Когато титанов нагревател е монтиран хоризонтално в резервоар за отпадъчни води за десулфуризация на димни газове при pH 2,5, кое опорно разстояние (600 mm спрямо . 900 mm) минимизира -умората от вибрации, предизвикана от потока?

Резервоарите за десулфуризация на димни газове обикновено съдържат течност с pH 2,5 и високи нива на хлорид (10 000-30 000 ppm) и суспендирани частици като гипс и варовик. Хоризонталните титаниеви нагреватели се поддържат по дължината им на интервали. Вихрово отделяне и турбуленция, дължащи се на поток през тръбите от бъркалки, рециркулационни помпи или разпръскване на газ Естествената честота намалява за гъвкав тръбен участък при опорно разстояние от 900 mm. Честотите на вихрово отделяне с типични скорости на потока на FGD от 0,5 до 2 m/s могат да възбудят тръбата в резонанс и потенциално да доведат до висока умора при цикъл. Естествената честота на тръбата се повишава над диапазона на възбуждане чрез използване на по-близко опорно разстояние от 600 mm, което намалява амплитудата на вибрациите и повредата от умора. За тръби с диаметър 25 mm при скорости на потока от 1,5 m/s, разстоянието от 600 mm позволява безопасна работа, докато разстоянието от 900 mm води до резонанс и умора в рамките на месеци.

Поток-Умора от вибрации в тръбни снопове: Механизмът

Когато течността тече през тръба, вихрите се отделят последователно от горната и долната повърхност на тръбата с честота f_v=(St × V)/D, където St е числото на Струхал (около 0,2 за цилиндри), V е скоростта на потока и D е външният диаметър на тръбата. За тръба с диаметър 25 mm при 1,5 m/s f_v е около 12 Hz. Ако присъщата честота f_n на тръбата е в рамките на 20% от f_v, възниква резонанс и амплитудата на вибрациите се умножава от 10 до 50 пъти. Напукването от умора е следствие от циклично напрежение на огъване в опорите. Границата на умора за титан клас 2 е около 200 MPa. При резонанс деформациите могат да бъдат повече от 300 MPa и повреда от умора може да се случи за 105 до 106 цикъла, което означава седмици или месеци непрекъсната работа. Естествената честота зависи от разстоянието между опорите и е свързана с обратния квадрат на дължината на обхвата: f_n ∝ 1/L².

Количествена собствена честота и живот на умора за различни разстояния на опорите

Естествената честота и животът на умора са изчислени и валидирани за 25 mm OD, 1,5 mm дебелина на стената, титаниева тръба от клас 2, пълна с изолация от магнезиев оксид и съпротивителен проводник. Естествената честота за разстоянието между опорите от 600 mm е 22–28 Hz, което е по-високо от обичайния диапазон на честотата на отделяне на вихри при скорости на потока от 0,6–1,8 m/s (5–15 Hz). Амплитудата на вибрациите все още е под 0,1 mm и животът на умора надхвърля 10^8 цикъла, което е ефективно неограничено за практически цели. Естествената честота с разстояние от 750 mm е в диапазона от 14–18 Hz, което се припокрива с диапазона на проливане при скорости от 1,0–1,3 m/s. Резонансът е умерен с амплитуди 0,2–0,5 mm и животът на умора пада до 10 6 до 10 7 цикъла, което се равнява на 1–10 години в зависимост от условията на потока. Естествената честота пада до 9-12 Hz при разстояние 900 mm. Това е в диапазона на проливане за скорости от 0,7-1,5 m/s. Високият риск от резонанс води до амплитуди от 0,5 – 2 mm и живот на умора до 104 – 105 цикъла, което е седмици или месеци. 1, 200 mm разстояние дава естествени честоти от 5-7 Hz и значителен резонанс с типични потоци и не се препоръчва за непрекъснато обслужване.

Ефект на скоростта на потока и диаметъра на тръбата върху критичното разстояние

Решаващото опорно разстояние е функция на външния диаметър на тръбата и проектирания диапазон на скоростта на потока. Диапазонът на вихрово отделяне е 5-10 Hz за 20 mm тръба със скорости на потока 0,5-1,0 m/s и минималното опорно разстояние за избягване на резонанс е 700 mm. За 20 mm тръба обхватът на отделяне е 10-15 Hz със скорости 1,0-1,5 m/s. Минималното разстояние е 600 mm. За 25 mm тръба при скорости от 0,5–1,0 m/s разсейването е 4–8 Hz и минималното разстояние е 800 mm. За 25 mm тръба при скорости 1,0–1,5 m/s отделянето е 8–12 Hz и минимално разстояние 650 mm. За тръба с диаметър 25 mm и скорости от 1,5–2,0 m/s отделянето е 12–16 Hz и минималното разстояние е 600 mm. За 32 mm тръба при 1,5–2,0 m/s скорости разсейването е 9–13 Hz и минималното разстояние е 700 mm. Колкото по-малко разстояние между опорите е необходимо за по-високи скорости на потока, независимо от диаметъра на тръбата.

Ръководство за избор на интервали за поддръжка на FGD Efluent Service

Следващата таблица дава препоръчителното опорно разстояние за хоризонтални титаниеви нагреватели, работещи с отпадъчни води от десулфуризация на димни газове при pH 2,5 въз основа на очакваната скорост на потока и желания живот на умора.

Диапазон на скоростта на потока (m/s) Външен диаметър на тръбата (mm) Препоръчително разстояние между опорите (mm) Очакван живот на умора Доминираща повреда, ако разстоянието е превишено<0.8 20-25 900 > 10 yearsSlight vibration
>10 години 0.8-1.2 20 700 Вибрационна умора
0.8-1.2 25 800 >10 години Вибрационна умора
1.2-1.6 20 600 >10 години Вибрационна умора
1.2-1.6 25 650 5-10 години ВИБРАЦИЯ НА УМОРА
1,6–2.0 20 550 5–10 годиниЕрозия-корозията може да доминира2,0 Всеки 500<5 years Combined flow impacts
Инженеринг извън опорното разстояние

Поддържащият материал има голямо влияние върху живота на умора. Твърдите опори, заварени към тръбата, предават пълното вибрационно натоварване. Гъвкавите опори, като PTFE-облицовани скоби, намаляват вибрациите с 30-50%. Твърдостта на огъване се влияе от дебелината на стената на тръбата и стена от 2,0 mm предлага 2,4 пъти по-голяма якост на огъване от стена от 1,5 mm, позволявайки разстоянието между опорите да бъде увеличено с 15 – 20%. Степента на титан (степен 2 срещу степен 7) не влияе на твърдостта или устойчивостта на умора, тъй като имат еднакви модули на еластичност. Химическият състав на изтичащия поток от FGD (pH 2,5, високо съдържание на хлориди) не ускорява значително развитието на счупване от умора, докато тръбата се поддържа пасивна. При наличие на корозионни ями, които действат като концентратори на напрежения, животът на умора се намалява с 50-90%. Доброто заземяване за избягване на блуждаещи токове също намалява локалната корозия, която може да бъде място за развитие на пукнатини.

Създаване на добре{0}}информирана спецификация

Изчислете прогнозираната скорост на потока през тръбите за хоризонтален титанов нагревател в отпадъчния поток от скрубер FGD при pH 2,5. За скорости от 1,0 до 1,5 m/s, типични за резервоари за FGD с разбъркване, посочете опорно разстояние от 600 mm за тръби с външен диаметър 20 mm или 650 mm за тръби с 25 mm. Изисквайте гъвкави опори (скоби, облицовани с PTFE), а не твърди заварени скоби. Съществуващите нагреватели с обхват от 900 mm и вибрации трябва да имат добавени междинни опори, за да се намали обхватът до 600 mm. За пускане в експлоатация използвайте акселерометър за измерване на амплитудата на вибрациите на тръбата. Ако амплитудата е по-голяма от 0,2 mm при което и да е състояние на потока, добавете опори или намалете скоростта на помпата. Инженерът избира правилното разстояние между опорите, 600 mm вместо 900 mm, за да сведе до минимум вибрационната умора,-предизвикана от потока за дългосрочна-надеждност при тежки FGD отпадъчни води.