pH 2.5의 연도가스 탈황 배출수 탱크에 티타늄 히터를 수평으로 설치할 때 어떤 지지 간격(600mm vs. 900mm)이 흐름-으로 인한 진동 피로를 최소화합니까?

연도가스 탈황 유출 탱크에는 일반적으로 pH 2.5의 액체와 높은 수준의 염화물(10,000-30,000ppm) 및 석고, 석회석과 같은 부유 입자가 포함되어 있습니다. 수평 티타늄 히터는 간격을 두고 길이를 따라 지지됩니다. 교반기, 재순환 펌프 또는 가스 살포에서 튜브를 가로지르는 흐름으로 인한 와류 발산 및 난류 지원 거리 900mm에서 유연한 튜브 스팬의 고유 주파수가 감소합니다. 일반적인 FGD 유속 0.5~2m/s의 와류 발산 주파수는 튜브를 공명 상태로 여기시켜 잠재적으로 높은 사이클 피로를 유발할 수 있습니다. 600mm의 더 가까운 지지 간격을 사용하여 튜브의 고유 진동수를 가진 범위 이상으로 높여 진동 진폭과 피로 손상을 줄입니다. 1.5m/s의 유속에서 25mm 직경 튜브의 경우 600mm 분리로 안전한 작동이 가능하며 900mm 간격으로 수개월 내에 공진 및 피로 파괴가 발생합니다.

흐름-튜브 번들의 진동 유발 피로: 메커니즘

유체가 튜브를 가로질러 흐를 때 와류는 주파수 f_v=(St × V)/D로 튜브의 상단 및 하단 표면에서 교대로 발산됩니다. 여기서 St는 스트로할 수(실린더의 경우 약 0.2)이고, V는 유속이고 D는 튜브의 외부 직경입니다. 1.5m/s의 속도로 25mm 직경의 튜브의 경우 f_v는 약 12Hz입니다. 관의 고유진동수 f_n이 f_v의 20% 이내이면 공진이 일어나 진동폭이 10~50배로 증가합니다. 피로 균열은 지지대의 주기적 굽힘 응력의 결과입니다. 티타늄 등급 2의 피로 한계는 약 200MPa입니다. 공진 시 변형률은 300MPa를 초과할 수 있으며 피로 파괴는 105~106주기에 발생할 수 있습니다. 이는 몇 주 또는 몇 달 동안 연속 작동을 의미합니다. 고유 진동수는 지지 간격에 따라 달라지며 스팬 길이의 역제곱과 관련됩니다: f_n ∝ 1/L².

다양한 지지 간격에 대한 정량적 고유 진동수 및 피로 수명

고유 진동수와 피로 수명은 25mm OD, 1.5mm 벽 두께, 산화마그네슘 절연체와 저항선으로 채워진 2등급 티타늄 튜브에 대해 계산되고 검증되었습니다. 600mm의 지지 간격에 대한 고유 주파수는 22-28Hz이며 이는 유속 0.6-1.8m/s(5-15Hz)에서 와류 발산 주파수의 일반적인 범위보다 높습니다. 진동 진폭은 여전히 ​​0.1mm 미만이고 피로 수명은 10^8 사이클을 초과합니다. 이는 실제적으로 사실상 무제한입니다. 750mm 간격의 고유 주파수는 14~18Hz 범위 내에 있으며, 이는 1.0~1.3m/s 속도의 쉐딩 범위와 겹칩니다. 공진은 진폭 0.2~0.5mm로 적당하며 피로 수명은 흐름 조건에 따라 1~10년에 해당하는 10 6 ~ 10 7 주기로 떨어집니다. 고유 주파수는 900mm 간격에서 9-12Hz로 떨어집니다. 이는 0.7~1.5m/s의 속도에 대한 차단 범위에 있습니다. 공진 위험이 높으면 0.5~2mm의 진폭과 104~105주기의 피로 수명이 발생합니다. 이는 몇 주 또는 몇 달. 1이며, 200mm 간격은 5~7Hz의 고유 진동수와 일반적인 흐름과 상당한 공진을 제공하므로 지속적인 서비스에는 권장되지 않습니다.

임계 간격에 대한 유속 및 튜브 직경의 영향

중요한 지지 간격은 튜브 외경과 예상 유속 범위의 함수입니다. 와류 발산 범위는 유속이 0.5-1.0m/s이고 공진을 피하기 위한 최소 지지 거리가 700mm인 20mm 튜브의 경우 5-10Hz입니다. 20mm 튜브의 경우 쉐딩 범위는 10-15Hz이고 속도는 1.0-1.5m/s입니다. 최소 간격은 600mm입니다. 0.5~1.0m/s의 속도에서 25mm 튜브의 경우 쉐딩은 4~8Hz이고 최소 간격은 800mm입니다. 1.0~1.5m/s 속도의 25mm 튜브의 경우 쉐딩은 8~12Hz이고 최소 간격은 650mm입니다. 직경이 25mm이고 속도가 1.5~2.0m/s인 튜브의 경우 쉐딩은 12~16Hz이고 최소 간격은 600mm입니다. 1.5~2.0m/s 속도의 32mm 튜브의 경우 쉐딩은 9~13Hz이고 최소 간격은 700mm입니다. 튜브 직경에 관계없이 더 높은 유속을 위해서는 지지 간격이 더 가까울수록 필요합니다.

FGD 폐수 서비스 지원 간격 선택 가이드

다음 표에는 추정 유속과 원하는 피로 수명을 기준으로 pH 2.5에서 연도 가스 탈황 유출물을 처리하는 수평 티타늄 히터에 대한 권장 지지 간격이 나와 있습니다.

유속 범위(m/s) 튜브 외경(mm) 권장 지지 간격(mm) 예상 피로 수명 간격을 초과하면 주요 고장 발생<0.8 20-25 900 > 10 yearsSlight vibration
>10년 0.8-1.2 20 700 진동 피로
0.8-1.2 25 800 >10년 진동피로
1.2-1.6 20 600 >10년진동피로
1.2-1.6 25 650 5-10년피로 진동
1.6~2.0 20 550 5~10년침식-부식이 지배적일 수 있음2.0 임의 500<5 years Combined flow impacts
지지 간격을 넘어서는 엔지니어링

지지재는 피로 수명에 큰 영향을 미칩니다. 튜브에 용접된 견고한 지지대는 전체 진동 하중을 전달합니다. PTFE-라이닝 클램프와 같은 유연한 지지대는 진동을 30-50% 줄입니다. 굴곡 강성은 튜브 벽 두께에 의해 영향을 받으며 2.0mm 벽은 1.5mm 벽보다 굴곡 강성을 2.4배 제공하므로 지지 간격을 15~20% 늘릴 수 있습니다. 티타늄 등급(등급 2 대 등급 7)은 동일한 탄성 계수를 갖기 때문에 강성이나 피로 저항에 영향을 미치지 않습니다. FGD 유출 화학물질(pH 2.5, 높은 염화물)은 튜브가 수동으로 유지되는 한 피로 파괴 진행을 눈에 띄게 가속화하지 않습니다. 응력 집중 장치로 작동하는 부식 피트가 있으면 피로 수명이 50-90% 감소합니다. 표류 전류를 방지하기 위한 접지를 잘 하면 균열이 발생할 수 있는 국부적 부식도 줄어듭니다.

충분한 정보를 바탕으로-사양 만들기

pH 2.5의 FGD 스크러버 유출수에서 수평 티타늄 히터에 대한 튜브 위의 예상 유속을 계산합니다. 일반적으로 교반식 FGD 탱크의 속도가 1.0~1.5m/s인 경우 지지 간격을 20mm 외경 튜브의 경우 600mm, 25mm 튜브의 경우 650mm로 지정합니다. 견고한 용접 브래킷보다는 유연한 지지대(PTFE 라이닝 클램프)가 필요합니다. 스팬이 900mm이고 진동이 있는 기존 히터에는 스팬을 600mm로 줄이기 위해 중간 지지대가 추가되어야 합니다. 시운전을 위해 가속도계를 사용하여 튜브 진동 진폭을 측정합니다. 흐름 조건에서 진폭이 0.2mm보다 큰 경우 지지대를 추가하거나 펌프 속도를 줄이십시오. 엔지니어는 가혹한 FGD 배출수 서비스에서 장기적인 신뢰성을 위해 흐름으로 인한 진동 피로를 최소화하기 위해 900mm 대신 600mm의 올바른 지지 간격을 선택합니다.