ส่วนการพาความร้อนในเครื่องทำความร้อนแบบใช้เชื้อเพลิง: การออกแบบ ประสิทธิภาพ และการบำรุงรักษา

หลังจากใช้งานหน่วยถ่านโค้กล่าช้าเป็นเวลาสามปี อุณหภูมิทางออกของก๊าซไอเสียของเครื่องทำความร้อนแบบใช้เชื้อเพลิงได้ลอยจาก 180 °C เป็น 246 °C หัวเผาได้รับการปรับแต่งและท่อส่งรังสีก็ดูมีเสียง แต่ปริมาณการใช้ก๊าซเชื้อเพลิงก็เพิ่มขึ้นเกือบสี่เปอร์เซ็นต์ พบปัญหาตรงที่ผู้ปฏิบัติงานมักจะดูสุดท้าย: ส่วนการพาความร้อน ท่อแบบครีบถูกปกคลุมไปด้วยชั้นแข็งของเกลือและขี้เถ้า และแผ่นบุที่เสียหายด้านหลังมัดก็ปล่อยให้ก๊าซไอเสียร้อนลอดผ่านท่อทั้งหมด

โดยปกติส่วนการพาความร้อนจะให้ 25 ถึง 35 เปอร์เซ็นต์ของหน้าที่กระบวนการทั้งหมดของเครื่องทำความร้อนแบบใช้เชื้อเพลิง เมื่อประสิทธิภาพลดลง ประสิทธิภาพลดลง ต้นทุนเชื้อเพลิงเพิ่มขึ้น และการพลิกฟื้นครั้งถัดไปจะกลายเป็นเรื่องเร่งด่วนมากขึ้น บทความนี้จะอธิบายว่าส่วนการพาความร้อนทำหน้าที่อะไร ออกแบบอย่างไร เหตุใดจึงควบคุมประสิทธิภาพของเครื่องทำความร้อน และสิ่งที่ต้องตรวจสอบก่อนซื้อชุดรวมใหม่

ส่วนการพาความร้อนทำอะไรในเครื่องทำความร้อนแบบยิง

ในเครื่องทำความร้อนทรงกระบอกแนวตั้ง ส่วนการพาความร้อนจะอยู่เหนือส่วนที่มีการแผ่รังสีโดยตรง ในเครื่องทำความร้อนแบบห้องโดยสาร จะอยู่ที่ปลายด้านหนึ่งของกล่องกระจายรังสี เค้าโครงทั้งสองแบบส่งก๊าซไอเสียร้อนผ่านแนวท่อแนวนอน และของเหลวในกระบวนการภายในท่อเหล่านั้นจะดูดซับความร้อนผ่านผนังท่อ เนื่องจากก๊าซไอเสียที่เข้าสู่ส่วนการพาความร้อนต่ำกว่าอุณหภูมิเปลวไฟมาก โหมดการถ่ายเทความร้อนหลักจึงเปลี่ยนจากการแผ่รังสีเป็นการพาพาความร้อนแบบบังคับ

โดยทั่วไปจะใช้พื้นผิวที่ขยายเพื่อชดเชยค่าสัมประสิทธิ์การถ่ายเทความร้อนด้านก๊าซที่ต่ำกว่า ตารางด้านล่างเปรียบเทียบสภาพการทำงานในสองส่วนของเครื่องทำความร้อนโรงกลั่นทั่วไป

การเปรียบเทียบสภาพการทำงานทั่วไปในส่วนการแผ่รังสีและการพาความร้อนของเครื่องทำความร้อนที่ใช้เชื้อเพลิงในโรงกลั่น
พารามิเตอร์	ส่วนกระจ่างใส	ส่วนการพาความร้อน
อุณหภูมิก๊าซไอเสีย	950–1100 °C ที่โซนเปลวไฟ	ทางเข้า 650–800 °C; ทางออก 150–250 °C
โหมดการถ่ายเทความร้อนที่โดดเด่น	การแผ่รังสีความร้อน	การพาความร้อนด้วยการแผ่รังสีบางส่วน
พื้นผิวท่อทั่วไป	หลอดเปลือยเรียบ	ครีบ มีหมุดหรือเปลือย
ส่วนแบ่งของภาษีทั้งหมด	60–70 เปอร์เซ็นต์	25–35 เปอร์เซ็นต์
ความเสี่ยงด้านปฏิบัติการหลัก	ความร้อนสูงเกินไปและการคืบคลาน	การเปรอะเปื้อนและการกัดกร่อนปลายเย็น

ส่วนการพาความร้อนช่วยฟื้นคืนความร้อนได้อย่างไร

ค่าสัมประสิทธิ์การถ่ายเทความร้อนด้านก๊าซสำหรับท่อเปลือยในส่วนการพาความร้อนต่ำ ประมาณ 15 ถึง 30 W/(m²·K) ในขณะที่ค่าสัมประสิทธิ์ด้านกระบวนการมักจะสูงกว่าหลายเท่า โดยเฉพาะอย่างยิ่งเมื่อของเหลวกำลังเดือด ความต้านทานจำกัดจึงอยู่ที่ด้านก๊าซไอเสียของท่อเกือบตลอดเวลา

ท่อแบบครีบและแบบสตั๊ดช่วยแก้ปัญหานี้โดยการเพิ่มพื้นที่ภายนอก ครีบหยักที่ความหนาแน่น 4 ถึง 5 ครีบต่อนิ้ว หรือประมาณ 157 ถึง 197 ครีบต่อเมตร จะเพิ่มพื้นผิวภายนอกประมาณ 5 ถึง 10 เท่าเมื่อเทียบกับท่อเปลือยที่มีเส้นผ่านศูนย์กลางเท่ากัน แผนภูมิด้านล่างแสดงโปรไฟล์อุณหภูมิก๊าซไอเสียโดยทั่วไปผ่านส่วนการพาความร้อนแบบสามรอบ

รูปที่ 1 การลดอุณหภูมิของก๊าซไอเสียโดยทั่วไปในส่วนการพาความร้อนแบบสามรอบ

ช่องทางที่ร้อนที่สุดซึ่งใกล้กับส่วนที่มีการแผ่รังสีมากที่สุด จะจัดการกระแสกระบวนการที่ต้องการอุณหภูมิสูงสุด เครื่องทำความเย็นจะส่งผ่านความร้อนกลับคืนมาสำหรับบริการที่มีอุณหภูมิต่ำ เช่น การสร้างไอน้ำ การทำให้ไอน้ำร้อนยวดยิ่งเจือจาง และการอุ่นฟีด การจัดเรียงกระแสทวนนี้ช่วยรักษาความแตกต่างของอุณหภูมิที่เป็นประโยชน์ในทุกรอบการผ่าน

การออกแบบส่วนการพาความร้อน: แรงดันตก ความเร็ว และวัสดุ

API 560 มอบกรอบการออกแบบที่ใช้สำหรับเครื่องทำความร้อนแบบใช้เชื้อเพลิงส่วนใหญ่ในโรงกลั่นและบริการปิโตรเคมี ส่วนการพาความร้อนไม่สามารถแยกขนาดได้: ความลึกของมัด รูปทรงของครีบ และร่างที่ต้องการต้องถูกจัดวางเข้าด้วยกัน เนื่องจากแต่ละส่วนจะส่งผลต่อส่วนอื่นๆ

การตรวจสอบที่สำคัญได้แก่ แรงดันตกของก๊าซไอเสีย ความเร็วของก๊าซ อุณหภูมิของท่อโลหะ และวัสดุครีบ เครื่องทำความร้อนทั่วไปจะรักษาความดันส่วนการพาความร้อนให้อยู่ระหว่าง 3 ถึง 10 mbar หรือ 30 ถึง 100 มม. H₂O มัดที่ลึกกว่าจะดึงความร้อนกลับมาได้มากขึ้น แต่ต้องการความจุของพัดลมแบบเรียงซ้อนหรือแบบเหนี่ยวนำที่มากขึ้น ความเร็วของก๊าซที่อัตราการยิงต่ำสุดควรอยู่เหนือประมาณ 4.5 ม./วินาที เพื่อป้องกันไม่ให้เถ้าตกตะกอน และต่ำกว่า 15 ถึง 20 ม./วินาที เพื่อหลีกเลี่ยงการกัดเซาะและการสั่นสะเทือนที่เกิดจากการไหล อุณหภูมิของโลหะท่อที่ปลายเย็นจะต้องอยู่เหนือจุดน้ำค้างของกรดซัลฟิวริกเมื่อมีกำมะถันอยู่ ไม่เช่นนั้นแถวล่างและตัวเรือนจะสึกกร่อนอย่างรวดเร็ว วัสดุครีบเป็นไปตามอุณหภูมิของก๊าซในท้องถิ่น: ครีบโลหะผสมที่ปลายร้อน ครีบเหล็กคาร์บอนที่ปลายเย็น และบางครั้งท่อเปลือยซึ่งการกัดเซาะหรือการเข้าถึงการทำความสะอาดเป็นสิ่งสำคัญ

รายการตรวจสอบทางวิศวกรรมเชิงปฏิบัติมีลักษณะดังนี้:

ยืนยันการไหลของมวลก๊าซไอเสีย องค์ประกอบ และปริมาณกำมะถัน
เลือกเค้าโครงท่อและระยะพิทช์สำหรับความเร็วเป้าหมายและแรงดันตก
คำนวณประสิทธิภาพครีบและเลือกประเภทครีบ ความหนาแน่น และวัสดุที่ผ่านทะลุ
ตรวจสอบอุณหภูมิของโลหะท่อเทียบกับจุดน้ำค้างของกรดและขีดจำกัดออกซิเดชัน
จัดให้มีช่องทางเข้า ช่องระบายเขม่า และแผงตรวจสอบที่ถอดออกได้

เหตุใดส่วนการพาความร้อนจึงควบคุมประสิทธิภาพของเครื่องทำความร้อน

หลักทั่วไปในการออกแบบเครื่องทำความร้อนแบบใช้เชื้อเพลิงคือการลดอุณหภูมิทางออกของก๊าซไอเสียลง 22 °C จะเพิ่มประสิทธิภาพประมาณหนึ่งเปอร์เซ็นต์ การลดอุณหภูมิทางออกจาก 250 °C เหลือ 170 °C จึงมีมูลค่าประมาณ 3.5 เปอร์เซ็นต์ บนเครื่องทำความร้อนขนาด 100 MW ซึ่งเท่ากับเชื้อเพลิง 3.5 MW ซึ่งช่วยประหยัดการทำงานต่อเนื่องได้หนึ่งปีอย่างมีความหมาย

พื้นผิวที่ขยายออกไปทำให้อุณหภูมิทางออกต่ำเช่นนี้ได้โดยไม่ต้องใช้ตู้ขนาดใหญ่ ดังแผนภูมิแท่งด้านล่างที่แสดง

รูปที่ 2 พื้นที่ภายนอกทั่วไปของท่อ OD ขนาด 114 มม. ที่มีพื้นผิวครีบเปลือย มีหมุดเกลียว และหยัก

ท่อแบบครีบจะเพิ่มพื้นที่ผิวแต่ยังทำให้เส้นทางก๊าซยาวขึ้นและเพิ่มแรงดันตกคร่อม การเลือกระหว่างท่อเปลือย แบบสตั๊ด และแบบครีบในแต่ละรอบเป็นการแลกเปลี่ยนทางเศรษฐกิจระหว่างพื้นที่ผิว กระแสลม การเข้าถึงการทำความสะอาด และค่าเผื่อการกัดกร่อน

การเปรอะเปื้อน การทำความสะอาด และการกัดกร่อนในช่วงเย็น

การเปรอะเปื้อนเป็นปัญหาการดำเนินงานที่เกิดขึ้นบ่อยที่สุดของส่วนการพาความร้อน คราบสะสมทำหน้าที่เป็นชั้นฉนวน ดังนั้นอุณหภูมิทางออกของก๊าซไอเสียจึงสูงขึ้น และกระบวนการได้รับความร้อนน้อยลง ในเวลาเดียวกัน ชั้นสะสมจะลดพื้นที่การไหลแบบเปิดและเพิ่มการสูญเสียกระแสลม ในกรณีที่รุนแรง เครื่องทำความร้อนจะไม่สามารถเข้าถึงอัตราการยิงที่ออกแบบไว้ได้

สาเหตุหลักของการเปรอะเปื้อนในส่วนการพาความร้อนมีดังต่อไปนี้ คุณภาพน้ำมันเชื้อเพลิง ประสิทธิภาพของหัวเผา และกระบวนการขนส่ง ล้วนมีส่วนช่วย และการกระจายตัวจะแตกต่างกันไปในแต่ละหน่วย

คราบเกลือ/เถ้า (35%)
เงินฝากโค้ก/คาร์บอน (30%)
ผลิตภัณฑ์ที่มีฤทธิ์กัดกร่อน (25%)
เงินฝากอื่นๆ (10%)

รูปที่ 3 การกระจายสาเหตุของการเปรอะเปื้อนโดยทั่วไปในส่วนการพาความร้อน

การควบคุมการเปรอะเปื้อนเริ่มต้นด้วยการปรับแต่งการเผาไหม้และการจัดการเชื้อเพลิง แต่ยังคงต้องมีการทำความสะอาดเป็นประจำ ตารางด้านล่างสรุปวิธีการที่ใช้บ่อยที่สุดในโรงงานปฏิบัติการ

วิธีการทำความสะอาดส่วนการพาความร้อนทั่วไปและการใช้งาน
วิธีการทำความสะอาด	เหมาะที่สุดสำหรับ	ความถี่ทั่วไป
เขม่าไอน้ำออนไลน์	เถ้าเบาหรือคราบเกลือ	รายสัปดาห์เป็นรายเดือน
อากาศแรงดันสูงทำให้เกิดเขม่า	เขม่าจากเชื้อเพลิงเหลวหรือของแข็ง	รอบรายวันหรือต่อเนื่อง
การทำไฮโดรบลาสต์แบบออฟไลน์	เงินฝากที่แข็งและหนา	ทุกการเปลี่ยนแปลง
การทำความสะอาดสารเคมี	เงินฝากพิเศษเช่นเกลือหรือโค้ก	ตามความจำเป็น

ส่วนการพาความร้อนในการใช้งานการกลั่นและปิโตรเคมี

เครื่องทำความร้อนแบบยิงทุกเครื่องในโรงกลั่นหรือปิโตรเคมีจะมีส่วนการพาความร้อน แต่แต่ละบริการจะมีการออกแบบที่แตกต่างกัน ในเครื่องทำความร้อนการกลั่นน้ำมันดิบและสุญญากาศ ส่วนการพาความร้อนจะอุ่นน้ำมันดิบและบางครั้งอาจเพิ่มไอน้ำ ในเตาแคร็กเอทิลีน โดยทั่วไปจะประกอบด้วยคอยล์อุ่นฟีดไฮโดรคาร์บอน คอยล์ทำความร้อนยวดยิ่งด้วยไอน้ำเจือจาง และธนาคารไอน้ำแรงดันสูง ในตัวปฏิรูปไฮโดรเจนและ DRI ส่วนการพาความร้อนจะกำหนดการใช้พลังงานโดยรวมของหน่วยโดยการนำความร้อนกลับคืนมาเพื่ออุ่นไอน้ำและป้อนอาหาร

สำหรับบริการน้ำมันดิบ การเลือกประเภทครีบและการตัดสินใจที่จะรวมคอยล์ไอน้ำถือเป็นประเด็นสำคัญในการอภิปรายทางวิศวกรรม ซัพพลายเออร์ที่มีประสบการณ์ในการแลกเปลี่ยนเหล่านี้สามารถลดความเสี่ยงของโครงการและปรับปรุงผลการดำเนินงานได้

Fired Heater for Atmospheric and Vacuum Distillation

เครื่องทำความร้อนแบบยิงสำหรับการกลั่นบรรยากาศและสุญญากาศ เครื่องทำความร้อนนี้จัดการกับการแลกเปลี่ยนประเภทครีบและคอยล์ไอน้ำในบริการน้ำมันดิบ โดยให้การทำความร้อนหลายโซนที่สม่ำเสมอและประสิทธิภาพเชิงความร้อนสูงเพื่อรองรับการแยก ADU/VDU ที่เสถียรในขณะที่ลดความเสี่ยงในการปฏิบัติงาน ดูผลิตภัณฑ์ →

เครื่องทำความร้อนจากปิโตรเคมีเพิ่มความซับซ้อนอีกชั้นหนึ่ง เนื่องจากคอยล์หลายตัวต้องใช้เส้นทางก๊าซไอเสียเดียวกัน หลักการเบื้องหลัง การเลือกเครื่องทำความร้อนแบบใช้เชื้อเพลิงและการใช้งานทางวิศวกรรมในอุตสาหกรรมปิโตรเคมี อธิบายว่าผู้ปฏิบัติงานสร้างสมดุลระหว่างอุณหภูมิคอยล์ ความต้องการไอน้ำ และความประหยัดของเตาเผาในบริการเหล่านี้ได้อย่างไร

เตาหลอมเอทิลีนเป็นตัวอย่างที่มีความต้องการมากที่สุด ส่วนการพาความร้อนจะจัดการกับก๊าซที่แตกร้าว ไอน้ำเจือจาง และคอยล์สร้างไอน้ำในการจัดเรียงขนาดกะทัดรัดในที่เดียว และการเลือกใช้โลหะผสมจะถูกขับเคลื่อนด้วยอุณหภูมิการทำงานที่รุนแรง

เตาแคร็กเอทิลีนสำหรับไพโรไลซิส เนื่องจากความต้องการโลหะผสมที่รุนแรงในส่วนการพาเอทิลีน การควบคุมอุณหภูมิที่แม่นยำของเตาเผานี้และการออกแบบการแผ่รังสี/การพาความร้อนที่เหมาะสมที่สุด ช่วยรักษาความสม่ำเสมอของการแตกร้าวและให้ผลผลิตภายใต้การทำงานที่อุณหภูมิสูงอย่างต่อเนื่อง ดูผลิตภัณฑ์ →

สิ่งที่ต้องตรวจสอบเมื่อซื้อส่วนการพาความร้อน

ไม่ว่าคุณจะเปลี่ยนมัดรวมที่เสียหายหรือเพิ่มกำลังการผลิตไอน้ำ การตรวจสอบเดียวกันนี้ก็มีผลเช่นกัน

ยืนยันว่าชุดรวมใหม่ตรงกับการไหลของมวลก๊าซไอเสียของส่วนกระจายที่มีอยู่และกระแสที่มีอยู่
ตรวจสอบพื้นฐานของโค้ดการออกแบบ: API 560 สำหรับเครื่องทำความร้อน, ASME B31.3 สำหรับท่อข้างท่อ และข้อกำหนดเฉพาะของไซต์ลูกค้า
ประเมินแผนคุณภาพการเชื่อมรอบๆ การเชื่อมต่อแบบครีบต่อท่อและข้อต่อระหว่างท่อกับส่วนหัว เนื่องจากจุดเหล่านี้เป็นตำแหน่งที่เกิดความล้มเหลวบ่อยที่สุด
ตรวจสอบฉนวนและระบบซับเพื่อดูอุณหภูมิทางเข้าของก๊าซที่คาดหวัง รวมถึงการป้องกันการกัดเซาะบริเวณที่ก๊าซเข้าสู่มัด
ยืนยันความสามารถของผู้ผลิต: คุณสมบัติขั้นตอนการเชื่อม การทดสอบไฮโดรสแตติก การควบคุมขนาด และการตรวจสอบโดยบุคคลที่สาม

ส่วนการพาความร้อนส่วนใหญ่จะจัดส่งเป็นโมดูลที่ทางร้านประดิษฐ์ขึ้น ซึ่งรวมถึงท่อ ส่วนหัว ฉนวน และปลอกหุ้ม วิธีการนี้ช่วยลดระยะเวลาในการก่อสร้างไซต์งานและปรับปรุงคุณภาพการเชื่อม เนื่องจากงานประกอบหนักจะดำเนินการภายใต้สภาวะที่มีการควบคุม เมื่อโมดูลถูกยกเข้าที่ การเชื่อมต่อกับส่วนกระจายรังสีและปล่องของเครื่องทำความร้อนที่มีอยู่จะต้องรองรับการขยายตัวทางความร้อนและยังคงก๊าซไม่รั่วไหล

Shop-Fabricated Convection Section Module

โมดูลส่วนการพาความร้อนที่ผลิตโดยร้านค้า ส่วนการพาความร้อนแบบโมดูลาร์นี้สร้างขึ้นสำหรับการผลิตในโรงงานที่มีการควบคุมและการยกไซต์งานได้ง่าย ด้วยโลหะผสมที่ทนทานและการออกแบบที่ปรับแต่งได้เพื่อรองรับการขยายตัวทางความร้อนและรักษาการเชื่อมต่อที่แน่นหนาระหว่างการติดตั้ง ดูผลิตภัณฑ์ →

โลจิสติกส์ก็มีความสำคัญไม่แพ้กัน โมดูลส่วนการพาความร้อนขนาดใหญ่เป็นสินค้าที่มีความกว้างเกินและมีน้ำหนักมาก ดังนั้นเส้นทางการขนส่ง วิธีการยก และแผนการจัดการสถานที่จึงสมควรได้รับการตรวจสอบเช่นเดียวกับการออกแบบด้านความร้อน ผู้ผลิตที่สามารถจัดการทั้งการผลิตและการขนส่งหนักจะช่วยลดความเสี่ยงของความล่าช้าของกำหนดการ สำหรับการประเมินหรือใบเสนอราคาเฉพาะโครงการ คุณสามารถทำได้ ติดต่อทีมวิศวกร Tuopu ด้วยเอกสารข้อมูลเครื่องทำความร้อนของคุณ

คำถามที่พบบ่อยเกี่ยวกับส่วนการพาความร้อน

ทำไมท่อพาความร้อนจึงมีครีบ?

ครีบจะคูณพื้นที่การถ่ายเทความร้อนภายนอก 5 ถึง 10 เท่า ซึ่งชดเชยค่าสัมประสิทธิ์การถ่ายเทความร้อนต่ำในด้านก๊าซไอเสีย หากไม่มีครีบ ส่วนการพาความร้อนจะต้องมีขนาดใหญ่ขึ้นหลายเท่าจึงจะนำความร้อนกลับมาได้เท่าเดิม

อุณหภูมิก๊าซไอเสียปกติที่ทางออกส่วนการพาความร้อนคือเท่าใด

สำหรับเครื่องทำความร้อนที่มีประสิทธิภาพและได้รับการดูแลอย่างดี โดยทั่วไปอุณหภูมิทางออกจะอยู่ที่ 150 ถึง 200 °C เมื่อน้ำมันเชื้อเพลิงมีกำมะถันสูง ช่องจ่ายจะอยู่เหนือจุดน้ำค้างของกรด ซึ่งมักจะมีอุณหภูมิประมาณ 250 ถึง 300 °C หรือปลายเย็นทำจากวัสดุที่ทนต่อการกัดกร่อน

ประสิทธิภาพจะสูญเสียไปเท่าใดเมื่อส่วนการพาความร้อนเกิดการเปรอะเปื้อน?

การเปรอะเปื้อนทำให้อุณหภูมิทางออกของก๊าซไอเสียเพิ่มขึ้น เนื่องจากอุณหภูมิที่เพิ่มขึ้นทุกๆ 22 °C มีค่าใช้จ่ายประมาณ 1 เปอร์เซ็นต์ของประสิทธิภาพ อุณหภูมิที่เพิ่มขึ้น 50 °C จะลดประสิทธิภาพลงประมาณ 2.3 เปอร์เซ็นต์ ซึ่งจะแสดงเป็นการสิ้นเปลืองเชื้อเพลิงโดยตรง

สามารถเปลี่ยนส่วนการพาความร้อนโดยไม่ต้องสัมผัสส่วนที่มีการแผ่รังสีได้หรือไม่

ใช่. เครื่องทำความร้อนแบบใช้เชื้อเพลิงที่มีอยู่มักจะได้รับโมดูลส่วนการพาความร้อนใหม่โดยยังคงรักษากล่องกระจายรังสี หัวเผา และปล่องไฟไว้ นี่เป็นเส้นทางการปรับปรุงทั่วไป โดยมีเงื่อนไขว่าโครงสร้างและฐานรากจะมีอายุการใช้งานที่เหลืออยู่เพียงพอ และแรงดันตกคร่อมของกลุ่มใหม่จะพอดีกับร่างที่มีอยู่