Kada je grijač od titanijuma instaliran horizontalno u rezervoar za otpadnu vodu za odsumporavanje dimnih gasova na pH 2,5, koji razmak između nosača (600 mm naspram. 900 mm) minimizira zamor zbog vibracija-indukovanog protokom?

Rezervoari za otpadne vode za odsumporavanje dimnih gasova obično sadrže tečnost sa pH od 2,5 i visokim nivoom hlorida (10.000-30.000 ppm) i suspendovane čestice poput gipsa i krečnjaka. Horizontalni titanijumski grijači su poduprti duž svoje dužine u intervalima. Izbacivanje vrtloga i turbulencija zbog protoka kroz cijevi iz miješalica, recirkulacijskih pumpi ili prskanja plina Prirodna frekvencija se smanjuje za fleksibilni raspon cijevi na udaljenosti od 900 mm. Frekvencije raspršivanja vrtloga tipičnih FGD protoka od 0,5 do 2 m/s mogu potaknuti cijev u rezonanciju i potencijalno dovesti do visokog ciklusnog zamora. Prirodna frekvencija cijevi je podignuta iznad raspona pobude korištenjem bližeg razmaka potpore od 600 mm, što smanjuje amplitudu vibracija i oštećenja od zamora. Za cijevi prečnika 25 mm pri brzinama protoka od 1,5 m/s, razmak od 600 mm omogućava siguran rad, dok razmak od 900 mm dovodi do rezonancije i kvara od zamora u roku od nekoliko mjeseci.

Vibracioni zamor izazvan protokom-u snopovima cijevi: mehanizam

Kako tekućina teče kroz cijev, vrtlozi se naizmjenično izbacuju s gornje i donje površine cijevi sa frekvencijom f_v=(St × V)/D, gdje je St Strouhalov broj (oko 0,2 za cilindre), V je brzina strujanja, a D je vanjski prečnik cijevi. Za cijev prečnika 25 mm pri 1,5 m/s, f_v je oko 12 Hz. Ako je inherentna frekvencija cijevi f_n unutar 20% od f_v, dolazi do rezonancije i amplituda vibracije se množi sa 10 do 50 puta. Pucanje od zamora posljedica je cikličkog naprezanja pri savijanju na osloncima. Granica zamora za titan grade 2 je oko 200 MPa. Pri rezonanciji, deformacije mogu biti veće od 300 MPa, a kvar na zamor se može dogoditi u 105 do 106 ciklusa, što znači sedmice ili mjeseci neprekidnog rada. Prirodna frekvencija zavisi od razmaka između nosača i povezana je sa inverznim kvadratom dužine raspona: f_n ∝ 1/L².

Kvantitativna prirodna frekvencija i vijek trajanja za različite razmake nosača

Prirodna frekvencija i vijek trajanja zamora su izračunati i potvrđeni za 25 mm OD, 1,5 mm debljine zida, cijev od titanijuma razreda 2 ispunjenu izolacijom od magnezijum oksida i otpornom žicom. Prirodna frekvencija za razmak nosača od 600 mm je 22–28 Hz, što je više od uobičajenog raspona frekvencije vrtloga pri brzinama protoka od 0,6–1,8 m/s (5–15 Hz). Amplituda vibracija je još uvijek ispod 0,1 mm, a vijek trajanja zamora prelazi 10^8 ciklusa, što je u praksi neograničeno. Prirodna frekvencija sa razmakom od 750 mm je u opsegu od 14–18 Hz, koji se preklapa sa opsegom osipanja pri brzinama od 1,0–1,3 m/s. Rezonancija je umjerena sa amplitudama 0,2-0,5 mm i vijek trajanja zamora pada na cikluse od 10 6 do 10 7, što odgovara 1-10 godina u zavisnosti od uslova tečenja. Prirodna frekvencija pada na 9-12 Hz na razmaku od 900 mm. Ovo je u rasponu osipanja za brzine od 0,7-1,5 m/s. Visok rizik od rezonancije dovodi do amplituda od 0,5 – 2 mm i vijeka zamora do 104 – 105 ciklusa, što je sedmica ili mjeseci. 1, razmak od 200 mm daje prirodne frekvencije od 5-7 Hz i značajnu rezonanciju sa tipičnim tokovima i ne preporučuje se za bilo kakvu kontinuiranu uslugu.

Utjecaj brzine protoka i promjera cijevi na kritični razmak

Ključni razmak nosača je funkcija vanjskog prečnika cijevi i projektovanog raspona brzine protoka. Opseg raspršivanja vrtloga je 5-10 Hz za cijev od 20 mm sa brzinama protoka od 0,5-1,0 m/s, a minimalna udaljenost potpore da se izbjegne rezonancija je 700 mm. Za cijev prečnika 20 mm, opseg odvajanja je 10-15 Hz sa brzinama od 1,0-1,5 m/s. Minimalni razmak je 600 mm. Za cijev prečnika 25 mm pri brzinama od 0,5–1,0 m/s izlivanje je 4–8 Hz, a minimalni razmak je 800 mm. Za cijev prečnika 25 mm pri brzinama 1,0–1,5 m/s osipanje je 8–12 Hz i minimalni razmak 650 mm. Za cijev prečnika 25 mm i brzina od 1,5-2,0 m/s odvajanje je 12-16 Hz, a minimalni razmak je 600 mm. Za cijev od 32 mm pri brzinama 1,5–2,0 m/s, osipanje je 9–13 Hz, a minimalni razmak je 700 mm. Što je veći razmak između nosača potreban za veće brzine protoka, nezavisno od prečnika cevi.

Vodič za odabir razmaka za podršku servisa FGD otpadnih voda

Sljedeća tabela daje preporučeni razmak potpora za horizontalne titanijumske grijače koji rukuju efluentom odsumporavanja dimnih plinova pri pH od 2,5 na osnovu procijenjene brzine protoka i željenog vijeka trajanja.

Opseg brzine protoka (m/s) Vanjski prečnik cijevi (mm) Preporučeni razmak potpore (mm) Očekivani vijek trajanja zamora Dominantni kvar ako je razmak prekoračen<0.8 20-25 900 > 10 yearsSlight vibration
>10 godina 0.8-1.2 20 700 Vibracijski zamor
0.8-1.2 25 800 >10 godina Umor od vibracija
1.2-1.6 20 600 >10 godina Vibracioni umor
1.2-1.6 25 650 5-10 godina ZAMORNA VIBRACIJA
1.6–2.0 20 550 5–10 godina Erozija-korozija može dominirati2.0 Bilo koji 500<5 years Combined flow impacts
Inženjering izvan razmaka podrške

Potporni materijal ima veliki utjecaj na vijek trajanja. Kruti nosači zavareni na cijev prenose puno opterećenje vibracijama. Fleksibilni nosači, poput PTFE-obloženih stezaljki, smanjuju vibracije za 30-50%. Na krutost na savijanje utiče debljina stijenke cijevi, a zid od 2,0 mm nudi 2,4 puta veću krutost na savijanje od zida od 1,5 mm, što omogućava povećanje razmaka nosača za 15 – 20%. Klasa titana (Grade 2 naspram Grade 7) ne utječe na krutost ili otpornost na zamor jer imaju iste module elastičnosti. Hemija FGD efluenta (pH 2,5, visoki hloridi) ne ubrzava značajno razvoj loma zbog zamora sve dok je cijev pasivna. U prisustvu korozivnih jama, koje rade kao koncentratori naprezanja, vijek trajanja zamora se smanjuje za 50-90%. Dobro uzemljenje kako bi se izbjegle zalutale struje također smanjuje lokalnu koroziju koja bi mogla biti mjesta razvoja pukotina.

Kreiranje dobro-informisanih specifikacija

Izračunajte predviđenu brzinu protoka kroz cijevi za horizontalni titanijumski grijač u efluentu FGD skrubera pri pH 2,5. Za brzine od 1,0 do 1,5 m/s, tipične za agitirane FGD rezervoare, navedite razmak potpore od 600 mm za cijevi vanjskog prečnika 20 mm ili 650 mm za cijevi od 25 mm. Potrebni su fleksibilni oslonci (stezaljke obložene PTFE) umjesto čvrstih zavarenih nosača. Postojeći grijači s rasponom od 900 mm i vibracijama trebaju imati dodane međunosače kako bi se raspon smanjio na 600 mm. Za puštanje u rad koristite akcelerometar za mjerenje amplitude vibracija cijevi. Ako je amplituda veća od 0,2 mm u bilo kojem stanju protoka, dodajte nosače ili smanjite brzinu pumpe. Inženjer bira ispravan razmak između nosača, 600 mm umjesto 900 mm, kako bi se minimizirao zamor od vibracija izazvanog protokom-za dugoročnu-pouzdanost u teškim FGD otpadnim vodama.