管壳式换热器振动的原因.doc

管壳式换热器产生振动的原因和危害
换热器管束的振动是由壳程流体的诱导振动引起的,一般包括旋涡分离、紊流抖振、流体的弹性激振和声共鸣四种形式。其中,弹性激振是最主要的振动形式,并且旋涡分离和紊流抖振对它起一定的促进作用。所以,分析振动的关键是研究流体的弹性激振。流体在换热器内流动存在一个“临界流速”问题,传统的方法是通过基于经验半经验的公式来确定。有学者把换热器内的流体视为非定常不可压缩流体,通过它建立一个关于流场的参数多项式,无论是二维还是三维流动,该多项式的系数只是一个坐标的函数。把此参数多项式带入流体基本方程,利用振荡流体力学理论,就可以求得影响流体弹性不稳定的相关参数和“临界流速”的数值。'i%@N~Fj[&bbA参数多项式方法是一种快速的数值计算方法,应用它可以计算各种振幅条件下的流体力做功,通过阻尼稳定性理论,便可以求得平衡振幅,而后得到动应力,最后把动应力与管束的疲劳寿命结合起来。这种方法更加符合工程实际的要求。i-tc4su\目前工程实际中主要采用以下方法预防管束振动。q*~Nx0j(E#e)FU.`(1)制定合理的开停工顺序,加强在线监测,严格控制运行条件,在流体入口处设置防冲板、导流筒和分流器,既可以避免流体直接冲刷管束、降低流速,又可以降低流体脉动。qO3V:O4J|Aq(2)适当降低壳程流体流速可以降低流体诱导振动的频率,是防止管束振动的直接方法,但是传热效率也会随之降低。xU9K^X]6B(3)适当减小折流板间距,增加管壁厚度和折流板厚度。折流板上的管孔与换热管管要紧密配合,间隙不要过大,这样可以优化结构设计,增加管束固有频率,使流体诱导振动频率远离换热管固有频率。,drClu)j~0T/i(4)改变管束支撑形式,采用新型纵向流管支撑,如折流杆式、空心环式、及整圆形及异形孔折流板等。它们可以有效地消除流体的诱导振动,也可以降低壳程流体的压力降。2mCW/w5G9m(5)在管束中预先设定的位置上不设管,可以减少振动的可能性。例如,在有振动倾向的换热器中,位于折流板切口线上的管子有时会受到过分的损害,因此有选择地清除折流板切口线上的管子,对防止振动是有效的。-e/CWf1\,hGf2g%v(6)由于压力或温度的作用形成的对管子的轴向压缩载荷,对振动有潜在的影响,对于热物料走壳程的固定管板式换热器和所有多管程固定管板换热器这种影响尤为明显,采用膨胀节便可减少管子的压缩应力。Mx-h:U1d|`Y(7)从实际传热和水力经济性考虑,尽可能采用最大的管径。较大的管径,其惯性矩也大,因此对一定长度的管子来说,能有效增加管子的刚度。
管壳式换热器产生振动的原因{W*T:L)@%J9a1.管束振动频率与气流固有频率接近C%hL-O0F1d$K2.折流板间距设置不当|{qPd1o;n6f[3[G9U_3操作环境不当,调整运行参数,不行换成过热水Azg5j.~Gg-WJ&U4蒸汽带水，蒸汽在换热器内产生水击现象。]+rEq1{9C5蒸汽管线缺少支撑，加之管线设计不合理，管线振动引发的换热器振动。:g:{*G%NHtO5[`2k8G6蒸汽温度和量过大，使管程部分汽化，产生的水击。x0S]6a6Tn*^:l3`7k解决办法：7c7`?Lm9kTd%t1将折流板间距放大，或者是使用折流杆，降低压降。E\Hjkm,VXw2、改变蒸汽进口管径或者是有单个进气口改为两个进气口。W*ad}!O3如果工艺允许的话可以采用高温热水，或者是采用低压力蒸汽（低压力蒸汽热焓高）。OL.m&VTEm(u4制定合理的开停工顺序,加强在线监测,严格控制运行条件,在流体入口处设置防冲板、导流筒和分流器,既可以避免流体直接冲刷管束、降低流速,又可以降低流体脉动。,{2R5`wrPZ`m5适当降低壳程流体流速可以降低流体诱导振动的频率,是防止管束振动的直接方法,但是传热效率也会随之降低。+k/S2I0Sg+P)O/Y6适当减小折流板间距,增加管壁厚度和折流板厚度。折流板上的管孔与换热管管要紧密配合,间隙不要过大,这样可以优化结构设计,增加管束固有频率,使流体诱导振动频率远离换热管固有频率。b2C~d9S[4{'B7改变管束支撑形式,采用新型纵向流管支撑,如折流杆式、空心环式、及整圆形及异形孔折流板等。它们可以有效地消除流体的诱导振动,也可以降低壳程流体的压力降。+|v)j]9X9]u$lK4G4Z8在管束中预先设定的位置上不设管,可以减少振动的可能性。例如,在有振动倾向的换热器中,位于折流板切口线上的管子有时会受到过分的损害,因此有选择地清除折流板切口线上的管子,对防止振动是有效的。5n2uc
[
a3G