管壳式换热器管束振动分析及防振措施

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1、维普资讯http://www.cqvip.com第24卷第3期化学工业与工程技术VO1．24No．32003年6月JournaloJ’ChemicalIndustry&EngineeringJur1．，2003管壳式换热器管束振动分析及防振措施符兴承，吴金星(1．岳阳工业技术学院，湖南岳阳414000；2．郑州大学，河南郑州450002)摘要：针对管壳式换热器常见的振动破坏形式，全面分析了管束振动的机理，并提出了相应的抗振措施。关键词：换热器；管束振动；机理分析；预防措施中图分类号：TQ05]．5文献标识码：B文章编号：1006—7906(2003)0

2、3—0026一O3管壳式换热器是石油、化工、动力、食品和医药用下，位于主应力方向上的裂纹就会迅速扩展，最终等行业广泛采用的工艺设备。随着工业生产迅速发导致管子疲劳失效。展和生产规模不断扩大，管壳式换热器趋于大型化，1．4接头泄漏并且，由于换热器尺寸和管束支撑间距的增大，以及管板是管壳式换热器中管程和壳程之间的唯一流体流速提高、运行工况不稳定等因素影响，经常引屏障，因此，管子与管板的连接接头是换热器中十分起换热器管束发生流体诱导振动，造成换热器局部重要的结构和环节。然而，在工程实际中，由于接头失效甚至整体报废，给工厂带来巨大的经济损失。处存在间隙而产生缝

3、隙腐蚀，在拉应力作用下而产因此，本文在分析换热器管束振动机理的基础上，结生应力腐蚀，在疲劳应力作用下而使接头松动或裂合工程实际，针对性地提出了预防措施。开等，都会造成接头泄漏。1换热器的振动破坏形式1．5冶金失效在换热器运行过程中，为了强化传热和减少结振动使换热管产生交变应力，从而导致管子表垢，常采用提高流体流速的方法。然而，流体流速的而的垢层和氧化层脱落，在管子表面留下凹坑，在凹提高是导致管壳式换热器管束诱导振动的直接原坑处常引起应力集中，致使管子失效。因，另外，管束与泵、压缩机共振，回转机械产生的直管壳式换热器振动引起的破坏主要是管子的磨接脉动冲击

4、，换热器经常开停等，都会导致管束的诱损和疲劳断裂，破坏位置位于壳程流体进出口区域导振动，最终使管束失效。随着管束支撑(折流板)附近、折流板缺口附近、管束与管板接头附近和管束的尺寸及布置间距不同，流体诱导振动的程度各异。外围等。在工程实际中常见以下5种破坏形式。2管束振动分析l，1撞击破坏管壳式换热器在运行过程中，流体在壳程横向当管束的振幅足够大时，将导致管子之间相互冲刷管束，由于工况的变化以及流动状态的复杂性，碰撞，位于管束外围的管子与壳体内壁发生碰撞。换热管总会发生或大或小的振动。产生振动的振源在碰撞中，管壁磨损变薄，最终发生开裂。为流体稳定流动产生

5、的振动、流体速度的波动、通过1，2挡板损伤和管子自锯管道或其它连接件传播的动力机械振动等，横向流折流板孔和管子之间一般存在径向间隙，管子是流体诱导管束振动的主要根源。的横向振动就会引起管外壁与折流板的孔内壁间产2，1管束振动的机理生反复摩擦，如果折流板厚度较小，就会对管子产生2，1，1漩涡脱落当流体横掠换热管时，如果流动雷诺数大到一“锯切”作用，在不长的时间内将管子切开而发生局部失效。定程度，在管子背面两侧就产生周期性交替脱落的1．3应力疲劳失效收稿日期：2003一O1—10如果管子材料本身存在缺陷，或者由于腐蚀和作者简介：符兴承(1968一)，男，湖

6、南岳阳人，本科．讲师，主要磨损产生了裂纹等缺陷，在振动引起的交变应力作从事化工机械的强度分析等研究工作。维普资讯http://www.cqvip.com符兴承等管壳式换热器管束振动分析及防振措施·27·反对称漩涡尾流，即卡曼涡街。漩涡的交替产生和等计算。脱落使管子的两侧产生垂直于流向周期『生变化的激2．1．5脉动流诱发振动振力，导致管子发生振动一。其振动频率等于漩涡流体脉动引起的管子振动属于强迫振动，如化脱落频率，用式，’：S／。计算，由此可见，当管径肥厂中往复式压缩机冷却器常因为脉动流而发生振d。一定时，流速V越大，流体诱导振动频率，、，越大。动破坏

7、。但目前对这种振动机理研究得还很少。当漩涡脱落频率接近或等于管子固有频率时，就会2．2管束振动的计算产生强烈的振动。通过管束振动分析可知，管子的振动与管子系2．1．2紊流抖振统的固有频率、系统的阻尼和流体流动特性等因素紊流中脉动变化的压力和速度场不断供给管子有关。在换热器中，换热管两端与管板连接，中间由能量，当紊流脉动的主频率^与管子的固有频率相等间距布置的多个折流板支撑，但靠近两端管板的近或相等时，管子吸收能量并产生振动。脉动的折流板与管板之间的跨距(L、L)比中间跨距大。主频率f由式f：—V“doIL3．05f、1一譬‘+0．28]J计换热管与管板

8、之间不论采用焊接、胀接或胀焊并用，算。通常认为，当管子间距较大时，卡曼漩涡的影响都不能发生转动