振动所造成的危害已如前述,因而在设计时就应考虑到把流体诱发振动的可能性降到最低限度,消除热交换器管束产生激振的一切可能,是防止振动最根本的办法,因而对管壳式热交换器进行振动的预测或校核,应该作为保证热交换器安全运行的重要一环来做好,在GB/T151一2014的附录C中提供了用来判别产生振动的判据,可作参考。
但是振动并不一定造成机械损坏,许多热交换器虽有振动但并没有出现事故。当然这并不等于对振动可以熟视无睹。当预测结果有可能发生振动时,可以采取以下一些防振和减振措施。
(1)降低壳侧的流速。假如壳侧流量不变,可以增大管距。当设计中有压降限制时,这种方法比较可行,但会增大壳体直径或增加管子长度。
如果把原来位于壳体两端的单进、出口(流体绕过折流板一次流过壳体)改成进口在中间、出口在两端的分流式热交换器,将流体分成两半从壳体任一端流出,如图2.46所示那样,可以大大降低横流速度。
(2)增加管子的固有频率。管子的固有频率与支承跨距的平方成反比,因而减小管子的支撑跨距是增加管子固有频率最有效的方法。
若在弓形折流板的缺口处不排管,可以使原来每间隔一块折流板才有支承的那些跨距得到缩短,提高固有频率。据称这种方法能最有效地解决振动问题),其结构如图2.47所示。若有需要,还可在两块折流板之间加中间支持板(两头都切去的支持板,如平面图中的虚线所示那样),它对压降并无影响而对传热有一定好处。用改变管材或增加管壁厚度的方法也能增加固有频率,但其影响不是很大。
(3)提高声振频率。在壳体内插入减振板,使其宽度方向与横流方向平行而其长度方向与管子轴线平行,这样可提高声振频率,使它与涡流脱落以及湍流抖振的频率不一致。减振板的位置,应在声振动驻波波形的波腹上。
(4)从结构上,增加折流板或中间支持板的厚度,当孔的间隙一定时,能减轻对管子的剪切作用并增加系统的阻尼,在折流板管孔两边加工倒角,对于减小振动的破坏有一定的作用。
除了从结构上注意避免振动之外,还必须注意对运行中的热交换器有影响的一些因素,例如:不让壳程流速超过振动分析所允许的界限,即使是短时间的超速,也对热交换器的使用寿命不利。
最近十多年来,国内外采用了一种折流杆式热交换器,被认为在解决振动和降低压降方面都具有良好的性能。