设备管理_典型的管壳式换热器培训教材

2 典型的管壳式换热器 3 典型的管壳式换热器 4 内容 振动带来的危害 横向流诱发振动的原因 防振措施 5 振动带来的危害 6 振动所带来的危害 1传热管的碰撞 磨损 2管子的疲劳破坏 微动疲劳 3管子与管板连接处发生泄漏4壳程空间发生强烈的噪声5增加了壳程的压力降 7 工程中实例 杨子石化公司钛冷凝器的失效 PTA装置12台钛冷凝器 总价值1个亿 经过十年左右的运行 均发生了不同程度的管子泄漏等失效型式严重影响了化工厂生产和循环水系统的稳定运行泄漏还导致冷凝器壳体 膨胀节 管板 循环水系 统设备等发生不应有的腐蚀与损坏 失效原因 主要原因为管束振动引起的疲劳失效 8 工程中实例 9 工程中实例 10 工程中实例 11 流致振动 注意 12 机械振动常见故障原因一般有 不平衡 不对中 弓轴 支撑松动故障 齿轮故障 转子摩擦 滚动轴承故障等 不同于机械振动 流致振动是指物体或结构被流体激发的振动 即工程结构往往会由于流体特殊的力学作用而产生的振动现象 13 流致振动关系图 14 流致振动的分类 15 16 微动疲劳 17 微动疲劳 微动磨损 两构件在接触面上很小的 反复的相对滑动 造成构件表面的机械损伤 考动疲劳研究就是 在原有结构疲劳问题中进一步考虑微动磨损的影响 18 微动疲劳 19 微动疲劳 20 微动疲劳影响疲劳强度的主要原因 微动诱发了微裂纹的产生 在裂纹扩展第一阶段 除了拉伸型应力强度因子外 还有剪切型应力强度因子 加速了裂纹的扩展 21 传热管的磨损 22 传热管的磨损 23 24 25 传热管的磨损 26 传热管的磨损 27 传热管的磨损 28 传热管的磨损 29 传热管的磨损 30 传热管的磨损 31 传热管的磨损 核电站中蒸发器传热管判废准则 32 横向流诱发振动的机理 33 横向流诱发振动的原因 1 1卡曼漩涡 34 横向流诱发振动的原因 1 1卡曼漩涡 35 横向流诱发振动的原因 1 卡曼漩涡自管子脱落的频率 fv St V d01 s V 管束中最小自由截面处流速 m s d0 管子外径 m St 斯特罗哈准数 无因次 可查下图 36 横向流诱发振动的原因 1 37 当卡曼漩涡脱落的频率等于管子的自振频率时 管子便发生剧烈的振动 注意 38 39 横向流诱发振动的原因 2 紊流抖振 湍流颤振 壳程流体的极度紊流漩涡使管子受到随机 的波动作用力 紊流有很宽的频带发生在节径比P d0小于1 5的密排管束 40 横向流诱发振动的原因 2 紊流抖振动的频率 经验公式 V 管束中最小自由截面处流速 m s d0 管子外径 m l T 管子间距 41 横向流诱发振动的原因 3 声振动 发生在壳程流体为气体的换热器中 气体进入壳程后 在与流动方向与管子轴线都垂直的地方会形成声学驻波 如驻波与漩涡脱落频率或紊流抖振频率一致 便激发声学驻波的振而产生强烈噪声 甚至使壳体破坏 42 横向流诱发振动的原因 3 声学驻波示意图 43 横向流诱发振动的原因 3 声学驻波 横向流诱发振动的原因 3 声学驻波的频率 fv nC 2D 1 s n 驻波阶数 无因次C 在壳程流体中声音传播速度D 特征长度 一般指壳体内径44 45 横向流诱发振动的原因 4 流体弹性激振 首先是因为管子的运动而造成 激振频率不仅与流速有关 还与周围管子的共振 频率有关 流体弹性激振属于自激振动 一旦开始 振幅将急 剧增大 管子开始振动的流体速度称为临界横流速度Vc 46 横向流诱发振动的原因 4 临界横流速度Vc 参数 与管子排列方式 管子的节径比有关 fn 管子自振频率 1 s 管子对数衰减率 与材料 支撑 流体有关 无因次m 管子单位长度有效质量kg m s 壳程流体的密度kg m3 47 横向流诱发振动的原因 5 射流转换 横向流体以很高速度流经节径比很小的管子时 在 尾流中可观察到射流对的出现 很高时V fnd0 75 48 横向流诱发振动的原因 总结 横向流速低时 卡曼漩涡紊流抖振 声振动 壳程流体为气体时 横向流速高时 流体弹性激振 射流转换引起的管子振动 很高时V fnd0 75 49 管子的自振频率 几个概念 自振频率 固有频率 基频 50 管子的自振频率 单跨管 51 管子的自振频率 单跨管 X 0时 y 0 y 0 0X l时 y l y l 0 52 管子的自振频率 多跨管 实际换热器中的管子都是多跨管 跨距相等 将管子两端看为固支 中间折流板处看作简支 求解的思路 可利用边界条件 及折流板支撑处的连续条件 53 振动的判据 1准确确定振动计算所需的参数 如管子自振频率及阻尼 流体弹性参数 St 2实际上 要准确预测换热管的振动很困难 况且各种振动机理可能联合作用 为可靠起见 设计时要防止各种激振 54 振动的判据 55 3振动的判据 56 防振措施 57 防振措施 1 1降低流速 a 降低壳程流量或流速 反之也降低生产能力 b 增加管间距来降低流速 反之壳体直径增大 c 改变管束的排列角也可降低流速 d 设置防冲挡板或导流筒 58 防振措施 1 59 防振措施 2 2改变管子的自振频率 a 减小管子跨距 最有效方法 b 增大管子弹性模量或惯性矩 不现实 c 管子间隙处插入板条或杆状物 对U型管很实用 d 在折流板缺口处不布管 e 减小管子与折流板间隙与加厚管板 改变不了频率 减轻了管子所受折流板割据作用 增加系统阻尼 60 防振措施 3 3设置消声隔板 在壳程设置平行于管子轴线的纵向隔板或多孔板 可以有 效降低噪声 61 防振措施 4 4抑制周期性的漩涡 a 沿管子周向缠绕金属丝 或沿轴向设置金属条 可改变流场 抑制或消弱周期性漩涡 62 防振措施 4 4抑制周期性的漩涡 b 采用折流杆代替传统的折流板 可防振 强化传热 减少