Przestój w rafinerii oznacza sześć tygodni przestoju, otwór kanału o średnicy 2,4 m i strumień gazów spalinowych wpływający do temperatury 340°C, który musi wypływać w temperaturze 155°C. Katalogowy zespół płaszczowo-rurowy zbudowany wokół standardowych średnic i długości rur albo przewymiaruje wiązkę, albo spowoduje spadek ciśnienia po stronie gazu powyżej poziomu, za który może zapłacić wentylator z wyciągiem indukcyjnym. Ta luka między arkuszem danych a rzeczywistym kanałem to miejsce, w którym określono niestandardowe wymienniki ciepła.
W tym przewodniku opisano, co tak naprawdę wpływa na konstrukcję niestandardowego projektu wymiennika ciepła do odzysku ciepła w przemyśle: zakres obowiązków, geometrię rury i żeberka, decyzje dotyczące materiału i norm oraz kontrole, które kupujący powinien przeprowadzić przed wydaniem zamówienia.
Co sprawia, że wymiennik ciepła jest niestandardowy
Niestandardowy wymiennik ciepła jest projektowany w oparciu o zakres obowiązków, a nie wybierany ze stałego zakresu rozmiarów. Przegroda określa przepływ masowy, temperaturę na wlocie i wylocie, dopuszczalny spadek ciśnienia, zabrudzenie oraz przestrzeń, w której urządzenie musi się zmieścić. Z tych liczb wynika średnica rury, typ żebra, rozstaw żeber, materiał i układ hedera.
Niestandardowy wymiennik ciepła to jednostka cieplna, której powierzchnia, geometria i materiały są obliczane dla jednego konkretnego strumienia gazu lub cieczy i jednej konkretnej powłoki instalacyjnej, a nie wybierane z katalogu standardowych rozmiarów.
Różnica pojawia się w trzech miejscach. Powierzchnia jest dopasowywana do cła, a nie zaokrąglana w górę do następnego pakietu standardowego. Spadek ciśnienia po stronie gazu traktuje się jako twarde ograniczenie, a nie produkt uboczny selekcji. Układ rur jest zbudowany wokół faktycznie posiadanego otworu kanału, łącznie z trasą podnoszenia na miejsce.
Jednostka katalogowa
- Dopasowane do standardowej średnicy skorupy i długości rury
- Spadek ciśnienia wynika z wyboru
- Naddatek na zanieczyszczanie ustalony w wersji standardowej
- Dostarczane ze stałego asortymentu produktów
Jednostka niestandardowa
- Powierzchnia obliczona na podstawie obciążenia cieplnego
- Spadek ciśnienia utrzymywany wewnątrz krzywej wentylatora
- Rozstaw żeber i dostęp do czyszczenia ustalany jest na podstawie obciążenia pyłem
- Zbudowany zgodnie z kopertą, wagą i limitami podnoszenia
Sześć danych wejściowych, które napędzają projekt
Sześć sygnałów wejściowych decyduje o około 80 procentach niestandardowego projektu wymiennika ciepła: przepływ masowy, temperatura na wlocie, docelowa temperatura na wylocie, dopuszczalny spadek ciśnienia po stronie gazu, obciążenie pyłem lub zanieczyszczeniami oraz przestrzeń instalacji. Wszystko inne w cytacie jest konsekwencją tych sześciu liczb.
| Wejście | Typowy zasięg | Co to zmienia |
| Przepływ masowy gazu | 5 do 200 t/h | Liczba rurek, powierzchnia czołowa i prędkość gazu |
| Temperatura na wlocie | 180 do 600 C | Gatunek materiału i naddatek na rozszerzalność |
| Docelowa temperatura wylotowa | 120 do 200 C | Równowaga między odzyskiem ciepła a marginesem punktu rosy |
| Spadek ciśnienia po stronie gazu | 200 do 1200 Pa | Skok płetw, liczba rzędów i prędkość czołowa |
| Obciążenie pyłem lub zanieczyszczeniami | niska do 300 g/Nm3 | Typ płetwy, rozstaw płetwy i dostęp do czyszczenia |
| Koperta instalacyjna | rozmiar kanału lub otworu | Wymiary modułu i droga podnoszenia |
Pomiń jedno z nich, a cytat będzie albo przewymiarowany, albo optymistyczny. Temperatura na wylocie jest typową pułapką. Schłodzenie gazów spalinowych poniżej kwaśnego punktu rosy paliwa zawierającego siarkę powoduje, że projekt odzyskiwania ciepła w ciągu kilku sezonów staje się projektem korozyjnym.
Praktyczna zasada: każde obniżenie temperatury komina o 20°C pozwala odzyskać około 1 procent paliwa włożonego do kotła, ale tylko do kwaśnego punktu rosy faktycznie spalanego paliwa.
Rury żebrowane ustalają budżet termiczny
Po stronie gazowej rura żebrowana przejmuje budżet cieplny. Dobrze dobrana rura żebrowana zwiększa powierzchnię zewnętrzną około 3 do 6 razy w porównaniu z rurą gołą o tej samej średnicy, co sprawia, że praktyczne jest odzyskiwanie ciepła z dużego strumienia gazów spalinowych pod niskim ciśnieniem.
- Rura żebrowana typu H. Prostokątne żebra są przyspawane parami wzdłuż rury, tworząc szerokie ścieżki gazu, które są odporne na osadzanie się popiołu i łatwe do czyszczenia za pomocą zdmuchiwaczy sadzy. Jest to typowy wybór w przypadku zastosowań wymagających zapylenia lub paliw stałych.
- Rura żebrowana spiralnie. Ciągły pasek jest nawinięty i zgrzany wokół rury, co zapewnia największą powierzchnię na metr i najwęższą praktyczną podziałkę. Najlepiej sprawdza się w czystszym gazie, gdzie mostkowanie nie stanowi ryzyka.
- Rurka cieplna. Uszczelniona, próżniowa rura przenosi ciepło w sposób izotermiczny pomiędzy dwoma strumieniami, bez zanieczyszczeń krzyżowych, co ma znaczenie, gdy niedopuszczalny jest wyciek pomiędzy spalinami a produktem.
Rura żebrowana typu H do zastosowań w kotłach i wymiennikach ciepła Rura żebrowana w kształcie litery H z żebrami spawanymi przy użyciu wysokiej częstotliwości, odpowiednia do odprowadzania zapylonych gazów spalinowych i przenoszenia ciepła o niskim oporze w kotłach i przemysłowych wymiennikach ciepła. Zobacz produkt → 3 do 6x powierzchnia zewnętrzna w porównaniu z gołą rurką
2 do 6 mm typowy rozstaw żeber w obsłudze kotła
10 do 20 mm typowa wysokość żeberek na rurach ekonomizera
Fin pitch to kompromis. Węższa podziałka zapewnia większą powierzchnię w tym samym pudełku, ale zwiększa ryzyko osadzania się popiołu i zwiększa częstotliwość czyszczenia, więc przy pracy przy zapyleniu zwykle nagradza się nieco szerszą podziałkę.
Ekonomizery odzyskują ciepło na końcu
Ekonomizer spalin na końcu kotła jest zazwyczaj najtańszym miejscem na dodanie odzysku ciepła, ponieważ gaz opuszczający kocioł nadal utrzymuje użyteczne ciepło w temperaturze, w której może wykonać pracę kompaktowe, niedrogie urządzenie.
Woda zasilająca zazwyczaj wpływa do zbiornika o temperaturze około 105°C i wypływa z niego w temperaturze 130–150°C, a ciepło to pochodzi ze strumienia gazu, a nie z dodatkowego paliwa. Ta sama zasada obejmuje trzy wspólne obowiązki:
- Spaliny z kotła, gdzie spaliny są stosunkowo czyste, a głównym ograniczeniem jest kwaśny punkt rosy.
- Gazy spalinowe z pieca przemysłowego, w których zawartość pyłu i zasad wpływa na podziałkę żeber, a często także na materiał rur.
- Spaliny z urządzeń procesowych, których skład zmienia się wraz z wsadem, a urządzenie musi zachować stabilność pomimo wahań.
Ekonomizer spalin na końcu kotła do podgrzewania wody zasilającej Odzyskuje ciepło ze spalin z kotła, aby podnieść temperaturę wody zasilającej i zmniejszyć zużycie paliwa, dzięki konstrukcji rurowej z serpentynami lub spiralnymi żebrami. Zobacz produkt → Ekonomizer nie potrzebuje egzotycznych materiałów, aby się spłacić. Wymaga odpowiedniego skoku żeberek, rur o takim gatunku, który wytrzymuje punkt rosy, oraz spadku ciśnienia, który istniejący wentylator jest w stanie pochłonąć bez wymiany silnika.
Kotły na ciepło odpadowe i systemy HRSG
Gdy odzyskane ciepło jest potrzebne w postaci pary, a nie ciepła jawnego, jednostka niestandardowa staje się kotłem na ciepło odpadowe lub wytwornicą pary z odzyskiem ciepła dobraną do strumienia spalin, a nie do wsadu paliwa. Projektowanie rozpoczyna się od strony gazu: przepływ, temperatura i skład ustalają powierzchnię parownika, ciśnienie w bębnie i wydajność pary.
Przemysłowe kotły na ciepło odpadowe odzyskują parę z pieców i linii technologicznych. Jednostki elektrowni znajdują się za turbinami gazowymi w elektrowniach pracujących w cyklu kombinowanym. Kotły do przetwarzania odpadów przetwarzają spaliny ze spalania, gdzie korozja i zanieczyszczenia kształtują układ w większym stopniu niż obciążenie cieplne.
Przemysłowy kocioł na ciepło odpadowe do odzyskiwania pary Wytwarza parę ze gazów spalinowych podczas operacji stalowych, chemicznych, cementowych i hutniczych, a konstrukcje są dostosowane do pyłu, gazów korozyjnych i zmiennych temperatur. Zobacz produkt → Jedna liczba rozstrzyga większość argumentów dotyczących rozmiaru HRSG: punkt uszczypnięcia. Ciaśniejsze szczypanie pozwala odzyskać więcej ciepła, ale kupuje je za większą powierzchnię i większy spadek ciśnienia po stronie gazu.
Materiały, kody i jakość spoin
Wybór materiału opiera się na temperaturze metalu i składzie chemicznym gazu, a nie samym ciśnieniu projektowym. Poniższe zakresy obejmują większość obowiązków związanych z gazami spalinowymi i procesowymi.
| Materiał | Praktyczna temperatura metalu | Typowa usługa |
| Stal węglowa | do około 425 C | Czyste, suche spaliny; opcja o najniższym koszcie |
| 1,25Cr-0,5Mo | 425 do 540 C | Gorętsze ścieżki gazu przy umiarkowanym zapotrzebowaniu na pełzanie |
| 2,25Cr-1Mo | 540 do 580 C | Wysoka temperatura HRSG i obsługa procesowa |
| Stal nierdzewna austenityczna | do 600 C i więcej | Gaz wilgotny lub lekko korozyjny, lepsza odporność na punkt rosy |
| Stopy duplex i wyższe | specyficzny obowiązek | Kondensat zawierający chlorki lub kwaśny |
Wykonanie ma takie samo znaczenie jak klasa rury. Części ciśnieniowe są produkowane zgodnie z uznanymi przepisami kotłów lub zbiorników ciśnieniowych, spawanie jest kwalifikowane i dokumentowane, a jakość spoin jest weryfikowana za pomocą radiografii lub obrazowania w czasie rzeczywistym, a nie samej kontroli wizualnej. Kupujący przeglądający tę recenzję mogą z tego skorzystać Przewodnik dotyczący zgodności części ciśnieniowych ASME dla inżynierów jako lista kontrolna.
Poproś o osobne wyszczególnienie na rysunku materiału rury, materiału żebra i materiałów spawalniczych. Często są to różne gatunki i traktowanie ich jako jednego elementu jest jedną z najczęstszych przyczyn przedwczesnego uszkodzenia rur w instalacjach gazów spalinowych.
Jak zweryfikować niestandardowego dostawcę wymienników ciepła
Zanim zapytasz o cenę, zapytaj o obliczenia termiczne, krzywą spadku ciśnienia i procedurę spawania. Te trzy dokumenty odróżniają producenta, który może wykonać projekt, od producenta, który może wycenić tylko jeden.
Przeczytaj kartę charakterystyki
Przepływ, temperatury, skład gazu, obciążenie pyłem, ciśnienie projektowe i warunki panujące w miejscu instalacji powinny zmieścić się na jednej stronie. Jeżeli dostawca nie zażąda ich wszystkich, projekt termiczny pozostaje kwestią domysłu.
Sprawdź moc cieplną i hydrauliczną
Pole powierzchni, prędkość czołowa, nachylenie żeber i przewidywany spadek ciśnienia po stronie gazu w projekcie i przy 110% obciążeniu. Projekt, który działa tylko w punkcie projektowym, nie przetrwa zimnego startu.
Potwierdź materiały i przypadek korozji
Minimalna temperatura metalu w stosunku do kwaśnego punktu rosy, naddatek na korozję i metoda czyszczenia, na którą faktycznie pozwala układ rurki.
Przegląd produkcji i kontrola
Procedura spawania, metoda NDT, ciśnienie próbne wody i punkty uwolnienia kontrolnego. Zweryfikowano certyfikowana produkcja części ciśnieniowych wydajność i wewnętrzne badania radiograficzne znacznie skracają drogę uzyskania zezwolenia.
Dopasuj harmonogram do rośliny
Wymiary modułu, ciężar podnoszenia, zakres montażu na miejscu i etapy dostawy w okresie przestoju.
Dostawca, który może przedstawić bilans cieplny, krzywą spadku ciśnienia i plan kontroli spoin podczas pierwszego przeglądu technicznego, ma zupełnie inny profil ryzyka niż ten, który przesyła jedynie cenę.
Często zadawane pytania
Co to jest niestandardowy wymiennik ciepła?
Jest to jednostka cieplna, której powierzchnia, geometria i materiały są obliczane dla jednego konkretnego strumienia i jednej powłoki instalacyjnej. Został zaprojektowany do tego zadania, a nie wybrany ze standardowego zakresu rozmiarów.
Kiedy jednostka niestandardowa jest tańsza od standardowej?
Gdy spadek ciśnienia, obciążenie pyłem, skład chemiczny gazu lub dostępna przestrzeń wykraczają poza standardowy zakres jednostek. Cena jednostkowa jest zwykle wyższa, ale moc wentylatora, przestoje w czyszczeniu i żywotność zwykle wpływają na całkowity koszt w drugą stronę.
Co należy uwzględnić w zapytaniu ofertowym?
Przepływ masowy, temperatura na wlocie i wylocie, skład gazu, w tym siarka i wilgoć, obciążenie pyłem, dopuszczalny spadek ciśnienia, ciśnienie i temperatura projektowa, naddatek na korozję oraz przegroda instalacji z ograniczeniami dotyczącymi podnoszenia.
Uzyskaj odpowiedni zakres obowiązków, a pozostała część niestandardowej oferty wymienników ciepła będzie porównywalna między dostawcami. Pomiń to, a porównasz trzy różne założenia.
