Când un încălzitor cu titan este instalat orizontal într-un rezervor de efluent de desulfurare a gazelor arse la pH 2,5, care distanță între suport (600 mm față de . 900 mm) minimizează debitul-oboseala indusă de vibrații?

Rezervoarele de efluent de desulfurare a gazelor de ardere conțin de obicei lichid cu un pH de 2,5 și niveluri ridicate de clorură (10.000-30.000 ppm) și particule în suspensie, cum ar fi gipsul și calcarul. Încălzitoarele orizontale din titan sunt susținute pe lungimea lor la intervale. Deversarea vortexului și turbulențele datorate curgerii prin tuburi de la agitatoare, pompe de recirculare sau barbotare cu gaz Frecvența naturală scade pentru o deschidere a tubului flexibil la o distanță de sprijin de 900 mm. Frecvențele de scurgere a vortexului cu debitele tipice FGD de 0,5 până la 2 m/s pot excita tubul în rezonanță și pot duce la oboseală ciclului mare. Frecvența naturală a tubului este ridicată peste intervalul de excitație prin utilizarea unei distanțe mai apropiate de sprijin de 600 mm, ceea ce reduce amplitudinea vibrațiilor și deteriorarea oboselii. Pentru tuburile cu diametrul de 25 mm la viteze de curgere de 1,5 m/s, separarea de 600 mm permite o funcționare sigură, în timp ce distanța de 900 mm duce la rezonanță și defalcare prin oboseală în câteva luni.

Flux-Oboseala indusă de vibrații în fasciculele de tuburi: mecanismul

Pe măsură ce fluidul curge printr-un tub, vortexurile sunt scurse alternativ de pe suprafețele superioare și inferioare ale tubului cu o frecvență f_v=(St × V)/D, unde St este numărul Strouhal (aproximativ 0,2 pentru cilindri), V este viteza curgerii și D este diametrul exterior al tubului. Pentru un tub cu diametrul de 25 mm la 1,5 m/s, f_v este de aproximativ 12 Hz. Dacă frecvența inerentă f_n a tubului este în 20% din f_v, are loc rezonanța și amplitudinea vibrației este înmulțită de 10 până la 50 de ori. Fisurarea de oboseală este o consecință a tensiunii ciclice de încovoiere la suporturi. Limita de oboseală pentru titanul de gradul 2 este de aproximativ 200 MPa. La rezonanță, tensiunile pot fi mai mari de 300 MPa și eșecul la oboseală se poate produce în 105 până la 106 cicluri, ceea ce înseamnă săptămâni sau luni de funcționare continuă. Frecvența naturală depinde de distanța dintre suport și este legată de pătratul invers al lungimii deschiderii: f_n ∝ 1/L².

Frecvența naturală cantitativă și durata de viață la oboseală pentru diferite distanțe între suporturi

Frecvența naturală și durata de viață la oboseală au fost calculate și validate pentru un diametru exterior de 25 mm, grosimea peretelui de 1,5 mm, tub de titan de gradul 2 umplut cu izolație de oxid de magneziu și un fir de rezistență. Frecvența naturală pentru distanța dintre suporturi de 600 mm este de 22–28 Hz, ceea ce este mai mare decât intervalul comun de frecvență de scurgere a vortexului la viteze de curgere de 0,6–1,8 m/s (5–15 Hz). Amplitudinea vibrației este încă sub 0,1 mm și durata de viață la oboseală depășește 10^8 cicluri, ceea ce este efectiv nelimitat în scopuri practice. Frecvența naturală cu o distanță de 750 mm este în intervalul 14–18 Hz, care se suprapune cu domeniul de scurgere la viteze de 1,0–1,3 m/s. Rezonanța este moderată cu amplitudini de 0,2–0,5 mm și durata de viață la oboseală scade la 10 6 la 10 7 cicluri, echivalent cu 1–10 ani, în funcție de condițiile de curgere. Frecvența naturală scade la 9-12 Hz la o distanță de 900 mm. Aceasta se află în domeniul de scurgere pentru viteze de 0,7-1,5 m/s. Riscul ridicat de rezonanță duce la amplitudini de 0,5 – 2 mm și o durată de viață la oboseală la 104 – 105 cicluri, adică săptămâni sau luni. 1, distanța de 200 mm oferă frecvențe naturale de 5-7 Hz și rezonanță semnificativă cu fluxurile tipice și nu este recomandată pentru orice serviciu continuu.

Efectul vitezei curgerii și al diametrului tubului asupra distanței critice

Distanța importantă între suporturi este o funcție de diametrul exterior al tubului și de intervalul proiectat de viteză a curgerii. Intervalul de scurgere a vortexului este de 5-10 Hz pentru un tub de 20 mm cu viteze de curgere de 0,5-1,0 m/s iar distanța minimă de sprijin pentru evitarea rezonanței este de 700 mm. Pentru un tub de 20 mm, domeniul de scurgere este de 10-15 Hz cu viteze de 1,0-1,5 m/s. Distanța minimă este de 600 mm. Pentru un tub de 25 mm la viteze de 0,5–1,0 m/s, scurgerea este de 4–8 Hz, iar distanța minimă este de 800 mm. Pentru un tub de 25 mm la viteze de 1,0–1,5 m/s, scurgerea este de 8–12 Hz și distanța minimă de 650 mm. Pentru un tub cu diametrul de 25 mm și viteze de 1,5–2,0 m/s, scurgerea este de 12–16 Hz, iar distanța minimă este de 600 mm. Pentru un tub de 32 mm la viteze de 1,5–2,0 m/s, scurgerea este de 9–13 Hz și distanța minimă este de 700 mm. Cu cât distanța dintre suporturi este mai apropiată pentru viteze de curgere mai mari, independent de diametrul tubului.

Ghid de selecție a spațiilor de asistență pentru serviciul efluent FGD

Următorul tabel oferă distanța dintre suporturi recomandată pentru încălzitoarele orizontale din titan care manipulează efluentul de desulfurare a gazelor de ardere la un pH de 2,5 pe baza vitezei de curgere estimată și a duratei de viață dorite la oboseală.

Interval de viteză a curgerii (m/s) Diametrul exterior al tubului (mm) Distanța recomandată pentru suport (mm) Durata de viață estimată la oboseală Eșec dominant dacă distanța este depășită<0.8 20-25 900 > 10 yearsSlight vibration
>10 ani 0.8-1.2 20 700 Oboseală prin vibrații
0.8-1.2 25 800 >10 ani Oboseală prin vibrații
1.2-1.6 20 600 >10 ani Oboseală vibrațională
1.2-1.6 25 650 5-10 ani VIBRAȚIE DE OBOSEBIL
1,6–2.0 20 550 5–10 ani Eroziunea-coroziunea poate domina2.0 Oricare 500<5 years Combined flow impacts
Inginerie dincolo de spațierea suportului

Materialul suport are un impact mare asupra duratei de viață la oboseală. Suporturile rigide sudate pe tub transmit întreaga sarcină de vibrație. Suporturile flexibile, cum ar fi clemele căptușite cu PTFE-, reduc vibrațiile cu 30-50%. Rigiditatea la încovoiere este influențată de grosimea peretelui tubului, iar un perete de 2,0 mm oferă de 2,4 ori rigiditatea la încovoiere a unui perete de 1,5 mm, permițând creșterea distanței dintre suport cu 15 – 20%. Gradul de titan (Grad 2 vs Grad 7) nu afectează rigiditatea sau rezistența la oboseală deoarece au aceiași module elastici. Chimia efluentului FGD (pH 2,5, cloruri ridicate) nu accelerează în mod apreciabil dezvoltarea fracturii de oboseală atâta timp cât tubul este menținut pasiv. În prezența gropilor de coroziune, care funcționează ca concentratoare de stres, durata de viață la oboseală este redusă cu 50-90%. O bună împământare pentru a evita curenții vagabonzi reduce, de asemenea, coroziunea locală care ar putea fi locuri de dezvoltare a fisurilor.

Crearea unei-specificații bine informate

Calculați viteza de curgere estimată peste tuburi pentru un încălzitor orizontal de titan în efluentul de epurare FGD la pH 2,5. Pentru viteze de 1,0 până la 1,5 m/s, tipice rezervoarelor FGD agitate, specificați o distanță între suporturi de 600 mm pentru tuburile cu diametrul exterior de 20 mm sau 650 mm pentru tuburile de 25 mm. Necesitați suporturi flexibile (cleme căptușite cu PTFE) mai degrabă decât suporturi sudate rigide. Încălzitoarele existente cu deschidere de 900 mm și vibrații ar trebui să aibă suporturi intermediare adăugate pentru a reduce deschiderea la 600 mm. Pentru punere în funcțiune, utilizați un accelerometru pentru a măsura amplitudinea vibrației tubului. Dacă amplitudinea este mai mare de 0,2 mm în orice condiție de debit, adăugați suporturi sau reduceți viteza pompei. Inginerul selectează distanța corectă între suporturi, 600 mm în loc de 900 mm, pentru a minimiza oboseala de vibrație indusă de debit-pentru fiabilitate-pe termen lung în serviciul sever al efluenților FGD.