換熱器振動的防護

2022-12-23 13:58:02 點擊數：

振動的原因及危害

換熱器管子產生振動的原因主要有兩種：一種是外界激振源引起的振動，如往復式機械（如往復式壓縮機）的脈動氣流引起的激振，或通過支撐構件或連接管道傳來的振動。另一種是流體流動激振，又可分為管側和殼側流體激發的振動。

由于一般情況下管側流動激發的振動振幅小，危害性不大，往往可以忽略，除非在流速遠遠高于正常流速的情況下，管側激振才需要考慮。

換熱器內的振動主要是殼側介質所激發的，在正常流速下殼側流動就可能引發很大的振幅，對換熱管的危害最大。

研究表明，僅當流體誘發振動頻率與換熱元件的頻率一致或相當接近時，才會使元件的振幅突然大幅度增加，從而導致其破壞。

換熱管振動損壞情況主要有兩種，即管子的磨損和管子材料的疲勞斷裂。

管子磨損又分為兩種情況：一種是在振幅很大的振動情況下，管子與管子相互接觸而磨損（磨平穿漏）成菱形，這種情況絕大多數產生在振動位移最大的中間跨度處。管子的熱膨脹增加了振動磨損的可能性。這是由于管子的熱變形擴大了引起接觸的相對運動，致使管子產生六角形的磨損。

另一種是管子與支撐板由于振動發生相對運動而產生磨損，導致管壁逐漸變薄而最后磨穿。

另外，由于折流板（支承板）上的管孔通常都比管子外徑大0.8~1. 2mm，振動管的管壁有可能被折流板（或支承板）切割、斷裂，且當折流板很薄而材料比管材硬時尤其突出。

接頭的松弛與腐蝕同時存在的情況下，振動磨損增加，這種磨損形狀呈馬鞍形。在管子穿出管板處，也會由于振動而使管孔尖銳的邊緣對管子起切割作用。

管子的疲勞斷裂則是由于周期的循環激振（包括出現共振或微振的情況下）所造成的。

因為當管子振動時，會出現反復彎曲作用的周期性交變應力。如果管子長久地承受很強的交變應力，管子的某些應力最高部位就會出現疲勞破裂。

振動破壞的位置一般出現在下列位置處：

(1)傳熱管件支承跨度中間位置處，由于管間相互碰撞，外觀呈現明顯磨口；

(2)緊靠折流板缺口處，換熱管與折流板發生碰撞而遭磨損；

(3)折流板管孔內，傳熱管振動時折流板管孔邊緣對傳熱管的鋸切、碰撞，嚴重時會導致管子斷裂；

(4)傳熱管原有的一些細小裂紋或缺陷，因振動逐漸擴展，最終導致破壞。

管子振動破壞多發生在殼程內介質是氣體或蒸汽的場合，操作壓力高于0. 8MPa則更明顯。殼程內介質為液體時，也會發生管子振動破壞，但一般限于流體局部高速區的少數管子。

防振措施

防振的措施須從兩個方面入手，即降低局部高速流體的流速和改變換熱元件的固有頻率。采取的主要方法有如下三種。

(1)降低流體在殼程的流速。

當傳熱管的固有頻率一定時，降低殼程流速，就可避免激發共振，若運行條件不能改變，可在換熱器進出口管處設計防沖板、導流筒或液體出口分配器等，降低殼程進出口處流速，使流體脈動值降到最低。當管束已采取過防振動措施，而效果不明顯時，工藝上應考慮調整介質的流速。

(2)提高管子的固有頻率。

提高管子的固有頻率可大大減少共振的機會。提高頻率的最有效方法就是減少跨距。管子的固有頻率與跨距的平方成反比，跨距若減少20%，固有頻率則可提高50%。對于U形管束，為了提高固有頻率，可在管間繞以帶條或插入桿、板以阻止管子運動。

(3)改變折流板的形式，以改變換熱管的支承狀況。

如折流桿式管束、螺旋折流板式管束等，都可大大改善管子的支承條件。

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