余热回收换热器流体诱导振动分析

空间锥螺旋管束流体诱导振动换热器及性能分析

ｄｅｄｉｅｙｔｅｔａｓｅｓｕｓｔｎｗｅｅｃｌｌｔｄａａｓｅｓｄｌｗｒｔｆ．ｓｌｒｎｂｈｒｎｖｒｅｐｌａｉｒａｃａｅｔｈｌｉｅｆａｅｏ１ｍ／．Ｔｈｖｏｕｌｏ０ｅ
ｓｃｎａｙｆｕｄｆｏｉｓｄｈｕｅａｄｉｓｈａｒｎｆｒｗｅｅｎｍｅｉａｌｎｅｔｇｔｄＴｈｅｅｏｄｒｌｉｌｗｉｅｔｅｔｂｎｔｅｔｔａｓｅｒｕｒｃｌｙｉｖｓｉａｅ．ｎｅｒ— ｓｌｓｓｏｔａｈｉｒｔｏｆｔｅｓｎｌＯｓｉａｕｅｃｎｂｉｉｅｎｏｔａｓｅｓｉｒｔｏｕｔｈｗｈｔｔｅｖｂａｉｎｏｈｉｇｅｒＷｐｒｌｂａｅｄｖｄｄｉｔｒｎｖｒｅｖｂａｉｎｔａｄａｉｌｉｒｔｎ，ａｄｔｅｌｔｅＳｄｍｉａｔｎｘａｂａｉｖｏｎｈａｔｒｉｏｎｎ．ＴｈｉｒｔｎｏｏｉａｐｒｌｕｅｂｎｌｉａｙｅｖｂａｉｆｃｎｃｌｉｂｕｄｅＳｅｓｏｓａｔｔｅｉｄｃｄｄｅｔｔｍａｌｌｗ－ｒｅｄｒｑｅｃ．Ｕｎｅｈｏｄｔｎｏｕｓｔｇｆｗ，ｏｂｎｕｅｕｏｉｓｓｌｏｏｄｒｍｏｅｆｅｕｎｙｄｒｔｅｃｎｉｏｆｐｌａｉｌｉｎｏｔｅｔｂｕｄｅｖｂａｉｎｉｉｉｒｔｔｒｎｖｒｅｖｂａｉｎｍｏｅＴｈｏｔｕｓｏｈｌｉｈｕｅｂｎｌｉｒｔＳｓｍｌｏｉｔａｓｅｓｉｒｔｄ．ｏａｓｏｅｃｎｏｒｆｔｅｆｕｄｆｗｎｉｅｔｅｔｂｎｉａｅｔａｈｅｏｄｒｌｉｌｗＳｃｍｐｉａｅ．Ｔｈｒｒｏｒｉｄ — ｌｏｉｓｄｈｕｅｉｄｃｔｈｔｔｅｓｃｎａｙｆｕｄｆｏｉｏｌｔｄｃｅｅａｅｆｕｎｅｐｎｅｔａｔｆｔｅｓｃｎａｙｆｗａｈｃｏｓｓｃｉｎａｄｔｅｆｏｄｒｃｉｎｒｉｅｅｔｒｍｅｄｎｒｓｏｈｅｏｄｒｌｉｅｃｒｓｅｔｏｎｈｌｗｉｅｔｏｓａｅｄｆｒｎｏｐｏｎｆｆｅｃｔｅ．Ｔｈｅｔｆｕｆｔｅｃｎｃｌｓｉ１ｔｂｕｄｅｉ１４ｔｅｈｔｏｈｏｖｎｉｎ１ａｈｏｈｒｅｈａｌｘｏｈｏｉａｐｒｕｅｂｎｌＳ．ｉｓｔａｆｔｅｃｎｅｔａａｍｏｐａａｌｓｉｕｅｂｎｌｓｌｎｒｅａｔｔｂｕｄｅ．ｃＫｅｗｏｄ：ｃｎｃｌｓｉａｕｅｂｎｌｓｌｗ－ｄｃｄｖｂａｉｎ；ｈａｒｎｆｒｃａａｔｒｓｉｓｙｒｓｏｉａｐｒｌｂｕｄｅ；ｆｏｉｕｅｉｒｔｔｎｏｅｔｔａｓｅｈｒｃｅｉｔｃ

电炉余热锅炉水循环管道振动及减震措施

余热锅炉热水循环管道振动及减振措施王中建周宇（本钢集团有限公司特殊钢厂炼钢车间辽宁本溪 117021）摘要：由于电炉炼钢的特殊性，电炉余热锅炉呈周期性运行状态，启停比较频繁，水循环管道容易产生振动，为此对电炉余热锅炉水循环管道振动的成因及减震措施进行了一定的分析。

关键词：热水循环管道；振动；减震Waste heat boiler hot water circulating pipeline vibration and vibration reduction measuresWang Zhongjian Zhou Yu( Benxi Iron and Steel Group Company Limited special steel steelmaking workshop ofLiaoning Benxi 117021 )Abstract: because of the particularity of electric furnace steelmaking, heat recovery boiler of periodic operation state, start and stop frequently, water circulating pipe is easy to vibrate, the furnace waste heat boiler water circulation pipeline vibration causes and measures are analysed.Key words: hot water circulating pipe; vibration; vibration damping1、概述电炉炼钢具有周期性，以倒入铁水、冶炼、出钢为一个周期，在这个周期中，热管式余热锅炉只有在氧枪吹氧期生产蒸汽，其余时间几乎不生产蒸汽，因此电炉余热锅炉也处于周期性运行状态。

换热器管束振动的原因及防范措施

一、管束振动分析管壳式换热器在运行过程中,流体在壳程横向冲刷管束,由于工况的变化以及流动状态的复杂性,换热管总会发生或大或小的振动。

产生振动的振源为流体稳定流动产生的振动、流体速度的波动、通过管道或其它连接件传播的动力机械振动等,横向流是流体诱导管束振动的主要根源。

1.1管束振动的机理1.1.1漩涡脱落当流体横掠换热管时,如果流动雷诺数大到一定程度,在管子背面两侧就产生周期性交替脱落的反对称漩涡尾流,即卡曼涡街。

漩涡的交替产生和脱落使管子的两侧产生垂直于流向周期性变化的激振力,导致管子发生振动。

其振动频率等于漩涡脱落频率,用式fv=SLv/do计算,由此可见,当管径do一定时,流速v越大,流体诱导振动频率fv越大。

当漩涡脱落频率接近或等于管子固有频率时,就会产生强烈的振动。

1.1.2紊流抖振紊流中脉动变化的压力和速度场不断供给管子能量,当紊流脉动的主频率ftb与管子的固有频率相近或相等时,管子吸收能量并产生振动[2]。

脉动的主频率ftb由式ftb=vdolt3051-dot2+0.28计算。

通常认为,当管子间距较大时,卡曼漩涡的影响是主要的;当管子间距较小时,由于没有足够的空间产生漩涡分离,紊流的影响是主要的。

当管子间距与管径之比小于1.5时,漩涡分离一般不会引起管子大振幅的振动。

1.1.3流体弹性激振当流体横向流过管束时,由于流动状态的复杂性,可能使管束中某一根管子偏离其原来的静止位置,发生瞬时位移,这会改变其周围的流场,从而破坏相邻管子上的力平衡,使之产生位移而处于振动状态。

当流体速度大到某一程度时,流体弹性力对管束所做的功大于管子阻尼作用所消耗的功,管子的响应振动振幅将迅速增大,直到管子间相互碰撞而造成破坏。

发生流体弹性激振时,横流速度的临界值用式vo=βfnmeδoρd2o1/2计算。

研究表明,流体速度较低时,振动可能由漩涡脱落或紊流抖振引起[3],而在速度较高区域,诱发振动机理主要是流体激振。

换热器振动原因分析及防振措施探讨

The reasons for vibration of heat exchanger analysis and anti vibration measures
Zhong Min Zhenhai PetroChemical Engineering Co., Ltd, Zhejiang Ningbo 315042 Abstract：In this paper，a petrochemical company in the sulfur recovery unit of a heat exchanger in increasing through put violent vibration，accompanied by howling problem，analysis the cause of vibration，and puts forward some matters should be taken fully into account in the design of the solution and the. Keywords：heat exchanger；tube bundle；vibration；structure improvement
管直径DN1200，出口管直径DN800，换热器直径与壳程酸性
气入口直径比达3：2。壳程介质为气态，且出、入口尺寸较本换热器是一台封头管箱，双管程，单壳程（壳程介质1 ᵜᦒ✝ಘ༣〻ㆂփⴤᖴѪ '1㘼༣〻䞨ᙗ≄‫ޕ‬ਓ㇑ⴤᖴ '1ˈࠪਓ㇑ⴤᖴ 大。管束结构中折流板、支持板间距较远，入口及尾端未设 '1ˈᦒ✝ಘⴤᖴо༣〻䞨ᙗ≄‫ޕ‬ਓⴤᖴ∄䗮 Ǆ༣〻ӻ䍘Ѫ≄ᘱˈфࠪǃ‫ޕ‬ਓቪረ 进2出）U型管非标换热器，型号为：BIU1800-4.4/0.28-519䖳བྷǄ㇑ᶏ㔃ᶴѝᣈ⍱ᶯǃ᭟ᤱᶯ䰤䐍䖳䘌ˈ‫ޕ‬ਓ৺ቮㄟᵚ䇮㖞ԫօ䱢ᥟ㔃ᶴ ާփ㔃置任何防振结构（具体结构见图1）。 6.5/19-2I，其工艺参数见表1。该换热器放置于土建钢框架上，由2组各4个弹簧支架支撑换热器鞍座，以保证换热器稳定。

加热炉管道系统振动分析及减振处理

加热炉管道系统振动分析及减振处理
在加热炉的管道系统中，由于炉内高温燃烧产生的热膨胀，以及由于流体流动引起的压力脉动等原因，会产生振动。

这些振动会对管道系统以及设备设施造成一定的破坏，降低工作效率，甚至可能引发事故。

对于加热炉的管道系统进行振动分析和减振处理是非常重要的。

需要对加热炉的管道系统进行振动分析。

振动分析的目的是确定振动的产生机制和振动的特征，进而确定振动的危害程度和对策。

振动分析可以通过实测或者数值模拟的方法进行，其中实测方法包括使用加速度计、振动测量仪等设备进行实时监测，数值模拟方法可以使用有限元分析等进行。

振动分析得到了振动的特征和机制后，就需要采取相应的减振措施。

常见的减振措施包括：提高加热炉的结构刚度，对于刚度较低的部分可以采取增加加强杆、加装支撑等方式进行加固；增加减振器，例如在管道上加装软接头、胶垫等减振装置；改变管道布置和支撑方式，在布置上尽量减少弯头和支撑点，对于长跨度的管道可以采用等距离支撑的方法等。

需要注意的是，加热炉管道系统的振动减振处理需要根据具体情况进行分析和方案设计。

对于不同的炉型、管道结构和使用条件等，减振方案可能会有所不同。

在进行减振处理前，应该进行全面的振动分析，确定振动产生的原因和特征，然后针对性地选择合适的减振措施。

通过对加热炉管道系统的振动分析和减振处理，可以减小振动对管道系统和设备的影响，提高工作效率，保证生产安全。

振动分析和减振处理也是加热炉管道系统设计和改进的重要环节，可以为后续的管道系统设计和改造提供有益的经验和参考。

在加热炉的管道系统设计和改进中，需要关注振动分析和减振处理这一环节，以确保系统的安全可靠运行。

余热换热器工作原理

余热换热器工作原理余热换热器是一种能够利用工业生产过程中产生的废热进行能量回收的设备，其工作原理主要依靠热传导和热交换的基本原理。

在工业生产中，许多工艺过程会产生大量的余热，如果这些热量得不到有效利用，将会造成资源的浪费和环境的污染。

而余热换热器的出现，可以有效地将这些废热转化为可利用的能源，有助于节能减排，降低生产成本，提高能源利用效率。

余热换热器的工作原理主要包括热传导、热交换和流体循环三个方面。

余热换热器通过热传导的方式，将废热从热源传导至换热器内部的换热表面。

换热表面通常采用金属材料制成，热传导性能好，能够有效地将热量传递给工作介质。

热源释放的热量在换热器内部与工作介质进行热交换，达到能量的传递和转化。

在这个过程中，热源的温度逐渐降低，而工作介质的温度则逐渐升高。

经过热交换的工作介质被循环泵输送至生产设备或热源，完成能量的再利用，实现了能源的回收和循环利用。

为了更好地理解余热换热器的工作原理，可以通过以下具体的工作过程进行解析。

实际工业生产过程中产生的余热被导入余热换热器的换热表面，通过与工作介质的热交换，使得工作介质温度升高。

热源的温度逐渐下降。

随后，通过循环泵的作用，高温的工作介质被输送至生产设备或其他需要热能的地方，完成能量的再利用。

在这个过程中，余热换热器发挥着关键的作用，不仅促进了余热能源的回收利用，还起到了节能减排的重要作用。

除了以上所述的基本工作原理外，余热换热器的工作效率还受到多种因素的影响。

换热表面的设计和材质对于热量传导的效率有着直接的影响，合理的设计和优质的材料能够提高换热效率。

循环泵的性能和工作介质的流动状态对能量传递和利用效率也十分关键。

对流体流动参数和热传导系数的合理控制也能够提高换热器的工作效率。

余热换热器是一种能够有效利用工业生产过程中产生的废热进行能源回收的重要设备。

其工作原理基于热传导、热交换和流体循环的基本原理，通过这些过程，实现了废热能源的回收和再利用。

螺旋管式换热器的流致振动研究

螺旋管式换热器的流致振动研究摘要：经济的发展需要能源的支撑，换热器作为一种常见的能量回收和利用装备，在国民生产和生活中扮演着重要的角色，使其保持稳定高效的运转对设备安全和能源的高效利用起着重要的作用。

流体诱发振动广泛存在于管壳式换热设备中,而螺旋管式换热器由于体积小、换热效率高,近年来大量应用于各类工业换热设备。

基于此，本文主要对螺旋管式换热器的流致振动进行分析探讨。

关键词：螺旋管式换热器的；流致振动前言流体诱发振动广泛存在于众多工业领域中,特别是流体外掠换热器传热管造成传热管振动的问题。

在全世界范围内,换热器传热管的破裂是核电厂运行中最为重要的安全事故之一,原因是传热管的破裂会造成放射性物质的外泄和冷却剂流失事故的发生。

因此避免流致振动对于换热器的安全运行至关重要。

1、热工分析螺旋管模型示意图如图1所示,其相应几何参数如下：外径,12.7mm；壁厚,1.85mm；螺距,270mm；螺旋直径,532mm；螺旋高度,1600mm。

其中,壳侧为一次侧,运行压力为15.0MPa,冷却剂从下至上加热二次侧流体；管侧为二次侧,运行压力为2.4MPa,流体由上至下流动,并不断被一次侧冷却剂加热,由单相液体转变为气液两相流体直至出口处为过热蒸汽。

图1螺旋管模型示意图在进行流弹失稳和湍流抖振分析时,均需知道螺旋管一、二次侧流体沿螺旋管方向的密度分布。

然而,由于螺旋管内属于蒸汽发生器二次侧,存在从单相到两相的相变过程,传热及流动现象复杂,目前的大型商业CFD软件没有针对螺旋管内两相流动的模型。

因此基于一维热工程序RELAP5开发了单根螺旋管一、二次侧流动及换热的热工水力程序。

管内的换热区,按照换热特性可分为单相液体换热区、过冷沸腾换热区、饱和沸腾换热区、干涸换热区、单相气体换热区,基于不同换热区特点,对RELAP5原流动换热关系式进行了改写。

上述各区域的流动和传热选择专门针对螺旋管的本构关系式。

图 2 二次侧和一次侧流体沿螺旋管长度方向的密度分布2、流场分析螺旋管换热器的一次侧包含了大量的传热管,且传热管的排布形式复杂,因此很难对完整的流体域进行网格划分和CFD计算。

螺纹管换热器管外流体诱发振动分析

11前言在管壳式换热器设计中，换热管的振动分析是管束设计的一个极为重要的环节，所以在很多换热器计算软件中都有对应的振动模拟模块。

在标准《热交换器》（GB/T 151—2014）（以下简称：国标）附录C 中，再次对流体诱发振动分析提出了计算分析方法。

本文主要阐述了国标附录C 中的计算分析方法与HTRI 软件中的振动精细分析模块进行对比，并结合在一起分析，提出了螺纹管换热器管束振动判定方法。

换热器的管子都是不良绕流体结构。

所谓不良绕流体结构，是指流动会在很大一部分结构表面上脱离开的结构。

这种结构不需要像飞机那样获得升力或要使曳力降到最小值，而是承受载荷，提供换热面积。

从空气动力学的角度来看并不是最佳化，所以设计时应将振动当作第二设计特性来考虑，即在不造成破坏的前提下，允许出现一定振动。

1 国标附录C对振动的判定介绍国标附录C 描述了在管壳式换热器中，当流体横向流过管束时，诱发管束振动的主要成杭州杭氧换热设备有限公司｜刘江，毛传剑螺纹管换热器管外流体诱发振动分析12因为卡门旋涡激振（有声振动或无声振动）、湍流抖振（有声振动或无声振动）和流体弹性不稳定。

以上任何一个因素都可能诱发管束振动。

1.1 管外流体为气体或液体当管外流体为气体或液体时，符合下面任一条件，有可能诱发管束振动和破坏。

（1）卡门旋涡激振根据换热器的换热管排布特性及横流介质流速，可计算出卡门旋涡频率f v 。

当卡门旋涡频率超过管束各支撑间通道的换热管最低固有频率f 1的0.5倍时，有可能由卡门旋涡诱发管束振动和破坏。

（2）湍流激振根据换热器的换热管排布特性及横流介质流速，可计算出湍流抖振主频率f t 。

当湍流抖振主频率超过管束各支撑间通道的换热管最低固有频率f 1的0.5倍时，有可能由湍流抖振诱发管束振动。

（3）换热管的最大振幅当卡门旋涡频率或湍流抖振主频率与换热管的固有频率一致，且换热管的固有频率小于2f v 或2f t 时，计算出管束各支撑间通道的换热管振幅y v ，如果最大振幅y max 大于换热管外径d o 的0.02倍，则有可能发生管束振动或破坏。

U型管换热器振动的分析计算及处理对策

万方数据
分析 K + LK%$M 液氨 ! 释放气换热器的结构特点，管束在垂直方向上的折流板跨距较水平方向大，水平方向单双弓折流板间的跨距最大为 .#" >>，而
・ #" ・
A/KL
D 型管换热器振动的分析计算及处理对策
K;>"! M N;$ ",,+
垂直方向单弓折流板的最大跨距为 !"#$%& ’’，大跨距的管束固有频率会偏低，可能与气流及声波产
第 "! 卷第 - 期
压
力
容
器
总第 !(9 期
由文献［!］可知，管束在进口处及折流板间中会发生紊流抖振。 "#"#$ 声频引发管束振动的判断声速： ! % !&&& !"#$% &!’ 式中（’）压缩系数 " % !；定压比热与定容比热的比值壳侧工作压力 $% % &#!! )*+ （,）；壳侧流体 # % !#(!； ! % "($# ’ 1 0 2 声频： () % *! & " + 式中
得：将各参数代入式（"） "# E #+ ’ 4 @ 因为 "! E &%+7’ 4 @ H "# E #+ ’ 4 @ "" E 6%7#’ 4 @ H "# E #+ ’ 4 @ 由文献［!］可知，在管束进口处和折流板间不会因横流速度冲击引起振动。 "%"%" 管束中发生卡门涡旋引起振动的判断卡门涡旋频率 (- 的计算： ( - E . /" ! ! 0 , 式中（#）由节径比 . ! * , E #" ! !- E ./ 为斯特罗哈数，从文献［ !］查得 ./ E ,%"-； !%$6 及管束正方形排列，换热管外径 * , E ,%,!- ’’；将参数代入式（#）得：进口处的卡门涡旋频率 (-! E 6#%& BC 折流板间的卡门涡旋频率 (-" E !##%" BC 由于 (-! ! ( E 6#%& ! !+7%7& E ,%&7 I ,%& (-" ! ( E !##%" ! !+7%7& E ,%- I ,%& 由文献［!］可知，管束在进口处及折流板间会发生卡门涡旋引起的振动。 "%"%# 管束中发生紊流抖振的判断紊流抖振主频率 (/ E

某核电厂管壳式换热器流致振动实例分析

２
余热锅炉２０ｌ８．２
不足以吸收流体能量，换热管振幅将持续增大，直到相邻换热管互相碰撞，短时间内造成破坏。流体弹性不稳定性往往发生在壳程流体流速较高时，破坏性很大，设计时应着重注意避免。１．４．声共振
气体或蒸汽进入壳体后，将在与流动方向和换热管轴线都垂直的方向上形成声学驻波。当声学驻波频率与卡门旋涡频率或湍流抖振主频率一致时，便发生声共振。当壳程介质为液体时，由于液体音速高，一般不会产生声共振。２．计算模型（某核电厂ｓＲｌ换热器）简介２．１．换热器概况
流体弹性不稳定性是动态的流体力与管子的运动相互作用的结果。当流体速度较高时，流体给予管子的能量大于换热管的阻尼所消耗的能量，在流体力作用下，换热管将产生大振幅的振动，若换热管的阻尼仍
关键词：核电管壳式换热器流场振动
前言
关，工程上采用斯特罗哈数（Ｓｔｒｏｕｈａ１）来近
对于管壳式换热器，换热管束的振动会导致换热管破坏，从而造成设备失效。引起换热管束振动的原因有许多方面，其中流体诱导振动是换热管振动的直接和主要原因。１．管壳式换热器管束流致振动机理

管壳式换热器流体诱发振动机理及防振措施01

1.3 换热管振动破坏的形式
3、管与管板处液漏
用胀管法固定的管子，振动时呈弯曲变形。接合处的管子，受力最大。有可能从胀接处松开或从管孔中脱出造成漏泄甚至断裂
4、疲劳破坏
管子在振动时反复的受弯曲应力的作用。如果应力相当高且振动延续时间很长，管壁将因疲劳而破裂。如果管子的材料存在裂纹且裂纹处于应力场中的关键部位，或者管子还同时受到腐蚀与冲蚀的作用，疲劳破坏加速
我国从20世纪70年代开始相继在北京、天津、上海等地的化工厂、电厂、核反应堆系统的换热器、空气预热器中也曾发生过管子的振动与声振动。
1.2 换热器流体诱发振动的学术会议
二十世纪60年代，已有较多学者从事换热器中流体诱发振动的研究。70年代初便已具备召开专题学术会议的条件。1970年美国阿贡国家实验室（ANL）主办了“反应堆系统部件中流体诱发振动”会议，美国机械工程师协会（ASME）主办了“换热器中流体诱发振动”会议，标志着一个新阶段的开始。
1.3 换热管振动破坏的形式
换
碰撞损伤
热
管
折流板切割
振
动
管与管板处液漏
破坏
疲劳破坏
形式
声振动
1.3 换热管振动破坏的形式
1、碰撞损伤
换热器的振幅较大时，相邻管之间或管与壳体之间便相互碰撞。位于无支撑跨距中点的管子表面受到磨损而出现菱形斑点，时间长了，管壁变薄甚至破裂。
2、折流板切割
为了便于换热管在组装时容易穿过所有折流板上的管孔，管孔一般比换热管的外径大0.4～0.7mm。由于存在间隙，管子在振动时不断撞击折流板管孔，犹如遭到折流板的切割。因而导致管壁变薄或出现开口。
边界层分离现象及其产生机理

六.换热器事故危险性分析与评价

六.换热器事故危险性分析与评价换热器的作用有两个：一是通过热交换使物料的工艺温度达到规定温度的要求，以完成加热、冷却、蒸发和冷凝等工艺过程；二是可有效地利用热源，它在余热回收、等方面已成为必不可少的设备。

但是，有的换热工作条件要求在高温高压条件下进行，加之其工作流体具有易燃、易爆、有毒、腐蚀性处理量大、连续性强特点，因此，稍有不慎就会发生事故，危及职工的生命安全热交换器的事故类型主要有燃烧爆炸、严重泄漏和管束失控三种。

其中设计不合理、制造缺陷、材料选择不当、腐蚀严重、违章作业、操作失误和维护管理不善是导致换热器发生事故的主要原因。

1.燃烧爆炸具体原因（1）自制换热器，盲目将设备结构和材质做较大改动，制造质量差，不符压力容器规范，设备强度大大降低。

（2）焊接质量差，特别是焊接接头处未焊透，又未进行焊缝探伤检查、爆破试验，导致焊接接头泄漏或产生疲劳断裂，进而大量易燃易爆流体溢出，发生爆炸。

（3）由于腐蚀（包括应力腐蚀、晶间腐蚀），耐压强度下降，使管束失效或产生严重泄漏，遇明火发生爆炸。

（4）换热器做气密性试验时，采用氧气补压或用可燃性精炼气体试漏，引起物理与化学爆炸。

（5）操作违章、操作失误，阀门关闭，引起超压爆炸。

（6）长期不进行排污，易燃易爆物质积聚过多，加之操作温度过高导致换热器发生猛烈爆炸。

预防措施：（1）换热器设计、制造应符合国家压力容器的规范要求，图纸修改与变动必须经主管部门同意，经验收质量合格。

（2）制造换热器时，要保证焊接质量，井对焊缝进行严格检查。

（3）流体为腐蚀介质时，提高管材质量和焊接质量，增加管壁厚度或在流体中加入腐蚀抑制剂，定期检查管子表面腐蚀情况和对易腐蚀损坏的设备进行检测，采取有效措施。

（4）换热器做气密性试验时，必须采用干燥的空气、氮气和其他惰性气体，严禁使用氧气和可燃性气体试漏或补压。

（5）严禁违章操作，严格执行操作规程。

（6）对于易结垢的流体可定期进行清洗，将结垢清洗掉。

流致薄膜振动强化新风余热回收的中期报告

流致薄膜振动强化新风余热回收的中期报告一、引言随着能源短缺和环境问题的日益严峻，提高能源利用效率成为了当今社会发展的重要课题。

在建筑领域，新风系统的能耗占据了相当大的比例，而新风余热回收技术的应用则为降低能耗提供了有效途径。

流致薄膜振动强化新风余热回收作为一项新兴的技术，具有广阔的应用前景。

本报告旨在总结该技术研究的中期进展情况。

二、研究背景在传统的新风余热回收系统中，存在着传热效率不高、设备体积庞大等问题。

为了突破这些限制，流致薄膜振动强化技术应运而生。

该技术利用流体流动引起薄膜的振动，从而增强传热传质过程，提高余热回收效率。

三、研究目标与方法（一）研究目标本研究的主要目标是深入探究流致薄膜振动强化新风余热回收的机理，开发高效的余热回收装置，并通过实验和模拟验证其性能。

（二）研究方法1、理论分析通过对流体力学和传热学基本理论的研究，建立流致薄膜振动的数学模型，为后续的模拟和实验提供理论基础。

2、数值模拟利用计算流体力学（CFD）软件，对不同工况下的流致薄膜振动及传热过程进行数值模拟，分析影响余热回收效率的关键因素。

3、实验研究搭建实验平台，对设计的余热回收装置进行性能测试，获取实际运行数据，并与模拟结果进行对比分析，验证模型的准确性和可靠性。

四、中期研究成果（一）理论模型的建立经过深入的理论研究，成功建立了流致薄膜振动的数学模型，该模型能够较好地描述薄膜在流体作用下的振动特性以及传热传质过程。

（二）数值模拟结果通过数值模拟，发现薄膜的振动频率、振幅以及流体流速等参数对余热回收效率有着显著的影响。

优化了装置的结构参数，如薄膜的材质、厚度和间距等，为实验研究提供了指导。

（三）实验平台的搭建完成了实验平台的搭建，包括新风系统、余热回收装置、测量仪器等。

实验平台能够准确地测量新风的温度、湿度、流量以及余热回收后的温度等关键参数。

（四）初步实验结果在实验研究中，获得了一些有价值的初步结果。

发现当薄膜振动频率和振幅达到一定值时，余热回收效率明显提高。

流体诱导振动引起换热管断裂分析

- 33 -第8期图1 换热管断裂位置表1 U形管换热器主要技术参数流体诱导振动引起换热管断裂分析白翠翠，毛向敏（山东华鲁恒升化工股份有限公司，山东德州 253024）[摘要] 换热器的良好运行对整个化工装置起着关键作用。

本文以一台U形管换热器为例，分析在实际运行中换热管产生断裂的原因及应采取的改进措施。

提醒设计者在换热器设计阶段就应预估发生振动的可能性，采取措施，避免振动的产生。

[关键词] 换热器；换热管断裂；分析；振动作者简介：白翠翠（1984—），女，山东聊城人，本科，工程师，现任山东华鲁恒升化工股份有限公司工程师，从事压力容器设计、校核工作。

换热器是使热量从热流体传递到冷流体的设备，在化工、炼油、热力、食品、轻工、制药、机械及其他工业领域应用广泛。

在化工企业中，换热设备的投资约占总投资的15%~25%，炼油企业中，所占投资比例更大。

换热器的运行状况对整个化工装置起着关键作用。

本文以一台U 形管换热器为例，分析在实际运行中换热管产生断裂的原因及应采取的改进措施。

1 换热器主要技术参数名称壳程管程单位介质循环水工艺气—密度99547kg/m 3体积流量1800m 3/h 645000（Nm 3/h）—操作温度入口/出口32/4276/35℃操作压力0.814.4MPa(G)设计温度60100℃设计压力 1.016.5MPa(G)水压试验 1.2520.6MPa(G)公称直径22002440mm主要受压元件材料壳程：Q345R ；管程：20MnMoⅣ+堆焊；换热管：S30408（φ19×3mm）结构形式2管程，单壳程换热管与管板连接形式强度焊+贴胀2 设备运行及换热管断裂情况该换热器在投入运行一个月后，发现管壳程有连通现象，车间操作人员反映设备运行过程中存在异响，经壳程水压试验，确认有1根换热管出现泄漏（见图1），随后对断裂的换热管进行堵管处理。

运行两个月后，靠近第一次断裂管附近又发现1根断裂（见图1），随后对该设备进行拆检。

基于流致振动机理的折流杆换热器振动原因分析及防振建议

基于流致振动机理的折流杆换热器振动原因分析及防振建议作者：袁智权来源：《科技创新与生产力》 2018年第6期摘要：折流杆换热器在电厂循环冷却中应用非常广泛，在流量不大情况下运行平稳，但实际表明在强烈的流体激励环境中折流杆换热器同样有发生振动破坏的危险。

本文运用流致振动理论并结合工艺分析了换热管与折流杆振动及相互摩擦损伤的原因，提出严格限制折流杆的直径和换热器的通径，降低壳程流体流速，改变换热器壳程入口的结构等防振方面的建议。

关键词：折流杆换热器；诱导振动；固有频率；临界流速中图分类号：TK172 文献标志码：A DOI：10.3969/j.issn.1674-9146.2018.06.106折流杆换热器是一种新型的换热设备, 与传统的折流板换热器相比具有管束振动小、传热效率高、结垢率低等优点。

它将流体横掠管壳变成纵掠管束，其独特的壳程流体流场特性及对管子完善的支承，使折流杆列管式换热器逐渐引起人们广泛重视并被普遍应用。

然而，随着石油、化工装置的大型化，近年来，出现了折流杆列管式换热器在较大流量或高流速场合下换热管振动损坏现象。

由于换热管振动摩擦损坏存在很多因素，目前对流体诱导振动的研究还不是很成熟，因此对折流杆换热器进行流体诱导管束损坏机理的研究及数值计算，对于分析换热管振动损坏的原因以及为折流杆换热器的设计提供理论支持，具有十分重要的现实意义。

1 折流杆换热器的特点折流杆列管式换热器是用圆形的折流杆组成的折流圈来代替传统的弓形折流板，使折流杆对管子形成牢固支承，又对流体起扰动强化传热作用的换热器。

每一个折流圈都由相互平行的折流杆组成，折流杆一般为不锈钢圆钢条，奇偶相间排列，换热管则穿行其中。

相邻折流圈的折流杆相互垂直，4根折流杆使管子构成一组4个方向的支承[1]（见图1）。

这种支承方式改变了流体横掠管束的状态，使流体变成了沿管束轴线方向的纵向流，从源头上大大减少了管束诱导振动的产生，延长了换热器的使用寿命[2]。

振动平板的传热性能实验

振动平板的传热性能实验王一平;卢艳华;朱丽;王启;冯娜【摘要】通风热回收技术利用排风处理新风,能够有效解决改善室内空气品质和实现节能的矛盾.为此,实验研究了流体低速错流流过振动平板的传热特性,定量考察了在不同的冷热流体流量和温差下平板振幅、频率对传热的影响.结果表明,换热板的振动能有效改善传热,与平板不振动相比,换热效率随着冷热流体进口温差的增加变化趋于平缓;与频率相比,振幅对传热的影响较大,换热效率最大增加了18.1%.研究成果可为流体诱导振动在建筑中排风余热回收的有效利用提供借鉴.【期刊名称】《天津大学学报》【年(卷),期】2010(043)006【总页数】4页(P549-552)【关键词】振动;强化传热;新风传热器;板式传热器【作者】王一平;卢艳华;朱丽;王启;冯娜【作者单位】天津大学化工学院,天津,300072;天津大学化工学院,天津,300072;天津大学建筑学院,天津,300072;天津大学化工学院,天津,300072;天津大学化工学院,天津,300072【正文语种】中文【中图分类】TK124当前，建筑能耗约占我国社会总能耗的 28%．据建设部测算，2020年—2030年左右，我国建筑能耗将占总能耗的30%～40%，达到欧美目前的比例，超过工业，成为全社会第一能耗大户，其中暖通空调负荷(heating，ventilation and air conditioning，HVAC)约占65%．随着生活水平的提高，人们对室内空气品质要求越来越高，新风负荷已占 HVAC的 30%～40%．利用新风与排风之间的热量交换，将新风负荷60%～80%的能量回收进入室内，可兼顾“能量”与“质量”的问题，但目前的热回收设备存在交叉污染、成本高、效率低、运行费用高、维护难、操作条件苛刻、体积重量大等问题[1-7]．从原理上讲，整个热回收过程为气-气间壁式换热，其主要热阻来源于传热板两侧的空气滞流边界层，需要采用强化传热技术来提高换热设备性能．振动作为一种主动式强化传热方式，根据振动的强度及系统不同，对自然对流可使其传热提高30%～2 000%，对强制对流可使其传热提高 20%～400%[8]．流体流动导致换热表面振动，不用任何外加装置，就可实现传热面振动．国内外学者[9-11]进行了流体诱导换热表面振动强化传热的研究，并应用于实际生产，实现了可观的经济效益．为了流体诱导振动在建筑中排风余热回收的有效利用及高效传热设备开发，笔者以聚氯乙烯(polyvinyl chloride，PVC)薄板为换热材料，实验研究了流体低速错流流过振动平板的传热特性．1 实验1.1 实验系统实验系统主要包括空气处理系统、平板激振系统和温度采集系统3部分，如图1所示．图1 实验装置流程示意Fig.1 Flow chart of experimental equipment(1)空气处理系统．以电热带作为加热元件，通过调节变压器的电压来改变加热空气的温度，用旁路阀门调节风量，利用玻璃转子流量计测量流量．(2)平板激振系统．主要由直流稳压电源、直流电机、偏心转子、曲柄连杆结构组成，如图 2所示．通过改变电机输入电压、转速表测试电机转速，实现改变振动频率；通过改变偏心转子的偏心大小来改变振幅，并用 CCD图像传感器记录实验过程的振幅进行分析校准．图2 振动产生装置示意Fig.2 Vibration producing equipment(3)温度采集系统．采用OMEGA生产的TT-J36型2×0.127,mm 0.1精度等级的热电偶作为采温元件，在冷、热风进口及出口设置测温点，将各个测温点的热电偶与昌晖公司生产的SWP系列多路巡检显示控制仪(采集卡)相连，形成 RS485网络，再通过RS232-RS485转换器接到计算机的串口，利用组态软件构成实时数据采集系统，数据可通过 EXCEL查询，数据采集系统界面如图3所示．图3 实验数据采集界面Fig.3 Interface of experimental data collection system 1.2 实验数据处理实验测量的主要参数有进冷热空气的进出口温度、流量、传热平板的振幅和频率，通过自动数据采集系统将实验数据输入计算机．待实验工况达到稳定后，开始采集数据．传热量的计算式为式中：Qh、Qc为热、冷风侧传热量，W；mh、mc为热侧、冷侧风量，kg/s；cph、cpc为热、冷侧空气的定压比热；thi、tho为热侧进、出口温度，℃；tci、tco 为冷侧进、出口温度，℃．传热效率定义为η＝(实际显热回收量/最大可能的显热回收热量)×100%．当送风量相同时，忽略流体物性变化，以热空气为基础，则2 实验结果与讨论2.1 温差对传热的影响冷热空气流量为2.3,m3/h时，不同振动频率下冷热空气进口温差对换热效率的影响如图4所示．图4 不同振动频率下换热效率随温差的变化曲线Fig.4 Variations of heat transfer efficiency with temperature difference under various vibration frequencies从图 4可以看出：在其他条件相同的情况下，平板振动与不振动相比，换热效率都是随着温差的增加减少的．当不振动的时候，换热效率是随温差线性下降的；有振动时，效率随温差的变化曲线近似呈抛物线，且随着振动频率的增加，变化的趋势趋平缓．表明有振动时换热效率受温差的影响小，而不振动时换热效率受温差的影响较大．另外，从图4还可以看出振动频率对换热效率的影响存在临界点，临界点的温差范围为 16～18,℃，当温差小于临界点时，换热效率与振动频率呈反比，即同一温差下，振动频率越高，换热效率越低；当温差大于临界点时，换热效率与振动频率呈正比．其原因将通过数值模拟的手段对实验工况下板间的速度场、温度场做进一步分析，以期得到振动频率对换热效率的影响机理．2.2 风量对传热的影响以冷热空气进口温差保持在21.0,℃、风量保持在 1.7,m3/h为例，研究在不同振动频率下风速对效率的影响，如图5所示．图5 不同振动频率下风速对换热效率的影响Fig.5 Effect of speed of air flow on heat transfer efficiency under various vibration frequencies从图 5中可以看出，板在振动与不振动的情况下，其换热效率都随着板间风速的增加而减少，这是由于停留时间减少、换热不充分导致的．在流速增加、换热效率减少的总体趋势下，传热效果在振动的情况下优于不振动时．以振动频率 40.1,r/s 时的传热效果最好，其次是20.9,r/s和5.2,r/s．2.3 振动频率对传热的影响在平板振幅为0.24,mm、风量为2.0,m3/h、冷热风进口温差为20.7,℃的工况下，得到了不同振动频率的换热效率的测量结果，如图6所示．从图 6可以看到，当换热板产生振动时，其换热效果优于不振时，且换热效率随着振动频率的增加而增加．分析原因如下：换热板的振动使得换热板表面附近的流体流动边界层发生扰动，进而导致热边界层的扰动，传热效果得到改善；频率增大时，换热板的振动响应加快，从而使得换热板表面的流体流动边界层及热边界层扰动更加充分，使得传热效果增强．图6 振动频率与换热效率的关系Fig.6 Relationship between vibration frequency and heat transfer efficiency2.4 振幅对传热的影响以换热板振动频率为 40.1,r/s、空气流量 2.3,m3/h为例，研究不同温差下换热效率与振幅的变化趋势，如图7所示．图7 换热效率在不同的温差下随振幅的变化Fig.7 Variatios of heat transfer efficiency with vibration amplitude under various temperature differences从图 7可以看到，随着振幅的增大，换热效率有所增加，换热得到明显改善．主要原因是由于换热板的周期性振动，换热通道形状发生周期性变化，使得通道内流体速度场发生周期性扰动，进而影响到温度场的变化，使得传热得到改善；随着幅度的增加，换热通道的形状变化增加，通道内流体速度场及温度场的变化幅度增加，从而使得传热效果增加．3 结论(1)换热效率均随着温差的增加而减少，传热板不振动时传热效率呈线性变化，有振动时，效率变化曲线近似呈抛物线，且随着振动频率的增加，变化的趋势趋平缓；振动频率对换热效率的影响存在临界点，临界点的温差范围为 16～18,℃，当温差小于临界点时，换热效率与振动频率呈反比，当温差大于临界点时，换热效率与振动频率呈正比．(2)换热效率随着流量的增加而减少，传热效果在振动的情况下明显优于不振动时．(3)随着换热板振幅和频率的增加，传热效果得到改善，振动振幅对传热的影响较大，换热效率最大增加18.1%．【相关文献】［1］郑钢. 热回收节能在空调系统中的应用[J]. 能源技术，2005，26(3)：124-126.Zheng Gang. Application of heat recovery in air condition system[J]. Energy Technology，2005，26(3)：124-126(in Chinese).［2］ Ghodsipour N，Sadrameli M. Experimental and sensitivity analysis of a rotary air preheater for the flue gas heat recovery[J]. Applied Thermal Engineering，2003，23(5)：571-580.［3］ Abd El-Baky M A，Mohamed M M. Heat pipe heat exchanger for heat recovery inair conditioning[J]. Applied Thermal Engineering，2007，27(4)：795-801.［4］ Liu D，Tang G F，Zhao F Y，et al. Modeling and experimental investigation of looped separate heat pipe as waste heat recovery facility[J]. Applied Thermal Engineering，2006，26(17/18)：2433-2441.［5］ Zhang Y，Jiang Y，Zhang L Z，et al. Analysis of thermal performance and energy savings of membrane based heat recovery ventilator[J]. Energy，2000，25(6)：515-527. ［6］ Zhang L Z. Heat and mass transfer in a cross-flow membrane-based enthalpy exchanger under naturally formed boundary conditions[J]. International Journal of Heat and Mass Transfer，2007，50(1/2)：151-162.［7］郭建，唐志伟，何曙，等. 通风换热器的设计及实验研究[J]. 制冷与空调，2005，19(2)：5-7.Guo Jian，Tang Zhiwei，He Shu，et al. The design and experimental investigation on ventilation heat exchanger[J]. Refrigeration and Air-Conditioning，2005，19(2)：5-7(in Chinese).［8］林宗虎，汪军，李瑞阳，等. 强化传热技术[M]. 北京：化学工业出版社，2007.Lin Zonghu，Wang Jun，Li Ruiyang，et al. Heat Transfer Enhancement and Application[M]. Beijing：Chemical Industry Press，2007(in Chinese).［9］ Go J S. Design of a microfin array heat sink using flowinduced vibration to enhancethe heat transfer in the laminar flow regime[J]. Sensors and Actuators A：Physical，2003，105(2)：201-210.［10］ Yakut K，Sahin B. Flow-induced vibration analysis of conical rings used for heat transfer enhancement in heat exchangers[J]. Applied Energy，2004，78(3)：273-288. ［11］ Cheng L，Luan T，Du W，et al. Heat transfer enhancement by flow-induced vibration in heat exchangers[J]. International Journal of Heat and Mass Transfer，2009，52(3/4)：1053-1057.。

基于卡门涡街原理的管式换热器振动分析

基于卡门涡街原理的管式换热器振动分析引言在工业上，管式换热器是一种常用的设备，用于热量的交换。

它由一组铜管或钢管组成，其中主要流体在管中流动，而辅助流体则在管外流动。

随着流体的运动，管子会产生振动，这种振动会导致管壁振动，从而产生噪声和疲劳破坏。

因此研究管式换热器的振动特性，对于保证其安全运行很有重要意义。

卡门涡街原理是物理学中的一个重要原理，它描述了液体或气体在穿过一个流体障碍物时所产生的涡街现象。

利用卡门涡街原理可以有效地分析和预测管式换热器的振动特性。

在本文中，我们将基于卡门涡街原理，分析管式换热器的振动特性，并讨论如何减少振动和噪声。

卡门涡街原理卡门涡街现象是由发现其的匈牙利物理学家卡门在19世纪末发现的，它是一种流体动力学现象。

在管式换热器中物流过程中也会出现这种现象。

简单来说，当有流体流经一个流体障碍物时，流体的能量将转化为涡旋动能量，而这些涡旋会在流体流出障碍物后继续存在一段时间。

卡门涡街现象通常会产生很强的振荡，这会导致管壁的振动。

因此，在设计管式换热器时，卡门涡街现象需要被充分考虑。

管式换热器的振动在管式换热器中，主要的振动来源包括以下几个方面：1.入口流动的不均匀性：如果管式换热器的进口流动不均匀，这会导致管道中产生涡流，并引起振动。

2.不合理的支撑结构：管件的支撑结构需要满足一定的刚度和强度要求，如果支撑结构设计不合理，也可能会引起管道的振动。

3.不同流速的干扰：如果不同流速的流体在管子内相遇，就会产生强烈的流动干扰，导致管子产生振动。

管式换热器的振动会给设备结构和性能带来不良影响，具体包括以下方面：1.噪声产生：管式换热器的振动会引起较大的噪声，给现场工作人员带来不便。

2.疲劳破坏：振动会导致管子壁的疲劳破坏，严重时可能会出现泄漏等安全事故。

3.影响传热效率：管子振动会影响流体的运动状态，从而影响传热效率。

为了减少管式换热器的振动，我们需要进行结构优化和流场控制等工作。

振动的控制方法结构优化管式换热器的支撑结构设计需要满足一定的刚度和强度要求，以保证管子的稳定性。