Introducción: El sonido del fracaso inminente

En el área ocupada y de alta presión de la transferencia de calor de la fábrica, la gente a menudo comproba la eficiencia, el manejo de la temperatura y la pérdida de presión. Pero pierden un punto clave. Este punto puede causar grandes paradas repentinas. Es el peligro mecánico silencioso llamado Vibración Inducida por Fluidos (FIV). Si su intercambiador de calor de cáscara y tubo Hace un zumbido bajo constante, o incluso un golpe repetido o un estruendo, ese ruido no es normal. Significa que su paquete de tubos se está dañando poco a poco desde el interior. El FIV hace que los tubos delgados, que son la parte principal de su intercambiador de calor, se agiten duro dentro de la cáscara. Este estrés siempre lleva a dos malos resultados. Uno es el contacto del tubo con los orificios del deflector que causa un desgaste importante. El otro es una rápida rotura de fatiga en el enlace de la lámina de tubo. En GranoSabemos que la verdadera habilidad de ingeniería va más allá de las reglas de calor y en la fuerza de la estructura. Arreglamos más que planes básicos para detener la causa principal de estas interrupciones. Esta mirada detallada cubrirá los hechos mecánicos de la VIF. También mostrará la mejor solución que convierte los intercambiadores ruidosos y de riesgo de rotura en herramientas estables y de larga duración: el diseño de deflector helicoidal.

¿Por qué existe el problema de la vibración? El defecto del diseño

La posibilidad de agitación dañina proviene del diseño común pero débil del deflector segmental tradicional (deflector cortado con arco).

1. El defecto de flujo del deflector segmental

Un deflector’ El trabajo principal tiene dos partes. Sostiene los tubos largos y delgados. También envía fluido del lado de la carcasa sobre el haz del tubo para aumentar la velocidad de transferencia de calor. Pero el deflector segmental habitual se convierte en fluido de una manera que cuesta mucho en mecánica. Con cortes grandes y de medio círculo, estos deflectores hacen que la trayectoria de cambio de fluido del lado de la carcasa sea frecuente. Esto conduce a un patrón de flujo cruzado dañino.

• El fluido debe ir casi recto a través (lateralmente) del haz de tubos antes de girar en el siguiente deflector.
• Este fuerte golpe de flujo rápido hace una gran fuerza mecánica de empuje que golpea los tubos desde el lado.

En términos simples, el viejo diseño hace que el fluido golpee y empuje los tubos una y otra vez, en lugar de conducirlo sin problemas.

2. La calle del vórtice Karman (KVS): la inestabilidad aeroelástica

La forma clave en que funciona la FIV se llama Karman Vortex Street (KVS). Es un tipo de inestabilidad del flujo de aire.

1. Cuando el fluido pasa por una forma ancha (como un tubo de intercambiador de calor) a una velocidad fijada, el fluido puede’ t siga bien la curva.
2. En su lugar, los remolinos de fluido se separan uno por uno de la parte superior y inferior del tubo.
3. Esta ruptura de ida y vuelta hace que la presión cambie a través del tubo’ anchura s. Crea una fuerza de elevación repetida de arriba y abajo que va en contra de la trayectoria de flujo.

Cuando la velocidad de esta ruptura remolino se acerca o coincide con el tubo’ su propia velocidad de agitación (o el paquete’s), golpea la resonancia. El fluido entonces agita los tubos a su propia velocidad. Esto hace que las vibraciones sean mucho más grandes y dañinas. Tal resonancia pronto puede ir más allá del metal’ fuerza y límites de retención.

3. El intervalo inestable: soporte insuficiente del tubo

Otra razón para el VIF es el límite de los huecos de deflector. Los tubos necesitan apoyo a menudo para mantener su velocidad de agitación alta (es decir, firme). Pero los huecos deben ser lo suficientemente amplios como para reducir la pérdida de presión del lado de la concha.

• En los planes de deflectores segmentales, los tubos solo obtienen soporte en puntos anchos y fijados.
• La longitud abierta del tubo entre los deflectores, la extensión libre, funciona como una cuerda de guitarra. Una cuerda más larga y delgada tiene una velocidad de agitación más baja. Esto facilita que la ruptura de remolino de baja velocidad (KVS) inicie la resonancia.

Si el espacio de deflector (span de tubo) es demasiado ancho, los tubos pueden sacudir duro con movimientos grandes. Esto conduce directamente a la ruptura mecánica.

Los daños secundarios: el verdadero costo de la vibración

La VIF no suele causar una ruptura instantánea. Su daño se acumula y duele con el tiempo. Se muestra en dos tipos principales y costosos de descanso.

1. Fractura por fatiga en la lámina del tubo

El punto habitual para la ruptura principal es el enlace entre el tubo del intercambiador de calor y la lámina del tubo.

• A medida que los tubos se agitan dentro de la carcasa, el punto de tensión superior es la unión fija en el lado de la lámina del tubo.
• La curvatura constante (flexión) del tubo metálico pone el material bajo carga de fatiga de varios ciclos.
• Después del tiempo, a menudo meses o semanas en mala resonancia, pequeñas grietas comienzan y crecen a través de la pared del tubo. Esto conduce a una rápida y dura fatiga (corte del tubo) justo en el lado de la lámina del tubo. De inmediato debilita el tubo. Esto provoca una mezcla rápida del fluido del lado de la carcasa al lado del tubo y la parada del sistema.

2. Fretting y desgaste abrasivo (fuga de abrasión)

En las partes centrales del haz de tubos, la agitación dura hace que el tubo se frote rápidamente contra los bordes de los orificios de deflector segmentales.

• Este frote constante y rápido toma material tanto de la pared del tubo como del orificio del deflector. El proceso es desgaste o raspado.
• Los tubos de intercambiador de calor son a menudo delgados (menos de 1,5 mm de pared). Este frote repetido pronto corta una ranura en la pared de la tubería.
• Cuando el corte pasa una profundidad clave, la pared del tubo falla. Esto trae fugas de raspado y mezcla. Tal ruptura a menudo necesita bloquear muchos tubos. Corta el intercambiador’ S trabaja mucho.

En trabajos que requieren una transferencia de calor constante a largo plazo, un objetivo principal de los productos Grano, estas vías de rotura FIV suponen demasiados riesgos y trabajos de mantenimiento.

El Grano Solución antivibración: deflectores helicoidales (tecnología de flujo espiral)

Grano ve los puntos débiles básicos en los deflectores segmentales. Así que usamos mejor tecnología para dar intercambiadores de calor de cáscara y tubo con deflectores helicoidales (también llamados intercambiadores de flujo espiral). Esta es una mejor opción para trabajos de riesgo de temblor. La compilación especial correge FIV no disminuyendo, sino deteniendo la causa principal.

1. Cambiar el régimen de flujo: accionamiento en espiral longitudinal

La parte superior del plan de deflector helicoidal es cómo convierte el flujo del lado de la carcasa de un flujo cruzado dañino en un flujo en espiral (helicoidal) uniforme a lo largo del tubo.

• En lugar de hacer que el fluido pase sobre los tubos una y otra vez, los deflectores helicoidales conducen fluido junto a los tubos. Sigue una estrecha trayectoria en espiral de un extremo de la concha al otro.
• Esta vía de flujo corta la parte de flujo rápida y recta que hace fuertes remolinos de Karman.
• Al convertir la potencia del fluido en movimiento frontal en lugar de golpe lateral, el empuje mecánico en el haz de tubos casi desaparece. Esto asegura un trabajo constante y sin temblores.

2. Soporte completo y continuo del tubo

La forma de los deflectores helicoidales da una sujeción mecánica mucho mejor que las placas segmentales extendidas.

• Las partes helicoidales dan una línea táctil semi-estable a lo largo del haz de tubo’ s longitud.
• Este plan corta mucho el span libre real de los tubos. Hace que los tubos sean más firmes y aumenta su velocidad de agitación mucho.
• Al elevar la velocidad de agitación más allá del rango de velocidades de ruptura del remolino, el haz de tubos se mantiene seguro de la resonancia FIV. Los tubos consiguen “ se mantuvo firme, ” detener los grandes temblores que causan desgaste por frotamiento y fatiga.

3. Datos SoporteUn doble beneficio

La construcción inteligente del plan helicoidal da una fuerte ganancia de dos partes. Corrige tanto la confianza como el costo de ejecución de inmediato.

1. Eliminación de vibracionesFIV se elimina mediante la construcción. Esto asegura una mejor confianza a largo plazo y corta la necesidad de bloquear o intercambiar tubos costosos.
2. Reducción de la caída de presiónAl convertir el flujo cruzado de inicio a parada (que hace que el bloque de flujo alto) en un flujo en espiral uniforme y suave, el plan helicoidal corta mucho el frote y el rugoso. Los granofacts muestran que el plan de deflector helicoidal puede reducir la caída de presión hasta un 70% de un plan segmental habitual que hace el mismo trabajo de calor.

Esto significa que una unidad de deflector helicoidal Grano dura más y necesita menos potencia de bomba. Se convierte en ahorro de energía real y costos de funcionamiento más bajos sobre el intercambiador’ vida.

Mejorar la estructura, eliminar el riesgo

La vibración inducida por fluidos no es una parte imprescindible de los intercambiadores de calor. Es una vía de ruptura mecánica construida en viejos planes. El uso de deflectores segmentales de alto mantenimiento significa correr el riesgo de detenciones costosas, problemas de ruido constante y rotura final de tubos grandes. Si su planta tiene ruido del intercambiador de calor, alto uso de energía de la bomba y falla a menudo el tubo costoso, es hora de dejar de solucionar el problema y solucionar la causa de la construcción. Grano se centra en soluciones planificadas que aumenten la eficiencia y aseguren una larga vida útil de la estructura. Al pasar del deflector segmental débil a la mejor construcción de deflector helicoidal, obtiene más que un intercambiador de calor. Usted invierte dinero en años de trabajo de transferencia de calor constante, silencioso y de ahorro energético. Contacto nuestro equipo de ingeniería hoy para comprobar sus planes actuales de carcasa y tubo y aprender cómo la solución helicoidal Grano puede detener el asesino oculto en su sistema.

Preguntas frecuentes

P: ¿Es la Vibración Inducida por Fluidos (VIF) un problema común o solo afecta a los intercambiadores de calor mal fabricados?

R: FIV es un riesgo incorporado en casi todos los intercambiadores de calor de carcasa y tubo con deflectores segmentales habituales, incluso los bien hechos. El riesgo proviene de la mezcla de velocidad de flujo de ejecución, peso del fluido y velocidad de agitación del tubo. Si la velocidad de flujo del lado de la carcasa supera un punto clave, ocurre un temblor, sin importar la calidad de la soldadura. Es por eso que Grano sugiere el plan de deflector helicoidal para trabajos de fluidos de alta velocidad o de alto peso.

P: El diseño del deflector helicoidal suena más eficiente. ¿Por qué es’ ¿Ya es el estándar de la industria?

R: La razón principal es crear problemas. Los deflectores segmentales habituales son placas planas y sencillas de cortar y montar. Los deflectores helicoidales necesitan rollos especiales, alineación y formas de construir para obtener la forma espiral exacta para un flujo suave. El primer costo es más alto. Pero Grano cree que el mejor trabajo, los rasgos seguros de no sacudimiento y el ahorro de energía demostrado a largo plazo de hasta un 70% de reducción de la caída de presión hacen que el TCO (Costo Total de Propiedad) del deflector helicoidal sea mucho mejor que los planes habituales.

P: Si sospecho que mi intercambiador de calor actual tiene un problema FIV, ¿cuál es el primer paso que debo tomar?

R: El primer y clave paso es hacer una comprobación de agitación profesional. Esto significa medir el tamaño y la velocidad de agitación del tubo y emparejar la velocidad de ruptura (del flujo) con el tubo; s velocidad de agitación imaginada. Si la resonancia muestra, la fijación corta a menudo corta el caudal del lado de la concha (y por lo tanto la capacidad). La solución larga y duradera de Grano es intercambiar el paquete de tubos habitual con un mejor paquete de tubos de deflector helicoidal que detiene las fuerzas de empuje plenas.