ส่วนการพาความร้อนในเครื่องทำความร้อนแบบใช้เชื้อเพลิง: การออกแบบ ประสิทธิภาพ และการบำรุงรักษา

ส่วนการพาความร้อนของเครื่องทำความร้อนแบบยิงเป็นจุดที่ประสิทธิภาพเชิงความร้อนได้รับหรือสูญเสียไป ก๊าซหุงต้มจะออกจากส่วนการแผ่รังสีที่อุณหภูมิ 400–650 °C ซึ่งถือเป็นการระบายความร้อนของเชื้อเพลิงได้มากถึง 35% ส่วนการพาความร้อนที่ออกแบบอย่างเหมาะสมจะดึงความร้อนส่วนใหญ่กลับคืนมาและกลับสู่กระบวนการ การออกแบบที่ไม่ดีหรือมีการเปรอะเปื้อนจะทำให้ค่าเชื้อเพลิงเพิ่มขึ้นอย่างเงียบ ๆ ตลอดอายุการใช้งานของหน่วย ข้อสรุปที่ด้านหน้า: ส่วนการพาความร้อนจะตัดสินว่าเครื่องทำความร้อนทำงานที่ประสิทธิภาพ 65% หรือ 90% และสมควรได้รับความสนใจในการออกแบบเช่นเดียวกับกล่องกระจายรังสี

บทความนี้จะอธิบายว่าส่วนการพาความร้อนคืออะไร วิธีการทำงานของการถ่ายเทความร้อนภายในส่วนนั้น พารามิเตอร์การออกแบบที่สำคัญ ประสิทธิภาพที่ซื้อ โหมดความล้มเหลวที่ลงโทษการละเลย และสิ่งที่ต้องพิจารณาเมื่อซื้อโมดูลการพาความร้อนใหม่หรือโมดูลทดแทน

ส่วนการพาความร้อนในเครื่องทำความร้อนแบบยิงคืออะไร?

ส่วนการพาความร้อนคือแนวของท่อถ่ายเทความร้อนที่อยู่ด้านบนหรือด้านล่างของส่วนที่มีการแผ่รังสี ภายในส่วนบนของโครงสร้างเครื่องทำความร้อน ในเครื่องทำความร้อนทรงกระบอกแนวตั้ง เครื่องทำความร้อนจะวางอยู่ด้านบนของส่วนที่มีการแผ่รังสี ในเครื่องทำความร้อนแบบกล่องแบบห้องโดยสารจะครอบครองช่องด้านบนซึ่งมีก๊าซไอเสียไหลผ่านแถวท่อ วิศวกรมักเรียกมันว่ากล่องพาความร้อน

ก๊าซไอเสียที่ออกจากส่วนการแผ่รังสียังคงร้อนอยู่ แต่อุณหภูมิต่ำเกินไปสำหรับการถ่ายเทความร้อนจากการแผ่รังสีอย่างมีประสิทธิภาพ ในส่วนการพาความร้อน ความร้อนจะเคลื่อนที่ส่วนใหญ่โดยการพาความร้อนแบบบังคับ โดยก๊าซเผาไหม้ร้อนจะไหลผ่านท่อ พื้นผิวที่ขยายออก เช่น ครีบหรือสตั๊ดจะคูณพื้นที่ภายนอกด้วย 5–10 ซึ่งชดเชยค่าสัมประสิทธิ์การถ่ายเทความร้อนที่ต่ำกว่าของการไหลของก๊าซที่พาความร้อน

โดยทั่วไปธนาคารพาความร้อนจะเป็นส่วนประกอบแบบหลายวงจรแทนที่จะเป็นตัวแลกเปลี่ยนเพียงตัวเดียว โดยอาจอุ่นและทำให้อาหารในกระบวนการกลายเป็นไอ ไอน้ำร้อนยวดยิ่ง สร้างไอน้ำ และไอน้ำเจือจางด้วยความร้อนยวดยิ่งในเครื่องปฏิรูปไอน้ำและเตาเอทิลีน ทั้งหมดนี้อยู่ในกล่องขนาดกะทัดรัดกล่องเดียว

Ethylene Cracking Furnace for High-Yield Pyrolysis

เตาแคร็กเอทิลีนสำหรับไพโรไลซิสที่ให้ผลตอบแทนสูง เตานี้ให้ความร้อนที่อุณหภูมิสูงสม่ำเสมอและแม่นยำสำหรับการแตกตัวของไฮโดรคาร์บอน รองรับการผลิตเอทิลีนที่มีประสิทธิภาพพร้อมการจัดการวัตถุดิบที่ยืดหยุ่น และการออกแบบที่แข็งแกร่งเพื่อการทำงานต่อเนื่อง ดูผลิตภัณฑ์ →

การแตกร้าวของเอทิลีนเป็นตัวอย่างที่ดีของความต้องการบริการนี้ วัตถุดิบจะต้องถูกทำให้กลายเป็นไอและทำให้ร้อนยวดยิ่งก่อนที่จะเข้าสู่คอยล์เรเดียน และการโอเวอร์โค้กเฉพาะจุดในวงจรการพาความร้อนใดๆ จะเปลี่ยนการกระจายการไหลและบังคับให้ปิดเครื่องก่อนเวลาอันควร

ส่วนการพาความร้อนจับความร้อนจากก๊าซไอเสียอย่างไร

ที่สภาวะการออกแบบ ก๊าซไอเสียจะเข้าสู่ส่วนการพาความร้อนประมาณ 500–700 °C และออกไปที่อุณหภูมิ 150–250 °C หน้าที่ดูดซับในส่วนการพาความร้อนโดยทั่วไปจะคิดเป็น 20–30% ของความร้อนที่ดูดซับทั้งหมด ในเครื่องทำความร้อนที่ทำงานที่ประสิทธิภาพ 88% ส่วนการแผ่รังสีจะดูดซับเชื้อเพลิงที่ป้อนเข้าประมาณ 58% ส่วนการพาความร้อนประมาณ 29% และส่วนที่เหลือจะสูญเสียไปเป็นการสูญเสียปล่องไฟและปลอกหุ้ม

หน้าที่สดใส 58%
หน้าที่การพาความร้อน 29%
การสูญเสียกอง 9%
การสูญเสียปลอก 4%

ท่อที่มีพื้นผิวขยายทำให้การฟื้นตัวนี้ประหยัด ครีบหยักที่เชื่อมเข้ากับท่อเหล็กคาร์บอนจะเพิ่มพื้นผิวด้านนอกมากกว่าสองเท่าต่อความยาวหน่วยโดยมีต้นทุนเพิ่มเพียงเล็กน้อย ท่อเปลือยจะใช้เฉพาะที่แถวทางเข้าร้อนเท่านั้น ซึ่งมีอุณหภูมิของก๊าซสูงพอที่จะให้ครีบเพิ่มประโยชน์เพียงเล็กน้อย หรือในบริการที่มีการเปรอะเปื้อนสูงซึ่งไม่สามารถรักษาระยะห่างของครีบให้ทำความสะอาดได้

ความแตกต่างที่สำคัญระหว่างส่วนการแผ่รังสีและส่วนการพาความร้อนของเครื่องทำความร้อนแบบใช้เชื้อเพลิง
พารามิเตอร์	ส่วนกระจ่างใส	ส่วนการพาความร้อน
โหมดการถ่ายเทความร้อนที่โดดเด่น	การแผ่รังสีความร้อน	การพาความร้อนแบบบังคับ
อุณหภูมิก๊าซไอเสียโดยทั่วไป	750–1,250 องศาเซลเซียส	150–700 องศาเซลเซียส
พื้นผิวภายนอกของท่อ	เปลือย	เปลือย, finned, or studded
ส่วนแบ่งอากรที่เรียกเก็บ	55–70%	20–35%
ความไวต่อความเปรอะเปื้อน	ต่ำ	ปานกลางถึงสูง
การเข้าถึงการทำความสะอาด	การเปิดประตู	แผงที่ถอดออกได้, เครื่องเป่าลมเขม่า

พารามิเตอร์การออกแบบส่วนการพาความร้อนที่สำคัญ

การทำให้ส่วนการพาความร้อนถูกต้องนั้นขึ้นอยู่กับพารามิเตอร์หลายตัวที่ต้องสมดุลซึ่งกันและกัน และตรวจสอบโดยวิศวกรที่มีประสบการณ์

ความเร็วของก๊าซไอเสียและความดันลดลง

โดยทั่วไปความเร็วมวลด้านก๊าซจะอยู่ระหว่าง 3 ถึง 6 กิโลกรัม/ตร.ม.·วินาที ความเร็วที่สูงขึ้นจะช่วยปรับปรุงการถ่ายเทความร้อนแต่เพิ่มแรงดันตกคร่อม ซึ่งเป็นการจำกัดการทำงานของลมตามธรรมชาติ ส่วนการพาความร้อนที่ใช้กระแสน้ำมากกว่าประมาณ 25-40 มม. ของกระแสลมอาจบังคับพัดลมดูดอากาศ ซึ่งเป็นต้นทุนและต้นทุนการดำเนินงานที่สำคัญ

การออกแบบครีบและค่าเผื่อการเปรอะเปื้อน

สำหรับเชื้อเพลิงก๊าซสะอาด ครีบแข็งที่มีความหนาแน่นสูงมีความประหยัด สำหรับเชื้อเพลิงสกปรก เช่น สารตกค้างในสุญญากาศหรือน้ำมันแก๊สโคเกอร์หนัก ให้ใช้ระยะห่างของครีบที่กว้างขึ้น ครีบหยัก หรือท่อเปลือย และจัดให้มีช่องทางเป่าเขม่า ความหนาแน่นของครีบจะกำหนดระยะเวลาการทำงานของฮีตเตอร์โดยตรงระหว่างการทำความสะอาด

อุณหภูมิของโลหะและการเลือกใช้วัสดุ

แถวทางเข้าที่ร้อนที่สุดจะมีอุณหภูมิของโลหะท่อสูงกว่า 540 °C และโดยปกติจะใช้โลหะผสม Cr-Mo เช่น T11 หรือ T22 หรือเกรดสเตนเลส หากคาดว่าจะมีคราบสะสมที่มีฤทธิ์กัดกร่อน แถวทางออกที่เย็นกว่าสามารถใช้เหล็กกล้าคาร์บอนได้หากอุณหภูมิผิวอยู่เหนือจุดน้ำค้างของกรดซัลฟิวริก ซึ่งโดยทั่วไปคือ 120–150 °C

ฉนวนและความหนาแน่นของปลอก

ความหนาของฉนวนและความแน่นของปลอกหุ้มจะควบคุมการสูญเสียความร้อนและอุณหภูมิผิวด้านนอก อากาศที่ท่อเข้าเข้าไปจะสร้างการระบายความร้อนเฉพาะที่ ทำให้อุณหภูมิของโลหะลดลงต่ำกว่าจุดน้ำค้าง และทำให้เกิดการกัดกร่อนที่มีราคาแพง

เมื่อตรวจสอบการออกแบบของผู้จำหน่าย ให้ขอ: เหตุผลด้านความหนาแน่นของครีบเทียบกับเชื้อเพลิงที่ระบุ งบประมาณการลดแรงดันก๊าซไอเสีย การคำนวณอุณหภูมิโลหะต่อคอยล์ และค่าเผื่อการกัดกร่อนที่บันทึกไว้สำหรับทุกแถว

ประสิทธิภาพและผลกระทบทางเศรษฐกิจของแผนกการพาความร้อน

ประสิทธิภาพของเครื่องทำความร้อนดีขึ้นประมาณ 1% ทุกๆ 20–25 °C ในอุณหภูมิปล่องที่ลดลง การนำความร้อนกลับมาใช้ใหม่โดยใช้การแผ่รังสีเพียงอย่างเดียวจะทำให้เครื่องทำความร้อนมีประสิทธิภาพเกือบ 65% การเพิ่มส่วนการพาความร้อนจะทำให้ตัวเลขนั้นอยู่ที่ 82–87%; การเพิ่มเครื่องอุ่นอากาศแบบเผาไหม้ดาวน์สตรีมจะดันให้สูงกว่า 90%

สำหรับเครื่องทำความร้อนแบบใช้เชื้อเพลิงขนาด 50 เมกะวัตต์ ความแตกต่างระหว่างประสิทธิภาพ 65% ถึง 87% คือเชื้อเพลิงประมาณ 16 เมกะวัตต์ ซึ่งตามราคาก๊าซทั่วไปจะมากกว่าหนึ่งล้านดอลลาร์ต่อปี เครื่องทำความร้อนแบบน้ำมันดิบและเครื่องทำความร้อนแบบสุญญากาศเป็นตัวเลือกในการปรับปรุงเพิ่มเติมที่พบบ่อยที่สุด เนื่องจากอุณหภูมิปล่องมักจะสูงที่สุดในโรงกลั่น

Fired Heater for Atmospheric and Vacuum Distillation Units

เครื่องทำความร้อนแบบยิงสำหรับหน่วยกลั่นบรรยากาศและสุญญากาศ ออกแบบมาเพื่อให้ความร้อนน้ำมันดิบใน ADU และ VDU เครื่องทำความร้อนนี้มีประสิทธิภาพเชิงความร้อนสูงและให้ความร้อนหลายโซนที่สม่ำเสมอเพื่อปรับปรุงการแยกส่วนในขณะที่ลดต้นทุนเชื้อเพลิงและการปล่อยก๊าซเรือนกระจก ดูผลิตภัณฑ์ →

ประสิทธิภาพที่ดีขึ้นยังช่วยลดการปล่อยก๊าซ CO₂ ในสัดส่วนโดยตรงกับเชื้อเพลิงที่ถูกเผา ทำให้ส่วนการพาความร้อนเป็นหนึ่งในโครงการลดการปล่อยก๊าซที่ถูกที่สุดโดยคิดต่อตัน

การเปรอะเปื้อน การกัดกร่อน และการบำรุงรักษาในโลกแห่งความเป็นจริง

การพาความร้อนแบบครีบจะเหม็นเร็วกว่าพื้นผิวท่อเปล่า และการเปรอะเปื้อนจะเปลี่ยนพฤติกรรมของฮีตเตอร์เป็นเวลานานก่อนที่จะถูกบังคับให้ปิดเครื่อง อาการต่างๆ ได้แก่ อุณหภูมิทางออกของก๊าซไอเสียเพิ่มขึ้น การสูญเสียกระแสลมที่สูงขึ้น และการอุ่นกระบวนการลดลง เครื่องทำความร้อนที่ออกแบบมาเพื่อประสิทธิภาพ 85% สามารถลอยไปที่ 78% ภายในไม่กี่เดือนโดยใช้เชื้อเพลิงเหลวหนัก

กลไกการเปรอะเปื้อนทั่วไป

เขม่าจากการเผาไหม้เชื้อเพลิงเหลวที่ไม่สมบูรณ์
เถ้าที่สะสมจากวานาเดียมและโซเดียมในน้ำมันเชื้อเพลิง
การสะสมของแอมโมเนียมไบซัลเฟตเมื่อก๊าซไอเสียมีแอมโมเนียจากการลดตัวเร่งปฏิกิริยาแบบคัดเลือกปลายน้ำ
ผลิตภัณฑ์ที่มีการกัดกร่อนสะสมบนพื้นผิวเย็น

ป้องกันการกัดกร่อน

การกัดกร่อนที่ปลายเย็นเป็นสาเหตุหลักของการบังคับเปลี่ยนส่วนการพาความร้อน กรดซัลฟูริกจะควบแน่นเมื่ออุณหภูมิผิวของหลอดต่ำกว่าจุดน้ำค้างของกรด กลยุทธ์การป้องกันคือการรักษาอุณหภูมิของโลหะให้สูงกว่าจุดน้ำค้าง เลือกโลหะผสมที่เหมาะสมกับสภาพแวดล้อม และดูแลรักษาท่อสุญญากาศ

การทำความสะอาดและการตรวจสอบ

เครื่องมือทำความสะอาดแบบออนไลน์ ได้แก่ เครื่องเป่าไอน้ำและเขม่าในอากาศ โซนิคฮอร์น และการล้างด้วยน้ำระหว่างการปิดเครื่อง ขอบเขตการตรวจสอบการพลิกกลับควรครอบคลุมความหนาของผนังท่อ ความสูงและสภาพของครีบ การถ่านโค้กภายใน ความหนาแน่นของปลอก และความสมบูรณ์ของการสนับสนุน ผลการวิจัยทำให้เกิดการตัดสินใจระหว่างการซ่อมแซมเฉพาะที่และการเปลี่ยนโมดูลทั้งหมด

ส่วนการพาความร้อนแบบแยกส่วน: กลยุทธ์การผลิตและการเปลี่ยนทดแทน

การสร้างส่วนการพาความร้อนในภาคสนามขึ้นใหม่นั้นช้าและมีราคาแพง ส่วนโมดูลาร์ที่ประกอบจากโรงงานช่วยหลีกเลี่ยงความเสี่ยงส่วนใหญ่: ท่อมาถึงที่เชื่อมและทดสอบแล้ว ติดตั้งครีบ ใช้วัสดุทนไฟ และดึงตัวเชื่อมพร้อม

ระยะเวลาการปิดระบบสั้นลง เนื่องจากมีการสร้างธนาคารใหม่ในขณะที่ฮีตเตอร์เก่ายังคงทำงานอยู่
คุณภาพการเชื่อมที่สูงขึ้นจากการควบคุมการผลิตในร้านและการเชื่อมอัตโนมัติ
ลดต้นทุนการติดตั้งโดยรวม โดยลดแรงงานภาคสนามและชั่วโมงนั่งร้าน
การใช้กล่องและโครงสร้าง Radiant ที่มีอยู่ซ้ำ ซึ่งเป็นแนวทางที่ประหยัดที่สุดสำหรับการปรับปรุง

Shop-Assembled Convection Section Module for Furnaces

โมดูลส่วนการพาความร้อนแบบประกอบในร้านค้าสำหรับเตาเผา โมดูลการพาความร้อนสำเร็จรูปที่มีท่อเชื่อม ครีบ และวัสดุทนไฟ ออกแบบมาเพื่อการติดตั้งที่รวดเร็วและลดการหยุดทำงาน พร้อมทั้งปรับปรุงการถ่ายเทความร้อนและประสิทธิภาพการใช้พลังงานในเตาเผาอุตสาหกรรม ดูผลิตภัณฑ์ →

เมื่อซื้อโมดูลทดแทน ให้ผู้ขายได้รับการวิเคราะห์เชื้อเพลิงตามจริง ปัจจัยการเปรอะเปื้อน และข้อจำกัดในการดราฟท์และสแต็คของคุณ เห็นด้วยกับรหัสการออกแบบ — API 560 เป็นข้อมูลอ้างอิงทั่วไปสำหรับเครื่องทำความร้อนในโรงกลั่น — และยืนยันจุดตรวจสอบ: การทดสอบอุทกสถิต ขนาดการติดตั้ง ความแห้งที่ทนไฟ และตำแหน่งผูก

การเลือกประเภทเครื่องทำความร้อนและการกำหนดค่าการพาความร้อนจะส่งผลต่อทั้งยูนิต สำหรับภาพรวมของการกำหนดค่าในบริการโรงกลั่นและปิโตรเคมี โปรดดูคำแนะนำของเราใน การเลือกเครื่องทำความร้อนแบบใช้เชื้อเพลิงและการใช้งานทางวิศวกรรมในอุตสาหกรรมปิโตรเคมี .

หากต้องการใบเสนอราคาเฉพาะโครงการหรือเยี่ยมชมโรงงาน โปรดติดต่อทีมวิศวกรของเราผ่านทาง หน้าการติดต่อ .

คำถามที่พบบ่อยเกี่ยวกับส่วนการพาความร้อน

วัตถุประสงค์หลักของส่วนการพาความร้อนคืออะไร?

เพื่อนำความร้อนกลับมาจากก๊าซไอเสียที่ออกจากส่วนการแผ่รังสีโดยการอุ่นและทำให้ฟีดกระบวนการกลายเป็นไอหรือไอน้ำร้อนยวดยิ่ง ช่วยเพิ่มประสิทธิภาพเครื่องทำความร้อนโดยรวมจากประมาณ 65% เป็น 85% หรือมากกว่า

เหตุใดจึงใช้ครีบกับท่อพาความร้อน

ครีบจะคูณพื้นที่ผิวด้านก๊าซด้วยปัจจัย 5–10 ซึ่งชดเชยค่าสัมประสิทธิ์การถ่ายเทความร้อนต่ำของการไหลของก๊าซไอเสียแบบพาความร้อน และทำให้มัดมีขนาดกะทัดรัด

โดยทั่วไปอุณหภูมิที่ลดลงทั่วทั้งส่วนคือเท่าใด

โดยทั่วไปก๊าซไอเสียจะเข้ามาที่อุณหภูมิ 500–650 °C และออกไปที่อุณหภูมิ 150–250 °C ด้วยเครื่องอุ่นอากาศดาวน์สตรีม อุณหภูมิปล่องอาจลดลงต่ำกว่า 130 °C และประสิทธิภาพของเครื่องทำความร้อนสามารถเกิน 92%

อะไรทำให้เกิดการกัดกร่อนในส่วนการพาความร้อน?

สาเหตุหลักคือการควบแน่นของกรดซัลฟูริกบนพื้นผิวท่อที่อยู่ใต้จุดน้ำค้างของกรด ซึ่งปกติจะมีอุณหภูมิ 120–150 °C การป้องกันหมายถึงการรักษาอุณหภูมิของโลหะให้สูงกว่าจุดน้ำค้าง และการรักษาท่อสุญญากาศเพื่อหลีกเลี่ยงจุดเย็น

ส่งข้อเสนอแนะ