换热器振动的防护

湖南换热器振动的原因及危害
      换热器管子产生振动的原因主要有两种：一种是外界激振源引起的振动，如往复式机械（如往复式压缩机）的脉动气流引起的激振，或通过支撑构件或连接管道传来的振动。另一种是流体流动激振，又可分为管侧和壳侧流体激发的振动。由于一般情况下管侧流动激发的振动振幅小，危害性不大，往往可以忽略，除非在流速远远高于正常流速的情况下，管侧激振才需要考虑。换热器内的振动主要是壳侧介质所激发的，在正常流速下壳侧流动就可能引发很大的振幅，对换热管的危害很大。
      研究表明，仅当流体诱发振动频率与换热元件的频率一致或相当接近时，才会使元件的振幅突然大幅度增加，从而导致其破坏。
      换热管振动损坏情况主要有两种，即管子的磨损和管子材料的疲劳断裂。管子磨损又分为两种情况：一种是在振幅很大的振动情况下，管子与管子相互接触而磨损（磨平穿漏）成菱形，这种情况绝大多数产生在振动位移很大的中间跨度处。管子的热膨胀增加了振动磨损的可能性。这是由于管子的热变形扩大了引起接触的相对运动，致使管子产生六角形的磨损。另一种是管子与支撑板由于振动发生相对运动而产生磨损，导致管壁逐渐变薄而后磨穿。另外，由于折流板（支承板）上的管孔通常都比管子外径大0.8~1. 2mm，振动管的管壁有可能被折流板（或支承板）切割、断裂，且当折流板很薄而材料比管材硬时尤其突出。接头的松弛与腐蚀同时存在的情况下，振动磨损增加，这种磨损形状呈马鞍形。在管子穿出管板处，也会由于振动而使管孔尖锐的边缘对管子起切割作用。
      管子的疲劳断裂则是由于周期的循环激振（包括出现共振或微振的情况下）所造成的。因为当管子振动时，会出现反复弯曲作用的周期性交变应力。如果管子很久地承受很强的交变应力，管子的某些应力的高部位就会出现疲劳破裂。
振动破坏的位置一般出现在下列位置处：
(1)传热管件支承跨度中间位置处，由于管间相互碰撞，外观呈现明显磨口；
(2)紧靠折流板缺口处，换热管与折流板发生碰撞而遭磨损；
(3)折流板管孔内，传热管振动时折流板管孔边缘对传热管的锯切、碰撞，严重时会导致管子断裂；
(4)传热管原有的一些细小裂纹或缺陷，因振动逐渐扩展，终导致破坏。
管子振动破坏多发生在壳程内介质是气体或蒸汽的场合，操作压力高于0. 8MPa则更明显。壳程内介质为液体时，也会发生管子振动破坏，但一般限于流体局部高速区的少数管子。
防振措施
防振的措施须从两个方面入手，即降低局部高速流体的流速和改变换热元件的固有频率。采取的主要方法有如下三种。
(1)降低流体在壳程的流速。
      当传热管的固有频率时，降低壳程流速，就可避免激发共振，若运行条件不能改变，可在换热器进出口管处设计防冲板、导流筒或液体出口分配器等，降低壳程进出口处流速，使流体脉动值降到底。当管束已采取过防振动措施，而效果不明显时，工艺上应考虑调整介质的流速。
(2)提高管子的固有频率。
       提高管子的固有频率可大大减少共振的机会。提高频率的有用的方法就是减少跨距。管子的固有频率与跨距的平方成反比，跨距若减少20%，固有频率则可提高50%。对于U形管束，为了提高固有频率，可在管间绕以带条或插入杆、板以阻止管子运动。
(3)改变折流板的形式，以改变换热管的支承状况。
       如折流杆式管束、螺旋折流板式管束等，都可大大改进管子的支承条件。