अस्पष्टीकृत ट्यूब थकान
पंप किए गए रीसर्क्युलेशन लूप में एक PTFE हीट एक्सचेंजर 18 महीने की सेवा के बाद ट्यूब से {{1} तक हेडर कनेक्शन में रिसाव विकसित करता है। रसायन शास्त्र सौम्य है. तापमान मध्यम है. दबाव डिज़ाइन सीमा के भीतर है। फिर भी ट्यूब समर्थन बिंदुओं और हेडर जोड़ों पर थकान के निशान दिखाती हैं।
मूल कारण कंपन है. PTFE ट्यूब लचीली और हल्की होती हैं। यह लचीलापन थर्मल विस्तार समायोजन और प्रभाव प्रतिरोध के लिए एक लाभ है। लेकिन यह ट्यूबों को प्रवाह प्रेरित कंपन के प्रति संवेदनशील भी बनाता है। जब तरल पदार्थ एक ट्यूब बंडल में कुछ वेगों से बहता है, तो यह दोलन बल उत्पन्न करता है जो ट्यूब की गति को उत्तेजित करता है। लाखों चक्रों में, यह कंपन तनाव एकाग्रता बिंदुओं पर थकान क्षति पैदा करता है।
प्रवाह-प्रेरित कंपन तंत्र
दो प्राथमिक तंत्र हीट एक्सचेंजर ट्यूब बंडलों में कंपन को उत्तेजित करते हैं। भंवर बहाव तब होता है जब तरल पदार्थ एक ट्यूब से होकर बहता है, जिससे बारी-बारी से भंवर बनते हैं। ये भंवर ट्यूब व्यास से विभाजित प्रवाह वेग के आनुपातिक आवृत्ति पर अलग हो जाते हैं। जब बहाव की आवृत्ति ट्यूब की प्राकृतिक आवृत्ति के करीब पहुंचती है, तो प्रतिध्वनि उत्पन्न होती है। ट्यूब बड़े आयाम के साथ कंपन करती है।
अशांति उत्तेजना अशांत प्रवाह में अराजक दबाव के उतार-चढ़ाव से एक यादृच्छिक बल है। यह भंवर शेडिंग की तीव्र अनुनाद चोटी का उत्पादन नहीं करता है, लेकिन यह व्यापक स्पेक्ट्रम कंपन उत्पन्न करता है जो समय के साथ थकान क्षति को जमा करता है। अशांति उत्तेजना निकट दूरी वाले ट्यूब बंडलों पर हावी होती है जहां आसन्न ट्यूबों द्वारा भंवर बहाव को दबा दिया जाता है।
ट्यूब की प्राकृतिक आवृत्ति उसके व्यास, दीवार की मोटाई, सामग्री मापांक, असमर्थित अवधि की लंबाई और ट्यूब के अंदर और बाहर द्रव के द्रव्यमान पर निर्भर करती है। कम लोचदार मापांक के कारण PTFE ट्यूबों में समतुल्य धातु ट्यूबों की तुलना में कम प्राकृतिक आवृत्तियाँ होती हैं। यह उन्हें सामान्य प्रवाह प्रेरित उत्तेजना की आवृत्ति सीमा के करीब लाता है।
तालिका 1: प्रवाह स्थिति और ट्यूब समर्थन रिक्ति (10 मिमी ओडी पीटीएफई ट्यूब) द्वारा कंपन जोखिम मूल्यांकन
| क्रॉसफ्लो वेलोसिटी (एम/एस) | समर्थन रिक्ति 300 मिमी | समर्थन रिक्ति 400 मिमी | समर्थन रिक्ति 500 मिमी | शमन आवश्यक |
|---|---|---|---|---|
| 0.3 | कम जोखिम | कम जोखिम | मध्यम जोखिम | न्यूनतम से कोई नहीं |
| 0.5 | कम जोखिम | मध्यम जोखिम | भारी जोखिम | फ्लो स्ट्रेटनर की सिफारिश की गई |
| 0.8 | मध्यम जोखिम | भारी जोखिम | बहुत अधिक जोखिम | प्रवाह कंडीशनिंग + कम दूरी |
| 1.2 | भारी जोखिम | बहुत अधिक जोखिम | गंभीर जोखिम | पुनः डिज़ाइन की आवश्यकता है |
| 1.5 | बहुत अधिक जोखिम | गंभीर | गंभीर | व्यापक शमन के बिना अनुशंसित नहीं |
1.0 मिमी दीवार, द्रव घनत्व 1,100 किग्रा/वर्ग मीटर के साथ पीटीएफई के लिए गणना की गई ट्यूब प्राकृतिक आवृत्ति के सापेक्ष भंवर बहा आवृत्ति पर आधारित जोखिम स्तर। वास्तविक जोखिम विशिष्ट ज्यामिति और प्रवाह वितरण पर निर्भर करता है।
इनलेट फ्लो कंडीशनिंग समाधान
सबसे प्रभावी कंपन शमन इसके स्रोत पर प्रवाह की गड़बड़ी को रोकना है। ट्यूब बंडल में प्रवेश करने वाला प्रवाह समान रूप से वितरित होना चाहिए और बड़े पैमाने पर अशांति से मुक्त होना चाहिए। एक इनलेट प्लेनम या डिस्ट्रीब्यूशन हेडर जो आने वाले प्रवाह को सुचारू रूप से विस्तारित करता है, स्थानीय वेग को कम करता है और ट्यूबों तक पहुंचने से पहले बड़े भंवरों को तोड़ देता है।
इनलेट नोजल और ट्यूब बंडल के बीच रखी गई छिद्रित वितरण प्लेटें वेग प्रोफ़ाइल को समान बनाती हैं। प्लेट एक समान दबाव ड्रॉप बनाती है जो बंडल क्रॉस सेक्शन में प्रवाह को वितरित करती है। प्रभावी होने के लिए प्लेट पर दबाव ड्रॉप आने वाले प्रवाह के गतिशील दबाव का कम से कम 1.5 गुना होना चाहिए।
इनलेट नोजल या पाइपिंग के अंदर वेन्स को सीधा करने से अपस्ट्रीम पाइपिंग घटकों से भंवर और बड़े पैमाने पर अशांति कम हो जाती है। पंप डिस्चार्ज प्रवाह विशेष रूप से परेशानी भरा होता है। हीट एक्सचेंजर इनलेट के अपस्ट्रीम में 5-10 पाइप व्यास स्थापित एक फ्लो स्ट्रेटनर इन संरचनाओं को तोड़ देता है।
मौजूदा संस्थापनों के लिए समर्थन संशोधन
जब अकेले प्रवाह कंडीशनिंग अपर्याप्त होती है, तो अतिरिक्त ट्यूब समर्थन असमर्थित अवधि को कम करते हैं और प्राकृतिक आवृत्ति को उत्तेजना सीमा से ऊपर बढ़ाते हैं। मौजूदा सपोर्ट के बीच जोड़ी गई इंटरमीडिएट सपोर्ट प्लेटें स्पैन की लंबाई को आधा कर देती हैं और प्राकृतिक आवृत्ति को चार गुना तक बढ़ा सकती हैं।
सपोर्ट डिज़ाइन को संशोधित करके डंपिंग को बढ़ाया जा सकता है। टाइट{1}निकासी समर्थन जो थर्मल स्लाइडिंग की अनुमति देता है लेकिन पार्श्व गति को रोकता है, ट्यूब को {{2}में परिवर्तित करता है जो ऊर्जा अपव्यय में प्रभावों का समर्थन करता है। ट्यूब अभी भी अक्षीय रूप से विस्तारित हो सकती है लेकिन बड़े कंपन आयाम नहीं बना सकती है।
नई स्थापनाओं के लिए, कंपन विश्लेषण डिज़ाइन प्रक्रिया का हिस्सा होना चाहिए। अपेक्षित प्रवाह स्थितियाँ अधिकतम स्वीकार्य असमर्थित अवधि निर्धारित करती हैं। यह स्पैन सपोर्ट प्लेट स्पेसिंग सेट करता है। कंपन की रोकथाम के लिए डिजाइनिंग की लागत थकान क्षति प्रकट होने के बाद रेट्रोफिटिंग से कम होती है।
सारांश
पीटीएफई हीट एक्सचेंजर ट्यूब कंपन क्षति भंवर शेडिंग और अशांति बफ़ेटिंग सहित प्रवाह प्रेरित उत्तेजना तंत्र से उत्पन्न होती है। लचीली, हल्की ट्यूबों में प्राकृतिक आवृत्तियाँ होती हैं जो विशिष्ट प्रक्रिया प्रवाह वेगों पर उत्तेजना आवृत्तियों के साथ मेल खा सकती हैं।
शमन की शुरुआत इनलेट फ्लो कंडीशनिंग {{0}डिस्ट्रीब्यूशन प्लेट्स और स्ट्रेटनिंग वेन्स से होती है जो बंडल में एक समान, कम {{1}टर्बुलेंस प्रवाह को प्रवेश सुनिश्चित करते हैं। अतिरिक्त ट्यूब समर्थन असमर्थित अवधि को कम करते हैं और प्राकृतिक आवृत्ति बढ़ाते हैं। नए डिजाइनों के लिए, इंजीनियरिंग चरण के दौरान कंपन विश्लेषण महंगे क्षेत्र संशोधनों को रोकता है।
पीटीएफई हीट एक्सचेंजर कंपन जोखिम मूल्यांकन और शमन के लिए इंजीनियरिंग विश्लेषण ट्यूब आयाम, समर्थन रिक्ति, प्रवाह वेग, द्रव गुण, और किसी भी देखे गए कंपन लक्षण या विफलता इतिहास प्रस्तुत करने पर उपलब्ध है।
