Når en titaniumvarmer er installeret vandret i en røggasafsvovlings-effluenttank ved pH 2,5, hvilken støtteafstand (600 mm vs. 900 mm) minimerer flow-induceret vibrationstræthed?

Spildevandstanke til afsvovling af røggas indeholder typisk væske med en pH-værdi på 2,5 og høje niveauer af chlorid (10.000-30.000 ppm) og suspenderede partikler som gips og kalksten. De vandrette titanium varmelegemer understøttes langs deres længde med intervaller. Hvirvelafgivelse og turbulens på grund af strømning på tværs af rørene fra omrørere, recirkulationspumper eller gasudblæsning. Den naturlige frekvens falder for et fleksibelt rørspænd ved en støtteafstand på 900 mm. Vortex-afgivelsesfrekvenser med typiske FGD-flowhastigheder på 0,5 til 2 m/s kan excitere røret til resonans og potentielt føre til høj cyklustræthed. Rørets naturlige frekvens hæves over excitationsområdet ved at bruge en tættere støtteafstand på 600 mm, hvilket reducerer vibrationsamplitude og træthedsskader. For rør med en diameter på 25 mm ved strømningshastigheder på 1,5 m/s tillader 600 mm adskillelse sikker drift, mens 900 mm afstand resulterer i resonans- og udmattelsessammenbrud inden for måneder.

Flow-induceret vibrationstræthed i rørbundter: mekanismen

Når væsken strømmer hen over et rør, afgives hvirvler skiftevis fra rørets top- og bundflade med en frekvens f_v=(St × V)/D, hvor St er Strouhal-tallet (omkring 0,2 for cylindre), V er strømningshastigheden og D er den ydre diameter af røret. For et rør med en diameter på 25 mm ved 1,5 m/s er f_v omkring 12 Hz. Hvis rørets iboende frekvens f_n er inden for 20 % af f_v, opstår der resonans, og vibrationsamplituden ganges med 10 til 50 gange. Udmattelsesrevner er en konsekvens af cyklisk bøjningsspænding ved understøtningerne. Træthedsgrænsen for titanium klasse 2 er omkring 200 MPa. Ved resonans kan belastninger være mere end 300 MPa, og træthedsfejl kan ske i 105 til 106 cyklusser, hvilket betyder uger eller måneders kontinuerlig drift. Egenfrekvensen afhænger af støtteafstanden og er relateret til det omvendte kvadrat af spændvidden: f_n ∝ 1/L².

Kvantitativ naturlig frekvens og træthedslevetid for forskellige støtteafstande

Den naturlige frekvens og udmattelseslevetid er blevet beregnet og valideret for et 25 mm OD, 1,5 mm vægtykkelse, grad 2 titaniumrør fyldt med magnesiumoxidisolering og en modstandstråd. Den naturlige frekvens for støtteafstanden på 600 mm er 22–28 Hz, hvilket er højere end det almindelige område for hvirvelafgivelsesfrekvens ved strømningshastighederne på 0,6–1,8 m/s (5–15 Hz). Vibrationsamplituden er stadig under 0,1 mm, og træthedslevetiden overstiger 10^8 cyklusser, hvilket i praksis er ubegrænset til praktiske formål. Egenfrekvensen med et mellemrum på 750 mm ligger inden for området 14–18 Hz, som overlapper afkastområdet ved hastigheder på 1,0–1,3 m/s. Resonansen er moderat med amplituder 0,2-0,5 mm, og udmattelseslevetiden falder til 10 6 til 10 7 cyklusser, svarende til 1-10 år afhængigt af strømningsforholdene. Egenfrekvensen falder til 9-12 Hz ved 900 mm mellemrum. Dette er i udslipningsområdet for hastigheder på 0,7-1,5 m/s. Høj risiko for resonans fører til amplituder på 0,5 – 2 mm og træthedslevetid til 104 – 105 cyklusser, hvilket er uger eller måneder. 1, 200 mm mellemrum giver egenfrekvenser på 5-7 Hz og signifikant resonans med typiske strømninger og anbefales ikke til nogen kontinuerlig tjeneste.

Effekt af flowhastighed og rørdiameter på kritisk afstand

Den afgørende støtteafstand er en funktion af rørets ydre diameter og det projekterede område af strømningshastighed. Hvirvelafgivelsesområdet er 5-10 Hz for et 20 mm rør med strømningshastigheder på 0,5-1,0 m/s og den mindste støtteafstand for at undgå resonans er 700 mm. For et 20 mm rør er udkastningsområdet 10-15 Hz med hastigheder på 1,0-1,5 m/s. Minimumsafstanden er 600 mm. For et 25 mm rør ved hastigheder på 0,5–1,0 m/s er afkastningen 4–8 Hz og minimumsafstanden er 800 mm. For et 25 mm rør ved hastigheder på 1,0–1,5 m/s er afkastning 8–12 Hz og minimumsafstand 650 mm. For et rør med en diameter på 25 mm og hastigheder på 1,5-2,0 m/s er afkastning 12-16 Hz, og minimumsafstanden er 600 mm. For et 32 ​​mm rør ved hastigheder på 1,5–2,0 m/s er udskillelsen 9–13 Hz og minimumsafstanden er 700 mm. Jo tættere støtteafstanden er nødvendig for højere strømningshastigheder, uafhængigt af rørdiameteren.

FGD Spildevandsservice Support Afstandsvalgvejledning

Følgende tabel giver anbefalet støtteafstand til horisontale titaniumvarmere, der håndterer røggasafsvovlingsafløb ved en pH på 2,5 baseret på estimeret strømningshastighed og ønsket udmattelseslevetid.

Flowhastighedsområde (m/s) Rør ydre diameter (mm) Anbefalet støtteafstand (mm) Forventet træthedslevetid Dominerende fejl, hvis afstanden overskrides<0.8 20-25 900 > 10 yearsSlight vibration
>10 år 0.8-1.2 20 700 Vibrationstræthed
0.8-1.2 25 800 >10 år Vibrationstræthed
1.2-1.6 20 600 >10 år Vibrationstræthed
1.2-1.6 25 650 5-10 år TRÆT VIBRATION
1,6–2.0 20 550 5–10 årErosion-korrosion kan dominere2.0 Enhver 500<5 years Combined flow impacts
Engineering Beyond Support Spacing

Støttematerialet har stor indflydelse på træthedslevetiden. Stive understøtninger svejset til røret overfører den fulde vibrationsbelastning. Fleksible understøtninger, såsom PTFE-forede klemmer, reducerer vibrationer med 30-50 %. Bøjningsstivhed påvirkes af rørets vægtykkelse, og en 2,0 mm væg giver 2,4 gange bøjningsstivheden af ​​en 1,5 mm væg, hvilket gør det muligt at øge støtteafstanden med 15 – 20 %. Titanium-kvaliteten (Grade 2 vs Grade 7) påvirker ikke stivheden eller træthedsmodstanden, da de har samme elastiske modul. FGD-afløbskemien (pH 2,5, høje chlorider) accelererer ikke mærkbart udviklingen af ​​træthedsbrud, så længe røret holdes passivt. Ved tilstedeværelse af korrosionsgrave, der fungerer som spændingskoncentratorer, reduceres udmattelseslevetiden med 50-90%. God jordforbindelse for at undgå herreløse strømme sænker også lokal korrosion, der kan være steder med revneudvikling.

Oprettelse af en-velinformeret specifikation

Beregn den forudsagte strømningshastighed over rørene for en horisontal titaniumvarmer i FGD scrubber effluent ved pH 2,5. For hastigheder på 1,0 til 1,5 m/s, typisk for omrørte FGD-tanke, specificeres en støtteafstand på 600 mm for 20 mm ydre diameter rør eller 650 mm for 25 mm rør. Kræv fleksible understøtninger (PTFE-forede klemmer) frem for stive svejsede beslag. Eksisterende varmeapparater med 900 mm spændvidde og vibration bør have mellemstøtter tilføjet for at reducere spændvidden til 600 mm. Til idriftsættelse skal du bruge et accelerometer til at måle rørets vibrationsamplitude. Hvis amplituden er større end 0,2 mm ved enhver strømningstilstand, skal du tilføje understøtninger eller reducere pumpehastigheden. Ingeniøren vælger den korrekte støtteafstand, 600 mm i stedet for 900 mm, for at minimere flow--induceret vibrationstræthed for langtids{18}}pålidelighed i svær FGD-spildevandsservice.