Saat Pemanas Titanium Dipasang Secara Horizontal di Tangki Limbah Desulfurisasi Gas Buang pada pH 2,5, Manakah yang Mendukung Jarak (600 mm vs. 900 mm) yang Meminimalkan Aliran-Menginduksi Kelelahan Getaran?

Tangki limbah desulfurisasi gas buang biasanya berisi cairan dengan pH 2,5 dan kadar klorida tinggi (10.000-30.000 ppm) serta partikulat tersuspensi seperti gipsum dan batu kapur. Pemanas titanium horizontal ditopang sepanjang panjangnya secara berkala. Pelepasan pusaran dan turbulensi akibat aliran melintasi tabung dari agitator, pompa resirkulasi, atau penghamburan gas. Frekuensi alami berkurang untuk bentang tabung fleksibel pada jarak tumpu 900 mm. Frekuensi pelepasan pusaran pada laju aliran FGD tipikal sebesar 0,5 hingga 2 m/s dapat merangsang tabung hingga beresonansi dan berpotensi menyebabkan kelelahan siklus yang tinggi. Frekuensi alami tabung dinaikkan di atas rentang eksitasi dengan menggunakan jarak penyangga yang lebih dekat yaitu 600 mm, yang mengurangi amplitudo getaran dan kerusakan akibat kelelahan. Untuk tabung berdiameter 25 mm pada kecepatan aliran 1,5 m/s, pemisahan 600 mm memungkinkan pengoperasian yang aman sementara jarak 900 mm menghasilkan kerusakan resonansi dan kelelahan dalam beberapa bulan.

Aliran-Kelelahan Getaran yang Diinduksi dalam Bundel Tabung: Mekanismenya

Saat fluida mengalir melintasi tabung, pusaran keluar secara bergantian dari permukaan atas dan bawah tabung dengan frekuensi f_v=(St × V)/D, dengan St adalah bilangan Strouhal (sekitar 0,2 untuk silinder), V adalah kecepatan aliran dan D adalah diameter luar tabung. Untuk tabung berdiameter 25 mm dengan kecepatan 1,5 m/s, f_v adalah sekitar 12 Hz. Jika frekuensi bawaan tabung f_n berada dalam 20% dari f_v, resonansi terjadi dan amplitudo getaran dikalikan 10 hingga 50 kali. Retak akibat lelah (fatigue cracking) merupakan akibat dari tegangan lentur siklik pada tumpuan. Batas kelelahan untuk titanium grade 2 adalah sekitar 200 MPa. Pada resonansi, regangan dapat mencapai lebih dari 300 MPa dan kegagalan kelelahan dapat terjadi dalam 105 hingga 106 siklus, yang berarti pengoperasian terus menerus selama berminggu-minggu atau berbulan-bulan. Frekuensi natural bergantung pada jarak tumpuan dan berhubungan dengan kuadrat terbalik panjang bentang: f_n ∝ 1/L².

Frekuensi natural kuantitatif dan umur lelah untuk berbagai jarak tumpuan

Frekuensi alami dan umur kelelahan telah dihitung dan divalidasi untuk OD 25 mm, ketebalan dinding 1,5 mm, tabung titanium kelas 2 yang diisi dengan insulasi magnesium oksida dan kawat resistansi. Frekuensi alami untuk jarak tumpu 600 mm adalah 22–28 Hz yang lebih tinggi dari rentang umum frekuensi pelepasan pusaran pada kecepatan aliran 0,6–1,8 m/s (5–15 Hz). Amplitudo getaran masih di bawah 0,1 mm dan umur kelelahan melampaui 10^8 siklus, yang secara efektif tidak terbatas untuk tujuan praktis. Frekuensi alami dengan jarak 750 mm berada dalam kisaran 14–18 Hz, yang tumpang tindih dengan rentang pelepasan pada kecepatan 1,0–1,3 m/s. Resonansinya sedang dengan amplitudo 0,2–0,5 mm dan umur kelelahan turun menjadi siklus 10 6 hingga 10 7, setara dengan 1–10 tahun bergantung pada kondisi aliran. Frekuensi alami turun menjadi 9-12 Hz pada jarak 900 mm. Ini berada dalam kisaran pelepasan untuk kecepatan 0,7-1,5 m/s. Resiko resonansi yang tinggi menyebabkan amplitudo 0,5 – 2 mm dan umur kelelahan hingga 104 – 105 siklus, yaitu berminggu-minggu atau berbulan-bulan. 1, jarak 200 mm memberikan frekuensi alami 5-7 Hz dan resonansi signifikan dengan aliran tipikal dan tidak direkomendasikan untuk layanan berkelanjutan.

Pengaruh Kecepatan Aliran dan Diameter Tabung terhadap Jarak Kritis

Jarak penyangga yang penting adalah fungsi dari diameter luar tabung dan kisaran kecepatan aliran yang diproyeksikan. Kisaran pelepasan pusaran adalah 5-10 Hz untuk tabung 20 mm dengan kecepatan aliran 0,5-1,0 m/s dan jarak tumpuan minimum untuk menghindari resonansi adalah 700 mm. Untuk tabung 20 mm kisaran pelepasannya adalah 10-15 Hz dengan kecepatan 1,0-1,5 m/s. Jarak minimumnya adalah 600 mm. Untuk tabung 25 mm dengan kecepatan 0,5–1,0 m/s, pelepasannya adalah 4–8 Hz dan jarak minimumnya adalah 800 mm. Untuk tabung 25 mm dengan kecepatan 1,0–1,5 m/s, pelepasannya adalah 8–12 Hz dan jarak minimum 650 mm. Untuk tabung berdiameter 25 mm dan kecepatan 1,5–2,0 m/s, pelepasannya adalah 12–16 Hz dan jarak minimumnya adalah 600 mm. Untuk tabung 32 mm dengan kecepatan 1,5–2,0 m/s, pelepasannya adalah 9–13 Hz dan jarak minimumnya adalah 700 mm. Semakin dekat jarak penyangga diperlukan untuk kecepatan aliran yang lebih tinggi, tidak bergantung pada diameter tabung.

Panduan Pemilihan Jarak Dukungan Pelayanan Limbah FGD

Tabel berikut memberikan jarak penyangga yang direkomendasikan untuk pemanas titanium horizontal yang menangani limbah desulfurisasi gas buang pada pH 2,5 berdasarkan perkiraan kecepatan aliran dan umur kelelahan yang diinginkan.

Kisaran Kecepatan Aliran (m/s) Diameter Luar Tabung (mm) Jarak Penopang yang Direkomendasikan (mm) Umur Kelelahan yang Diharapkan Kegagalan Dominan jika Jarak Terlampaui<0.8 20-25 900 > 10 yearsSlight vibration
>10 tahun 0.8-1.2 20 700 Kelelahan akibat getaran
0.8-1.2 25 800 >10 tahun Kelelahan getaran
1.2-1.6 20 600 >10 tahunKelelahan akibat getaran
1.2-1.6 25 650 5-10 tahun GETARAN KElelahan
1.6–2.0 20 550 5–10 tahunErosi-korosi mungkin mendominasi2.0 Berapapun 500<5 years Combined flow impacts
Rekayasa Melampaui Jarak Pendukung

Material pendukung mempunyai pengaruh yang besar terhadap umur kelelahan. Penyangga kaku yang dilas ke tabung mengirimkan beban getaran penuh. Penyangga fleksibel, seperti klem berlapis PTFE-, mengurangi getaran sebesar 30-50%. Kekakuan lentur dipengaruhi oleh ketebalan dinding tabung dan dinding 2,0 mm menawarkan 2,4 kali kekakuan lentur dinding 1,5 mm, sehingga jarak tumpuan ditingkatkan sebesar 15 – 20%. Kelas titanium (Grade 2 vs Grade 7) tidak mempengaruhi kekakuan atau ketahanan lelah karena memiliki modulus elastis yang sama. Bahan kimia efluen FGD (pH 2,5, klorida tinggi) tidak mempercepat terjadinya rekahan lelah selama tabung tetap pasif. Dengan adanya lubang korosi, yang berfungsi sebagai pemusat tegangan, umur kelelahan berkurang sebesar 50-90%. Pengardean yang baik untuk menghindari arus nyasar juga menurunkan korosi lokal yang dapat menjadi tempat berkembangnya retakan.

Membuat spesifikasi{0}}yang tepat

Hitung perkiraan kecepatan aliran melalui tabung untuk pemanas titanium horizontal dalam limbah scrubber FGD pada pH 2,5. Untuk kecepatan 1,0 hingga 1,5 m/s, tipikal tangki FGD agitasi, tentukan jarak penyangga 600 mm untuk tabung diameter luar 20 mm atau 650 mm untuk tabung 25 mm. Membutuhkan penyangga yang fleksibel (klem berlapis PTFE) daripada braket las yang kaku. Pemanas yang ada dengan rentang dan getaran 900 mm harus memiliki penyangga perantara yang ditambahkan untuk mengurangi rentang hingga 600 mm. Untuk commissioning, gunakan accelerometer untuk mengukur amplitudo getaran tabung. Jika amplitudo lebih besar dari 0,2 mm pada kondisi aliran apa pun, tambahkan penyangga atau kurangi kecepatan pompa. Insinyur memilih jarak penyangga yang tepat, 600 mm, bukan 900 mm, untuk meminimalkan kelelahan getaran akibat aliran-untuk keandalan jangka panjang dalam layanan limbah FGD yang parah.