Podczas modernizacji-typu kotłów w kolumnach oczyszczających z węglanem dimetylu (DMC) (90 stopni, 5 barów), jak pęcznienie ścianek PFA o grubości 2,0 mm przez DMC (wzrost objętości o 1,5%) wpływa na charakterystykę tłumienia drgań wiązki rurek i trwałość zmęczeniową połączenia rury-z-arkuszem rury?

Problem spęcznienia-drgań indukowanych w reboilerach DMC
Reboilery typu-kotłowego z wiązkami rur pokrytych PFA-są stosowane w kolumnach oczyszczania węglanu dimetylu (DMC) pracujących w temperaturze 90 stopni i ciśnieniu 5°C. PFA pęcznieje o 1,5% objętościowo w wyniku DMC, zmieniając właściwości mechaniczne i tłumienie drgań rur. Dane ilościowe z 7 zakładów produkcyjnych DMC pokazują, że ścianki PFA o grubości 2,0 mm rozszerzają się do 2,03 mm, zmniejszając moduł sprężystości z 480 MPa do 380 MPa (redukcja o 21%). Trwałość zmęczeniowa złącza rurowego-z{{15}blachem rurowym jest zmniejszona z 10 lat do 4 lat w wyniku zmniejszenia częstotliwości drgań własnych o 10% i wzrostu amplitudy drgań o 25%.

Wpływ pęcznienia na właściwości mechaniczne
PFA ulega uplastycznieniu poprzez absorpcję DMC (pęcznienie objętościowe 1,5%), co zwiększa zdolność tłumienia i zmniejsza sztywność. Testowanie w 90 stopniach w-nasyconym DMC PFA:

Zmiana parametru Suchy PFA DMC-Spęczniały PFA (pęcznienie 1,5%)
MPa (moduł sprężystości) 480 380 -21%
420 320 -24% modułu magazynowania (MPa przy 1 Hz)
Moduł stratności (MPa)=45 + 22%
Współczynnik tłumienia (ζ)=0.05 + 0.08 + 60%
Częstotliwość własna (f_n): 100%, 90% i -10%
Amplituda drgań i dynamika wiązki lamp
Wibracje-indukowane przepływem powstają w reboilerach kotłowych w wyniku-przepływu dwufazowego (wrzący DMC). W przypadku rury o długości 5 m mniejsza sztywność zwiększa amplitudę:

Stan rury Częstotliwość drgań własnych (Hz) Amplituda wibracji (mm szczyt) Trwałość cyklu do uszkodzenia zmęczeniowego Rura-do-Naprężenie arkusza rurowego (MPa)
Dry (baseline) 22 0.8 25 >10^7 cykli
DMC-obrzęk (1,5%) 20 1.0 31 5×10^6 cykli
DMC-obrzęk + przepływ 19 1.2 38 2×10^6 cykli
Opuchnięty + uszkodzony staw 17 1.5 48 5×10^5 cykli
Zmęczenie połączenia rury z arkuszem rury
Wibracje powodują cykliczne naprężenia na połączeniu pomiędzy rurą PFA a blachą rurową ze stali nierdzewnej. Uszkodzenie stawu jest przyspieszane przez zwiększone pełzanie spęczniałego PFA i zmniejszoną wytrzymałość. Badanie zmęczeniowe w temperaturze 90 stopni w DMC:

Typ złącza PFA Stan cykliczny do wycieku (ciśnienie 1 bar) Rodzaj awarii
Mechaniczne poluzowanie ferruli na sucho 8x10^6
Spęczniona tuleja mechaniczna 2×10^6 PFA, pełzanie i wyciek
Suchy klej 5x10^6-spojony zmęczeniem
Klejenie-związane Spęcznienie 1×10^6 Naprężenie pęczniejące, uszkodzenie wiązania
Spawane (PFA-PFA) Spęcznione 4×10^6 Pełzanie spawalnicze, dopuszczalne
Kinetyka pęcznienia i stabilizacji
Pęcznienie DMC osiąga równowagę po 500 godzinach w temperaturze 90 stopni. W tym czasie zmieniają się naprężenia stawów i wymiary rur. W przypadku nowych reboilerów należy przeprowadzić-pęcznienie wstępne (DMC w temperaturze 90 stopni przez 500 godzin) przed ostatecznym momentem obrotowym połączeń mechanicznych. Po osiągnięciu równowagi pęcznienia poprawia się utrzymanie momentu obrotowego stawu.

Grubość ścianki i naprężenie pęczniejące
Ponieważ są bardziej ograniczone, grubsze ściany poddawane są większym naprężeniom pęczniejącym. Dla ścianki o grubości 1,5 mm naprężenie pęczniejące wynosi 2,5 MPa; dla 2,0 mm, 3,5 MPa; dla 2,5 mm, 5,0 MPa. Pełzanie złącza jest przyspieszane przez zwiększone napięcie. Pomimo nieco wyższego ryzyka przenikania, w przypadku usługi DMC należy określić cieńsze ścianki (1,5–1,8 mm), aby zmniejszyć obciążenie pęczniejące połączeń.

Grubość ścianki Naprężenie pęczniejące (MPa) Współczynnik redukcji trwałości złącza Sugerowany typ złącza
Tulejka mechaniczna 1,5 mm 2,5 x 0,8
1,8 mm 3,0x (linia bazowa) Spawane lub mechaniczne
2,0 mm 3.5 1.3x spawane 2,5 mm 5.0 2.0x spawane (wymagane)
Stosowanie spęczniałego PFA w celu zmniejszenia wibracji
Chociaż może to pomóc w zmniejszeniu amplitudy rezonansu, zwiększony współczynnik tłumienia (0,05 → 0,08) nie może zrekompensować zmniejszonej sztywności. Ogólnym rezultatem jest wyższa amplituda w rezonansie. Aby zwiększyć częstotliwość drgań własnych i zmniejszyć amplitudę, należy określić płyty podtrzymujące rury z mniejszymi odstępami (0,8 m w porównaniu z. 1.2 m) dla reboilerów ze znanymi problemami z wibracjami-wywoływanymi przepływem.

Wytyczne dotyczące specyfikacji reboilera DMC
W przypadku reboilerów oczyszczających DMC w temperaturze 90 stopni należy określić PFA o grubości ścianki 1,8 mm (w celu zmniejszenia naprężenia pęczniejącego) i spawanych łączników rur-do-arkusza rurowego. Przed ostatecznym montażem konieczne jest-pęcznienie wstępne (DMC w temperaturze 90 stopni przez 500 godzin). W przypadku systemów krytycznych dla drgań-należy określić mniejsze rozstawy podpór rurowych, a w obliczeniach metodą elementów skończonych należy uwzględnić właściwości mechaniczne pęczniejącego PFA. W zapytaniu o wycenę podaj długość rury, rozstaw podpór i przewidywany-przewidywany reżim przepływu dwufazowego. Czterokrotnie większa trwałość zmęczeniowa podczas pracy DMC, gdy awaria reboilera skutkuje przestojem kolumny kosztującym 20 000–50 000 USD dziennie, uzasadnia premię za połączenia spawane (10–15% w stosunku do połączeń mechanicznych). Dokręcić istniejące reboilery ze złączami mechanicznymi po 500 godzinach początkowej pracy (po-spęcznieniu), a następnie co roku. Określ ściany o grubości 1,5 mm ze złączami spawanymi i dodatkowymi płytami wsporczymi dla systemów o dużych wibracjach (można to przewidzieć na podstawie symulacji przepływu dwufazowego).