换热器振动的防护

原创 胡伟明  2020-12-28 20:56:00  阅读 55 次 评论 0 条
摘要:

振动的原因及危害换热器管子产生振动的原因主要有两种:一种是外界激振源引起的振动,如往复式机械(如往复式压缩机)的脉动气流引起的激振,或通过支撑构件或连接管道传来的振动。另一种是流体流动激振,又可分为管侧和壳侧流体激发的振动。由于一般情况下管侧流动激发的振动振幅小,危害性不大,往往可以忽略,除非在流速远远高于正常流速的情况下,管侧激振才需要考虑。换热器内的振动主要是壳侧介质所激发的,在正常流速下壳侧流动就可能引发很大的振幅,对换热管的危害最大。研究表明,仅当流体诱发振动频率与换热元件的频率一致或相

振动的原因及危害

换热器管子产生振动的原因主要有两种:一种是外界激振源引起的振动,如往复式机械(如往复式压缩机)的脉动气流引起的激振,或通过支撑构件或连接管道传来的振动。另一种是流体流动激振,又可分为管侧和壳侧流体激发的振动。由于一般情况下管侧流动激发的振动振幅小,危害性不大,往往可以忽略,除非在流速远远高于正常流速的情况下,管侧激振才需要考虑。换热器内的振动主要是壳侧介质所激发的,在正常流速下壳侧流动就可能引发很大的振幅,对换热管的危害最大。

研究表明,仅当流体诱发振动频率与换热元件的频率一致或相当接近时,才会使元件的振幅突然大幅度增加,从而导致其破坏。

换热管振动损坏情况主要有两种,即管子的磨损和管子材料的疲劳断裂。管子磨损又分为两种情况:一种是在振幅很大的振动情况下,管子与管子相互接触而磨损(磨平穿漏)成菱形,这种情况绝大多数产生在振动位移最大的中间跨度处。管子的热膨胀增加了振动磨损的可能性。这是由于管子的热变形扩大了引起接触的相对运动,致使管子产生六角形的磨损。另一种是管子与支撑板由于振动发生相对运动而产生磨损,导致管壁逐渐变薄而最后磨穿。另外,由于折流板(支承板)上的管孔通常都比管子外径大0.8~1. 2mm,振动管的管壁有可能被折流板(或支承板)切割、断裂,且当折流板很薄而材料比管材硬时尤其突出。接头的松弛与腐蚀同时存在的情况下,振动磨损增加,这种磨损形状呈马鞍形。在管子穿出管板处,也会由于振动而使管孔尖锐的边缘对管子起切割作用。

管子的疲劳断裂则是由于周期的循环激振(包括出现共振或微振的情况下)所造成的。因为当管子振动时,会出现反复弯曲作用的周期性交变应力。如果管子长久地承受很强的交变应力,管子的某些应力最高部位就会出现疲劳破裂。

振动破坏的位置一般出现在下列位置处:

(1)传热管件支承跨度中间位置处,由于管间相互碰撞,外观呈现明显磨口;

(2)紧靠折流板缺口处,换热管与折流板发生碰撞而遭磨损;

(3)折流板管孔内,传热管振动时折流板管孔边缘对传热管的锯切、碰撞,严重时会导致管子断裂;

(4)传热管原有的一些细小裂纹或缺陷,因振动逐渐扩展,最终导致破坏。

管子振动破坏多发生在壳程内介质是气体或蒸汽的场合,操作压力高于0. 8MPa则更明显。壳程内介质为液体时,也会发生管子振动破坏,但一般限于流体局部高速区的少数管子。

防振措施

防振的措施须从两个方面入手,即降低局部高速流体的流速和改变换热元件的固有频率。采取的主要方法有如下三种。

(1)降低流体在壳程的流速。

当传热管的固有频率一定时,降低壳程流速,就可避免激发共振,若运行条件不能改变,可在换热器进出口管处设计防冲板、导流筒或液体出口分配器等,降低壳程进出口处流速,使流体脉动值降到最低。当管束已采取过防振动措施,而效果不明显时,工艺上应考虑调整介质的流速。

(2)提高管子的固有频率。

提高管子的固有频率可大大减少共振的机会。提高频率的最有效方法就是减少跨距。管子的固有频率与跨距的平方成反比,跨距若减少20%,固有频率则可提高50%。对于U形管束,为了提高固有频率,可在管间绕以带条或插入杆、板以阻止管子运动。

(3)改变折流板的形式,以改变换热管的支承状况。

如折流杆式管束、螺旋折流板式管束等,都可大大改善管子的支承条件。


思考题:

振动产生的原因有哪些?有什么危害?

原因

1:外界激振引起的振动;

2:流体流动的激振引起的振动。

危害

因振动引起破坏,主要是换热管的磨损与疲劳断裂。


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