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流体诱发换热器管束振动机理与防振
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张颖王茂廷李大广
(辽宁石油化工大学)
摘要对管壳式换热器管束常见的振动破坏形式进行了归纳, 对管束振动的机理
进行了分析, 并提出了相应的防振措施。
关键词管壳式换热器管束振动防振措施
随着石油、化学、动力工业的大型化和原相撞击, 或边缘管不断击打壳体, 在管子的撞
子能工业的发展, 管壳式换热器的尺寸趋于大击部位将产生特有的菱形磨损形式, 管壁不断
型化, 折流板间距随之增大, 与此对应的是管减薄而至最后开裂。
束的刚性降低了。为了提高生产效率, 增加传 1 2 挡板损伤
热系数, 壳程流体的速度往往很大。加之运行为了便于安装, 一般挡板开孔较管子直径
工况不稳定等因素的影响, 经常引起换热器管略大, 当挡板较薄时, 管子振动会在管壁与挡
束发生流体诱导振动, 造成换热器局部失效甚板孔边缘之间产生较高的接触力, 对管子有一
至整体报废, 给工厂带来巨大损失。目前已引种锯割作用, 短时间内即可将管子切开发生局
起世界各国的普遍重视。针对这种情况, 本文部失效。
在分析管壳式换热器管束振动机理的基础上, 1 3 接头泄漏
有针对性地提出了防振措施。管子与管板的连接处是换热器中十分重要
的结构, 然而在工程实际中, 由于管子振动使
1 换热器的振动破坏形式
管子与管板连接处受力较大, 从而导致胀接或
随着流体的流动, 换热器内的传热元件总焊接点的损坏, 造成泄漏。
会产生一些微小的振动, 这并不会导致损坏。 1 4 应力疲劳
只有当流体诱发振动的频率与传热元件的固有管子振动的振幅较大时, 管子反复弯折的
频率一致或相当接近时, 传热元件的振幅激扭弯应力较高, 长时间的连续振动会使管子断
增, 才导致破坏。通常, 传热管是换热器中挠裂。这种损伤还会由于腐蚀作用而加速。
性最大的部件, 对振动也最敏感。因此, 大多 1 5 冶金失效
数振动破坏都是换热器管束的机械损坏。在实振动使换热管产生交变应力, 导致管子表
际工程中常见的破坏形式主要有以下几种: 层的氧化层脱落, 管子表面留下坑点。在坑点
1 1 撞击破坏处引起应力集中, 导致管子失效, 缩短了管子
当管子振动的振幅大到足以使相邻管子互寿命。
张颖, 女, 1981年 2月生, 硕士研究生。抚顺市, 113001。
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《化工装备技术》第 29卷第 2期 2008年 45
1 6 材料缺陷扩展率重合之处。脉动力的主频率 fb 为
2
振动所引起的应力脉动会使管材中的微观 U d0 d
f = 3 05 1 - 0 + 0 28
缺陷扩展, 以致产生大裂纹, 最终使管子受到 b TL T
破坏。式中 fb ———紊流脉动的频率, Hz
U ———相邻两管间的流体平均速度, m / s
2 流体诱发换热器管束振动机理
d0 ———管子的外径, m
管壳式换热器管束振动主要是由壳程流体 T———管束的横向管间距, m
流动所引起的, 而管程流体流动的影响可忽略 L ———两个连续管排间的中心线距离, m