التعب الأنبوبي غير المبرر
يتسبب المبادل الحراري PTFE الموجود في حلقة إعادة التدوير المضخوخة في حدوث تسربات في توصيلات الأنبوب -إلى-الرأس بعد 18 شهرًا من الخدمة. الكيمياء حميدة. درجة الحرارة معتدلة. الضغط ضمن حدود التصميم. ومع ذلك، تظهر على الأنابيب علامات تشقق الكلال عند نقاط الدعم والمفاصل الرأسية.
السبب الجذري هو الاهتزاز. أنابيب PTFE مرنة وخفيفة الوزن. تعتبر هذه المرونة ميزة للتمدد الحراري ومقاومة الصدمات. ولكنه أيضًا يجعل الأنابيب عرضة للتدفق-الاهتزاز الناتج. عندما يتدفق السائل عبر حزمة أنبوبية بسرعات معينة، فإنه يولد قوى متذبذبة تثير حركة الأنبوب. على مدار ملايين الدورات، ينتج عن هذا الاهتزاز تلف الكلال عند نقاط تركيز الضغط.
التدفق-آلية الاهتزاز المستحث
هناك آليتان أساسيتان تثيران الاهتزاز في حزم أنابيب المبادل الحراري. يحدث تساقط الدوامة عندما يتدفق السائل عبر أنبوب، مما يؤدي إلى إنشاء دوامات متناوبة في أعقاب ذلك. تنفصل هذه الدوامات بتردد يتناسب مع سرعة التدفق مقسومة على قطر الأنبوب. عندما يقترب تردد التساقط من التردد الطبيعي للأنبوب، يحدث الرنين. يهتز الأنبوب بسعة كبيرة.
إثارة الاضطراب هي تأثير عشوائي من تقلبات الضغط الفوضوي في التدفق المضطرب. إنه لا ينتج ذروة الرنين الحادة لتساقط الدوامة، ولكنه يولد اهتزازًا واسع النطاق- يؤدي إلى تراكم أضرار التعب بمرور الوقت. تهيمن إثارة الاضطراب في حزم الأنابيب المتقاربة حيث يتم قمع تساقط الدوامة بواسطة الأنابيب المجاورة.
يعتمد التردد الطبيعي للأنبوب على قطره، وسمك جداره، ومعامل المادة، وطول الامتداد غير المدعوم، وكتلة السائل داخل الأنبوب وخارجه. تتميز أنابيب PTFE بترددات طبيعية أقل من الأنابيب المعدنية المكافئة بسبب انخفاض معامل المرونة. وهذا يجعلها أقرب إلى نطاق التردد للإثارة المستحثة بالتدفق المشترك-.
الجدول 1: تقييم مخاطر الاهتزاز حسب حالة التدفق وتباعد دعم الأنبوب (أنبوب PTFE بقطر 10 مم)
| سرعة التدفق المتقاطع (م/ث) | دعم التباعد 300 مم | دعم التباعد 400 مم | دعم التباعد 500 مم | التخفيف مطلوب |
|---|---|---|---|---|
| 0.3 | مخاطر منخفضة | مخاطر منخفضة | خطر معتدل | لا شيء إلى الحد الأدنى |
| 0.5 | مخاطر منخفضة | خطر معتدل | مخاطر عالية | يوصى باستخدام جهاز تمليس التدفق |
| 0.8 | خطر معتدل | مخاطر عالية | مخاطر عالية جدًا | تكييف التدفق + تباعد أقل |
| 1.2 | مخاطر عالية | مخاطر عالية جدًا | مخاطر حرجة | إعادة التصميم مطلوبة |
| 1.5 | مخاطر عالية جدًا | شديد الأهمية | شديد الأهمية | لا ينصح به دون تخفيف واسعة النطاق |
تعتمد مستويات المخاطر على تردد تساقط الدوامة بالنسبة إلى التردد الطبيعي للأنبوب المحسوب لمادة PTFE بجدار 1.0 مم، وكثافة السائل 1100 كجم/م3. تعتمد المخاطر الفعلية على هندسة محددة وتوزيع التدفق.
حلول تكييف التدفق الداخل
إن الطريقة الأكثر فعالية لتخفيف الاهتزاز هي منع اضطراب التدفق عند مصدره. يجب أن يكون التدفق الداخل إلى حزمة الأنابيب موزعًا بشكل موحد وخاليًا من الاضطرابات- الكبيرة. إن وحدة المدخل أو رأس التوزيع الذي يعمل على توسيع التدفق الوارد بسلاسة يقلل من السرعات المحلية ويكسر الدوامات الكبيرة قبل أن تصل إلى الأنابيب.
يتم وضع لوحات التوزيع المثقبة بين فوهة المدخل وحزمة الأنبوب حتى خارج ملف السرعة. تقوم اللوحة بإنشاء انخفاض ضغط موحد يوزع التدفق عبر المقطع العرضي للحزمة-. يجب أن يكون انخفاض الضغط عبر اللوحة 1.5 مرة على الأقل من الضغط الديناميكي للتدفق الوارد ليكون فعالاً.
تعمل تسوية الريش داخل فوهة المدخل أو الأنابيب على تقليل الاضطراب الدوامي والكبير-من مكونات الأنابيب العليا. يعتبر تدفق تفريغ المضخة مزعجًا بشكل خاص- حيث تصدر المكره نبضات دوامية ودورية عند تردد تمرير الشفرة. يتم تركيب جهاز تمليس التدفق بأقطار من 5 إلى 10 في أعلى مدخل المبادل الحراري لتكسير هذه الهياكل.
دعم التعديلات للمنشآت الموجودة
عندما يكون تكييف التدفق وحده غير كاف، فإن دعامات الأنبوب الإضافية تقلل من الامتداد غير المدعوم وترفع التردد الطبيعي فوق نطاق الإثارة. تعمل لوحات الدعم الوسيطة المضافة بين الدعامات الموجودة على تقليل طول الامتداد إلى النصف ويمكن أن تزيد التردد الطبيعي بمعامل أربعة.
يمكن زيادة التخميد عن طريق تعديل تصميم الدعم. دعامات الخلوص- الضيقة التي تسمح بالانزلاق الحراري ولكن تمنع الحركة الجانبية، قم بتحويل الأنبوب -إلى-التأثيرات الداعمة لتبديد الطاقة. لا يزال بإمكان الأنبوب أن يتوسع محوريًا، لكنه لا يستطيع بناء سعة اهتزاز كبيرة.
بالنسبة للمنشآت الجديدة، يجب أن يكون تحليل الاهتزاز جزءًا من عملية التصميم. تحدد ظروف التدفق المتوقعة الحد الأقصى المسموح به للنطاق غير المدعوم. يضبط هذا الامتداد تباعد لوحة الدعم. تكاليف التصميم لمنع الاهتزازات أقل من تكاليف التعديل التحديثي بعد ظهور تلف الكلال.
ملخص
ينجم تلف اهتزاز أنبوب المبادل الحراري PTFE عن -آليات الإثارة المستحثة بالتدفق، بما في ذلك تساقط الدوامات والاضطراب. تتميز الأنابيب المرنة خفيفة الوزن بترددات طبيعية يمكن أن تتزامن مع ترددات الإثارة بسرعات تدفق العملية النموذجية.
يبدأ التخفيف من خلال لوحات توزيع تكييف التدفق الداخل-ودوارات التسوية التي تضمن تدفقًا منتظمًا ومنخفضًا-للاضطراب داخل الحزمة. تعمل دعامات الأنبوب الإضافية على تقليل الامتداد غير المدعوم وزيادة التردد الطبيعي. بالنسبة للتصميمات الجديدة، فإن تحليل الاهتزاز أثناء المرحلة الهندسية يمنع إجراء تعديلات ميدانية مكلفة.
يتوفر التحليل الهندسي لتقييم مخاطر اهتزاز المبادل الحراري PTFE والتخفيف منه عند تقديم أبعاد الأنبوب، وتباعد الدعم، وسرعة التدفق، وخصائص السوائل، وأي أعراض اهتزاز ملحوظة أو تاريخ فشل.
