Kako nabrekanje 2,0 mm sten PFA z DMC (povečanje prostornine za 1,5 %) pri naknadni vgradnji grelnikov kotlička-v čistilne kolone z dimetil karbonatom (DMC) (90 stopinj, 5 barov) vpliva na lastnosti dušenja vibracij cevnega snopa in življenjsko dobo ob utrujenosti Spoj cevi-to-cevne pločevine?

Problem z nabrekanjem-induciranih vibracij v DMC reboilersih
Kotli-ponovni kotli s snopi cevi, prevlečenimi s PFA-, se uporabljajo v stolpcih za čiščenje dimetil karbonata (DMC), ki delujejo pri 90 stopinjah in tlaku 5. PFA zaradi DMC nabrekne za 1,5 % prostornine, kar spremeni mehanske lastnosti in dušenje vibracij cevi. Kvantitativni podatki iz 7 proizvodnih obratov DMC kažejo, da se 2,0 mm stene PFA razširijo na 2,03 mm, kar zmanjša modul elastičnosti s 480 MPa na 380 MPa (21-odstotno zmanjšanje). Življenjska doba spoja cevi--cevne plošče se zmanjša z 10 let na 4 leta zaradi 10-odstotnega zmanjšanja naravne frekvence in 25-odstotnega povečanja amplitude vibracij.

Vpliv nabrekanja na mehanske lastnosti
PFA je plastificiran z absorpcijo DMC (1,5 % volumskega nabrekanja), kar poveča zmogljivost dušenja in zmanjša togost. Testiranje pri 90 stopinjah v DMC-nasičenem PFA:

Sprememba parametra Suha PFA DMC-Nabrekla PFA (1,5 % nabrekanje)
MPa (modul elastičnosti) 480 380 -21 %
420 320 -24% modul shranjevanja (MPa pri 1 Hz)
Modul izgube (MPa)=45 + 22%
Razmerje dušenja (ζ)=0.05 + 0.08 + 60%
Naravna frekvenca (f_n): 100 %, 90 % in -10 %
Amplituda vibracij in dinamika cevnega snopa
Vibracije, ki jih povzroči-pretok, proizvajajo v kotličkih kotličkih z dvo{1}}faznim tokom (vreli DMC). Za 5 m dolgo cev manjša togost poveča amplitudo:

Stanje cevi Naravna frekvenca (Hz) Amplituda vibracij (mm vrh) Življenjska doba cikla do porušitve utrujenosti Obremenitev cevi-do-cevne plošče (MPa)
Dry (baseline) 22 0.8 25 >10^7 ciklov
DMC-otekel (1,5 %) 20 1.0 31 5×10^6 ciklov
DMC-otekel + pretok 19 1.2 38 2×10^6 ciklov
Otekel + poškodovan sklep 17 1.5 48 5×10^5 ciklov
Utrujenost sklepov od cevi do cevne plošče
Vibracije povzročajo ciklične napetosti na spoju med cevjo PFA in cevno ploščo iz nerjavečega jekla. Odpoved sklepa pospešujeta povečano lezenje in zmanjšana trdnost nabreklega PFA. Testiranje utrujenosti pri 90 stopinjah v DMC:

Cikli stanja PFA tipa spoja do puščanja (1 bar tlaka) Način okvare
Suho 8x10^6 mehansko rahljanje obroča
Nabrekel mehanski obroček 2×10^6 PFA, lezenje in puščanje
Suho lepilo 5x10^6-utrujenost vezi
Lepilno-vezano Nabreklo 1×10^6 Stres nabrekanja, okvara spoja
Varjeno (PFA-PFA) Nabreklo 4×10^6 Lezenje pri varjenju, sprejemljivo
Kinetika nabrekanja in stabilizacije
DMC nabrekanje doseže ravnotežje po 500 urah pri 90 stopinjah. V tem času se spremenijo napetosti v sklepih in dimenzije cevi. Pred-nabrekanje (DMC pri 90 stopinjah 500 ur) je treba opraviti za nove reboilerje pred končnim navorom mehanskih spojev. Po ravnovesju nabrekanja se zadrževanje navora sklepa izboljša.

Debelina stene in napetost pri nabrekanju
Ker so bolj omejene, so debelejše stene podvržene večji obremenitvi zaradi nabrekanja. Za steno 1,5 mm je napetost nabrekanja 2,5 MPa; za 2,0 mm, 3,5 MPa; za 2,5 mm, 5,0 MPa. Povečana napetost pospeši lezenje sklepov. Kljub nekoliko večjemu tveganju prepustnosti, za storitev DMC določite tanjše stene (1,5–1,8 mm), da zmanjšate obremenitev sklepov zaradi otekanja.

Debelina stene Stres nabrekanja (MPa) Faktor zmanjšanja življenjske dobe sklepa Predlagana vrsta sklepa
1,5 mm 2,5 x 0,8 mehanski obroček
1,8 mm 3,0x (osnovna linija) Varjeno ali mehansko
2,0 mm 3.5 1.3x Varjeno 2,5 mm 5.0 2.0x Varjeno (obvezno)
Uporaba nabreklega PFA za zmanjšanje vibracij
Čeprav lahko pomaga zmanjšati amplitudo resonance, povečano razmerje dušenja (0,05 → 0,08) ne more nadomestiti zmanjšane togosti. Višja amplituda pri resonanci je skupni rezultat. Če želite povečati naravno frekvenco in zmanjšati amplitudo, določite podporne plošče za cevi z manjšim razmikom (0,8 m proti. 1.2 m) za rebojlerje z znanimi težavami zaradi-vibriranja, ki jih povzroča pretok.

Smernice za specifikacije DMC Reboiler
Za reboilerje za čiščenje DMC pri 90 stopinjah določite PFA z debelino stene 1,8 mm (za zmanjšanje napetosti nabrekanja) in varjenimi spojkami cevi-na-cevno ploščo. Pred končno montažo je potrebno pred-nabrekanje (DMC pri 90 stopinjah 500 ur). Za sisteme, ki so-kritični zaradi vibracij, je treba določiti tesnejši razmik podpornih cevi, v izračune končnih elementov pa je treba vključiti mehanske lastnosti PFA, ki nabreknejo. Ko zahtevate ponudbe, navedite dolžino cevi, razmik podpore in predviden dvo{11}}režim pretoka. Štiri{13}}krat večja življenjska doba ob utrujenosti pri DMC, ko okvara reboilerja povzroči zaustavitev kolone, ki stane 20.000–50.000 USD na dan, upravičuje premijo za varjene spoje (10–15 % nad mehanskimi). Ponovno zategnite obstoječe kotle z mehanskimi spoji po 500 urah začetnega delovanja (po-nabrekanju) in nato vsako leto po tem. Določite 1,5 mm stene z varjenimi spoji in dodatnimi podpornimi ploščami za sisteme z visokimi vibracijami (predvidljivo iz simulacije dvo-faznega toka).