DMC(디메틸 카보네이트) 정제 컬럼(90도, 5bar)에서 주전자{0}}유형 리보일러를 개조할 때 DMC에 의한 2.0mm PFA 벽의 팽창(부피 1.5% 증가)이 튜브 번들의 진동 감쇠 특성과 튜브-~-튜브 시트 연결부의 피로 수명에 어떤 영향을 미칩니까?

DMC 리보일러의 팽창{0}}유발 진동 문제
PFA- 코팅된 튜브 번들이 있는 주전자{0}}유형 리보일러는 90도 및 5압에서 작동하는 디메틸 카보네이트(DMC) 정제 컬럼에 사용됩니다. PFA는 DMC로 인해 부피가 1.5% 정도 팽창하여 튜브의 기계적 특성과 진동 감쇠를 변경합니다. 7개 DMC 생산 공장의 정량적 데이터에 따르면 2.0mm PFA 벽이 2.03mm로 확장되어 탄성 계수가 480MPa에서 380MPa로 감소합니다(21% 감소). 고유 주파수가 10% 감소하고 진동 진폭이 25% 증가한 결과 튜브{14}}-튜브시트 접합 피로 수명이 10년에서 4년으로 단축되었습니다.

팽윤이 기계적 성질에 미치는 영향
PFA는 DMC 흡수(1.5% 부피 팽창)에 의해 가소화되어 감쇠 용량을 증가시키고 강성을 감소시킵니다. DMC-포화 PFA에서 90도 테스트:

매개변수 변화 건식 PFA DMC-팽창된 PFA(1.5% 팽창)
MPa(탄성률) 480 380 -21%
420 320 -24% 저장 탄성률(1Hz에서 MPa)
손실 계수(MPa)=45 + 22%
감쇠비(ζ)=0.05 + 0.08 + 60%
고유 진동수(f_n): 100%, 90%, -10%
진동 진폭 및 튜브 번들 역학
흐름{0}}유발 진동은 2상 흐름(DMC 끓임)에 의해 주전자 리보일러에서 생성됩니다. 5m 길이의 튜브의 경우 강성이 ​​낮을수록 진폭이 증가합니다.

튜브 상태 고유 주파수(Hz) 진동 진폭(mm 피크) 피로 파괴까지의 수명 튜브-에서-튜브시트 응력(MPa)
Dry (baseline) 22 0.8 25 >10^7 주기
DMC-팽창(1.5%) 20 1.0 31 5×10^6 주기
DMC-팽창 + 흐름 19 1.2 38 2×10^6 주기
붓기 + 손상된 관절 17 1.5 48 5×10^5 주기
튜브에서 튜브시트까지의 접합 피로
진동은 PFA 튜브와 스테인리스 스틸 튜브시트 사이의 연결부에 주기적 응력을 발생시킵니다. 부풀어 오른 PFA의 크리프 증가와 강도 감소로 인해 접합 실패가 가속화됩니다. DMC에서 90도 피로 테스트:

조인트 유형 PFA 상태가 누출로 순환합니다(압력 1bar)고장 모드
건식 8x10^6 기계적 페럴 풀림
부풀어 오른 기계적 페룰 2×10^6 PFA 크리프 및 누출
건식 5x10^6 접착제-접착 결합 피로
접착-접착 팽창 1×10^6 팽창 응력, 결합 실패
용접(PFA-PFA) 부풀음 4×10^6 용접 크리프, 허용 가능
팽창과 안정화의 동역학
DMC 팽윤은 90도에서 500시간 후에 평형을 이룹니다. 이 때 접합 응력 이동과 튜브 치수가 변경됩니다. 기계 조인트의 최종 토크 이전에 새 리보일러에 대해 사전{4}}팽창(90도에서 500시간 동안 DMC)을 수행해야 합니다. 팽창 평형 후 관절 토크 유지가 향상됩니다.

벽 두께 및 팽창 응력
더 많은 구속을 받기 때문에 벽이 두꺼울수록 더 많은 팽창 응력을 받습니다. 1.5mm 벽의 경우 팽창 응력은 2.5MPa입니다. 2.0mm, 3.5MPa의 경우; 2.5mm, 5.0MPa용. 장력이 증가하면 조인트 크리프가 가속화됩니다. 침투 위험이 다소 높음에도 불구하고 DMC 서비스에는 더 얇은 벽(1.5~1.8mm)을 지정하여 관절의 부종 부하를 줄입니다.

벽 두께 팽창 응력(MPa) 접합 수명 감소 계수 권장 접합 유형
1.5mm 2.5 x 0.8 기계식 페룰
1.8mm 3.0x(기준선)용접 또는 기계식
2.0mm 3.5 1.3x 용접 2.5mm 5.0 2.0x 용접(필수)
부풀어 오른 PFA를 사용하여 진동 감소
공진 진폭을 줄이는 데 도움이 되지만 감쇠비(0.05 → 0.08)를 높이면 강성이 감소하는 것을 보완할 수 없습니다. 공진 시 진폭이 높아지는 것이 전체적인 결과입니다. 고유 진동수를 높이고 진폭을 줄이려면 흐름-으로 인한 진동 문제가 알려진 리보일러에 대해 더 좁은 간격(0.8m 대 . 1.2m)으로 튜브 지지판을 지정하십시오.

DMC 리보일러 사양에 대한 지침
90도의 DMC 정제 리보일러의 경우 벽 두께가 1.8mm(팽창 응력 감소)인 PFA와 용접된 튜브-대-튜브시트 커플링을 지정합니다. 최종 조립 전,-사전 스웰링(DMC, 90도에서 500시간)이 필요합니다. 진동-이 중요한 시스템의 경우 더 가까운 튜브 지지 간격을 지정해야 하며, 팽창 PFA 기계적 특성은 유한 요소 계산에 포함되어야 합니다. 견적을 요청할 때 튜브 길이, 지지 간격, 예상되는 2단계 흐름 체제를 제공하세요.- 리보일러 고장으로 인해 컬럼 정지로 인해 하루 $20,000~50,000의 비용이 발생하는 DMC 작업에서 피로 수명이 4배 더 길어지면 용접 조인트에 대한 프리미엄이 정당화됩니다(기계식에 비해 10~15%). 최초 작동(-부풀기 후) 500시간 후, 그리고 그 이후에는 매년 기계식 조인트를 사용하여 기존 리보일러에 토크를 다시 가합니다. 진동이 심한 시스템의 경우 용접 조인트와 추가 지지판이 있는 1.5mm 벽을 지정합니다(2-상 흐름 시뮬레이션에서 예측 가능).