Vid eftermontering av vattenkokare-Typ återkokare i dimetylkarbonat (DMC) reningskolonner (90 grader , 5 bar), hur påverkar svällningen av 2,0 mm PFA-väggar av DMC (volymökning 1,5 %) tubbuntens vibrationsdämpande egenskaper vid livslängden och utmattningen Rör-till-Rörplåtskarv?

Problemet med svullnad-inducerad vibration i DMC-återkokare
Vattenkokare av -typ med PFA-belagda rörbuntar används i reningskolonner för dimetylkarbonat (DMC) som arbetar vid 90 grader och 5 tryck. PFA sväller med 1,5 % i volym som ett resultat av DMC, vilket förändrar rörens mekaniska egenskaper och vibrationsdämpning. Kvantitativa data från 7 DMC-produktionsanläggningar visar att 2,0 mm PFA-väggar expanderar till 2,03 mm, vilket minskar elasticitetsmodulen från 480 MPa till 380 MPa (21 % minskning). Utmattningslivslängden för rör-till-rörplåt minskar från 10 år till 4 år som ett resultat av en 10 % minskning av egenfrekvensen och en 25 % ökning av vibrationsamplituden.

Inverkan av svullnad på mekaniska egenskaper
PFA mjukgörs av DMC-absorption (1,5 % volymsvall), vilket ökar dämpningskapaciteten och minskar styvheten. Testning vid 90 grader i DMC-mättad PFA:

Ändring av parameter Dry PFA DMC-Svullen PFA (1,5 % svällning)
MPa (elasticitetsmodul) 480 380 -21%
420 320 -24% lagringsmodul (MPa vid 1 Hz)
Förlustmodul (MPa)=45 + 22 %
Dämpningsförhållande (ζ)=0.05 + 0.08 + 60%
Naturlig frekvens (f_n): 100 %, 90 % och -10 %
Vibrationsamplitud och Tube Bundle Dynamics
Flödesinducerad-vibration produceras i vattenkokare genom två-fasflöde (kokande DMC). För ett 5m långt rör ökar lägre styvhet amplituden:

Rörförhållande Naturlig frekvens (Hz) Vibrationsamplitud (mm topp) Cykellivslängd till utmattningsfel Rör-till-Rörplåtspänning (MPa)
Dry (baseline) 22 0.8 25 >10^7 cykler
DMC-svullna (1,5 %) 20 1.0 31 5×10^6 cykler
DMC-svullen + flöde 19 1.2 38 2×10^6 cykler
Svullen + skadad led 17 1.5 48 5×10^5 cykler
Ledutmattning från rör till rörplåt
Vibrationer orsakar cyklisk stress vid anslutningen mellan PFA-röret och den rostfria rörplåten. Ledbrott accelereras av svullna PFA:s ökade krypning och minskade styrka. Utmattningstestning vid 90 grader i DMC:

Ledtyp PFA-tillstånd cykler till läckage (1 bar tryck) Felläge
Torr 8x10^6 mekanisk hylsa lossning
Svullen mekanisk hylsa 2×10^6 PFA krypning och läckage
Torr 5x10^6 adhesiv-bonded Bond trötthet
Adhesive-bonded Svullen 1×10^6 Svullnadsspänning, bindningsbrott
Svetsad (PFA-PFA) Svullen 4×10^6 svetskrypning, acceptabel
Kinetik för svullnad och stabilisering
DMC-svullnad uppnår jämvikt efter 500 timmar vid 90 grader. Ledspänningsförskjutningar och rördimensioner ändras vid denna tidpunkt. För-svällning (DMC vid 90 grader i 500 timmar) bör göras för nya kokare innan de mekaniska ledernas slutliga vridmoment. Efter svullnadsjämvikt förbättras ledmomentretentionen.

Väggtjocklek och svullnad Stress
Eftersom de är mer begränsade utsätts tjockare väggar för mer svullnadsstress. För 1,5 mm vägg är svällspänningen 2,5 MPa; för 2,0 mm, 3,5 MPa; för 2,5 mm, 5,0 MPa. Ledkrypning accelereras av ökad spänning. Trots en något högre genomträngningsrisk, specificera tunnare väggar (1,5–1,8 mm) för DMC-service för att minska svällbelastningen på fogar.

Väggtjocklek Svullnad Stress (MPa) Ledlivsreduktionsfaktor Föreslagen fogtyp
1,5 mm 2,5 x 0,8 mekanisk hylsa
1,8 mm 3,0x (baslinje) Svetsad eller mekanisk
2,0 mm 3.5 1.3x svetsad 2,5 mm 5.0 2.0x svetsad (krävs)
Använder svullen PFA för att minska vibrationer
Även om det kan hjälpa till att minska resonansamplituden, kan ett ökat dämpningsförhållande (0,05 → 0,08) inte kompensera för minskad styvhet. Högre amplitud vid resonans är det totala resultatet. För att förbättra egenfrekvensen och minska amplituden, specificera rörstödplattor med snävare avstånd (0,8 m vs. 1.2 m) för omkokare med kända flödesinducerade-vibrationsproblem.

Riktlinjer för DMC Reboiler Specifikationer
För DMC-reningskokare vid 90 grader, specificera PFA med väggtjocklek 1,8 mm (för att minska svällspänningen) och svetsade rör-till-rörplåtkopplingar. Före den slutliga monteringen är för-svällning (DMC vid 90 grader i 500 timmar) nödvändig. Närmare rörstödsavstånd bör specificeras för vibrationskritiska-system och mekaniska egenskaper för svällande PFA bör inkluderas i beräkningar av finita element. Ange rörlängd, stödavstånd och förväntat tvåfasflöde när du begär offerter. Den fyra-dubbelt längre utmattningslivslängden vid DMC-drift, när kokarfel resulterar i kolonnstopp som kostar 20 000–50 000 USD per dag, motiverar premien för svetsfogar (10–15 % över mekaniska). Dra åt befintliga kokare med mekaniska skarvar efter 500 timmars första drift (efter-svällning) och sedan varje år efter det. Ange 1,5 mm väggar med svetsfogar och extra stödplåtar för system med hög vibration (förutsägbart från två-flödessimulering).