да спаси тръбите. В много химически операции и операции по нанасяне на покритие вертикалните модернизации на тефлоновия топлообменник са успешно използвани за смекчаване на вибрациите на тръбите. Тихият, спокоен тръбен пакет е здравословен-и с добро инженерство тази тишина може да бъде възстановена.