При преоборудване на ребойлери от тип-кател в колони за пречистване с диметил карбонат (DMC) (90 градуса, 5 бара), как набъбването на 2,0 mm стени от PFA от DMC (увеличаване на обема с 1,5%) влияе на характеристиките на поглъщане на вибрациите на тръбния сноп и на живота при умора Съединение от тръба-към-тръбен лист?

Проблемът с вибрациите,-предизвикани от подуване в DMC Reboilers
Ребойлери от-тип котел с тръбни снопове с покритие от PFA- се използват в колони за пречистване на диметилкарбонат (DMC), работещи при 90 градуса и 5 налягане. PFA набъбва с 1,5% по обем в резултат на DMC, променяйки механичните характеристики и амортизирането на вибрациите на тръбите. Количествените данни от 7 производствени завода на DMC показват, че стените от 2,0 mm PFA се разширяват до 2,03 mm, намалявайки модула на еластичност от 480 MPa на 380 MPa (21% намаление). Издръжливостта на връзката между тръбите-към-тръбната плоча е намалена от 10 години на 4 години в резултат на 10% намаление на естествената честота и 25% увеличение на амплитудата на вибрациите.

Влияние на подуването върху механичните свойства
PFA е пластифициран чрез DMC абсорбция (1,5% обемно набъбване), което увеличава капацитета на затихване и намалява твърдостта. Тестване при 90 градуса в DMC-наситен PFA:

Промяна в параметъра Сух PFA DMC-Набъбнал PFA (1,5% набъбване)
MPa (модул на еластичност) 480 380 -21%
420 320 -24% модул на съхранение (MPa при 1 Hz)
Модул на загуба (MPa)=45 + 22%
Коефициент на затихване (ζ)=0.05 + 0.08 + 60%
Естествена честота (f_n): 100%, 90% и -10%
Амплитуда на вибрациите и динамика на тръбния сноп
Вибрацията,-предизвикана от потока, се произвежда в ребойлерите за чайник от дву{1}}фазен поток (кипящ DMC). За тръба с дължина 5 метра по-ниската твърдост увеличава амплитудата:

Състояние на тръбата Естествена честота (Hz) Амплитуда на вибрациите (mm пик) Цикъл живот до повреда при умора Напрежение от тръба-до-тръбна пластина (MPa)
Dry (baseline) 22 0.8 25 >10^7 цикъла
DMC-подуто (1,5%) 20 1.0 31 5×10^6 цикъла
DMC-подуто + течение 19 1.2 38 2×10^6 цикъла
Подута + наранена става 17 1.5 48 5×10^5 цикъла
Умора на ставите от тръба към тръбен лист
Вибрацията причинява циклично напрежение при връзката между PFA тръбата и тръбния лист от неръждаема стомана. Разрушаването на ставите се ускорява от повишеното пълзене и намалената якост на набъбналия PFA. Изпитване на умора при 90 градуса в DMC:

Състояние на тип съединение PFA Цикли до изтичане (1 бар налягане) Режим на повреда
Сухо 8x10^6 механично разхлабване на накрайника
Подуто механично втулка 2×10^6 PFA пълзене и изтичане
Сухо 5x10^6 лепило-залепено умора на свързване
Адхезивно-залепено Подуто 1×10^6 Напрежение на подуване, разрушаване на връзката
Заварено (PFA-PFA) Подуто 4×10^6 Пълзене при заваряване, приемливо
Кинетика на набъбване и стабилизиране
DMC набъбването постига равновесие след 500 часа при 90 градуса. По това време се променя напрежението на ставите и размерите на тръбата. Предварително{4}}набъбване (DMC при 90 градуса за 500 часа) трябва да се направи за нови ребойлери преди окончателния въртящ момент на механичните съединения. След равновесие на набъбване задържането на въртящия момент в ставата се подобрява.

Дебелина на стената и напрежение при набъбване
Тъй като са по-ограничени, по-дебелите стени са подложени на по-голямо напрежение при набъбване. За стена от 1,5 mm стресът на набъбване е 2,5 MPa; за 2,0 mm, 3,5 MPa; за 2,5 mm, 5,0 MPa. Пълзенето на ставите се ускорява от повишено напрежение. Въпреки малко по-високия риск от проникване, посочете по-тънки стени (1,5–1,8 mm) за услугата DMC, за да намалите натоварването от подуване на ставите.

Дебелина на стената Напрежение при подуване (MPa) Фактор за намаляване на живота на ставата Предложен тип на ставата
1,5 mm 2,5 x 0,8 механичен накрайник
1,8 mm 3,0x (базова линия) Заварени или механични
2,0 mm 3.5 1.3x заварени 2,5 mm 5.0 2.0x заварени (задължително)
Използване на набъбнал PFA за намаляване на вибрациите
Въпреки че може да помогне за намаляване на амплитудата на резонанса, увеличеният коефициент на затихване (0,05 → 0,08) не може да компенсира намалената твърдост. По-високата амплитуда при резонанс е общият резултат. За да подобрите естествената честота и да намалите амплитудата, посочете опорни плочи за тръби с по-малко разстояние (0,8 m срещу . 1.2 m) за ребойлери с известни проблеми с вибрациите, предизвикани от -потока.

Указания за спецификациите на DMC Reboiler
За ребойлери за пречистване на DMC при 90 градуса, посочете PFA с дебелина на стената 1,8 mm (за намаляване на напрежението на набъбване) и заварени съединители от тръба-към-тръбен лист. Преди окончателното сглобяване е необходимо предварително-набъбване (DMC при 90 градуса за 500 часа). Трябва да се посочи по-близко разстояние между опорите на тръбите за критични-вибрационни системи, а механичните свойства на набъбването на PFA трябва да бъдат включени в изчисленията с крайни елементи. Посочете дължината на тръбата, разстоянието между опорите и очаквания дву{11}}режим на потока при искане на оферти. Четири{13}}кратно по-големият живот на умора при работа с DMC, когато повредата на ребойлера води до спиране на колоната, струващо $20 000–50 000 на ден, оправдава премията за заварени съединения (10–15% спрямо механичните). Повторно затягайте съществуващите ребойлери с механични съединения след 500 часа първоначална работа (след-подуване) и след това всяка година след това. Посочете 1,5 mm стени със заварени съединения и допълнителни опорни плочи за системи с висока вибрация (предсказуемо от симулация на дву-фазен поток).