مهندسی برای بخاری های آتش زده: طراحی، متالورژی لوله و تحویل EPC

Content

1 مهندسی برای بخاری آتش‌گرفته: آنچه که دامنه در واقع شامل آن است
2 شار حرارتی، نه وظیفه حرارتی، عمر سیم پیچ را تنظیم می کند
3 متالورژی لوله و مسیر ریخته گری
4 خدمات پالایش: جایی که حالت های عملیاتی گاز می گیرند
5 خدمات شیمیایی و پتروشیمی
6 مهندسی مکانیک، سازه و پیش نویس
7 ساخت، بازرسی و تحویل در سایت
8 راه اندازی و سال اول بهره برداری
9 چک لیست بررسی عملی
10 سوالات متداول

یک بخاری تقطیر خلاء می تواند تعادل حرارتی خود را روی کاغذ منتقل کند و در عرض دو سال همچنان لوله های خود را برآمده کند. رقم وظیفه درست بود. چیزی که شکست خورد، تصمیمی بود که در رشته دیگری اتخاذ شد: محدودیت شار افزایش یافته برای صرفه جویی در سطح، فاصله مشعل باریکتر به تناسب طرح، تکیه گاه لوله برای ساده سازی ساخت حرکت کرد.

بنابراین در اینجا پاسخ کوتاه قبل از جزئیات است. مهندسی برای بخاری آتش زده یک تمرین جفت است، نه یک محاسبه حرارتی. وظیفه فرآیند، متالورژی سیم پیچ، ساختار مکانیکی، کنترل احتراق و محدودیت های حمل و نقل باید با هم بسته شوند، زیرا ضعیف ترین آنها فاصله نگهداری را تعیین می کند.

مهندسی برای بخاری آتش‌گرفته: آنچه که دامنه در واقع شامل آن است

هنگامی که یک بخاری به عنوان درجه حرارت با سخت افزار متصل خریداری می شود، شکاف بین رشته ها بعداً به عنوان نقاط داغ ظاهر می شود. شش جریان مهندسی باید به صورت موازی توسعه یابند که هر کدام اطلاعاتی را تولید می کنند که بقیه به آن وابسته هستند.

جدول 1: شش جریان مهندسی در یک پکیج بخاری آتش‌گرفته و شکست هر کدام برای جلوگیری از آن است.
جریان	محصولات قابل تحویل معمولی	حالت شکست در صورت عدم مهندسی
فرآیند و طراحی حرارتی	تعادل حرارتی، طرح سیم پیچ، مشخصات شار، پیش نویس و محاسبات جریان	کک کردن، نقاط داغ، عمر کویل کوتاه
متالورژی کویل و ساخت لوله	انتخاب آلیاژ، ریخته‌گری گریز از مرکز، روش‌های جوش، تحمل‌های ابعادی	گسیختگی خزش، کربوراسیون، نازک شدن دیوار
مکانیکی، ساختاری و نسوز	پوشش، تکیه گاه ها، درزهای انبساط، فولادهای پشته و کانال، طراحی باد و لرزه ای	ترک خوردگی، نشت، آسیب ارتعاش
احتراق و کنترل	انتخاب مشعل و فاصله، نسبت هوا به سوخت، پیش نویس و کنترل دما، اینترلاک ها	برخورد شعله، پس سوختگی، عملیات ناپایدار
ساخت، بازرسی و QA	جوشکاری، عملیات حرارتی پس از جوش، NDT، تست هیدرواستاتیک، کنترل ابعادی	بازسازی سایت، راه اندازی با تاخیر
حمل و نقل و نعوظ	مدولارسازی، نقاط بلند کردن، حمل و نقل رول-آن/رول آف، توالی مونتاژ سایت	ماژول های آسیب دیده، جرثقیل های بیکار، لغزش برنامه

توالی به اندازه محتوا اهمیت دارد: طرح سیم پیچ طراحی مکانیکی را تغذیه می کند و طراحی مکانیکی محدودیت های حمل و نقل را تغذیه می کند. در پروژه هایی که بین چندین پیمانکار تقسیم می شوند، فضای بین این جریان ها محل بروز مشکلات است.

شار حرارتی، نه وظیفه حرارتی، عمر سیم پیچ را تنظیم می کند

وظیفه اندازه بخاری؛ flux تعیین می کند که چه مدت طول می کشد. شار تابشی متوسط شکل در برگه داده است، اما لوله ای که از کار می افتد ابتدا در ناحیه پیک شار، معمولاً در کنار مشعل ها یا در لوله های محافظ که بخش تابشی شروع می شود، قرار می گیرد.

عملکرد خوب، نسبت پیک به میانگین را بسته به سرویس، تقریباً بین 1.3 و 2.0 نگه می‌دارد، و اوج را زیر سقفی نگه می‌دارد که برای خدمات خلاء، کک‌سازی و پسماند بسیار کمتر از جریان‌های تمیز و با سرعت بالا است. سرعت کک شدن و آسیب خزش هر دو با دمای لوله-فلز به شدت افزایش می‌یابند، بنابراین مقدار زیاد اضافی محلی بی‌صدا سال‌ها طول کار را مصرف می‌کند.

سرعت جرم اهرمی است که دمای دیوار را بدون تغییر وظیفه کاهش می دهد. دو سیم پیچ با مساحت سطح یکسان می توانند در دمای دیوارهای بسیار متفاوت کار کنند، اگر سرعت های داخلی آنها متفاوت باشد، و سیم پیچ کندتر معمولاً ارزان تر به نظر می رسد.

سرعت را قبل از اضافه کردن سطح، افزایش دهید، در حالی که افت فشار سیم پیچ و سر پمپ را تماشا می کنید.
حد اوج شار را در هر سرویس به جای میانگین پروژه تنظیم کنید.
شار را در زمان پایین آمدن، جایی که شکل شعله تغییر می کند، دوباره بررسی کنید.

شکل 1: منحنی گویا. عمر خزشی یک لوله آلیاژی ریخته گری به ازای هر 10 تا 15 درجه سانتی گراد افزایش مداوم دمای لوله-فلز تقریباً به نصف کاهش می یابد. مقادیر واقعی از داده های خزش-پارگی تامین کننده به دست می آیند.

یادداشت ما در انتخاب بخاری سوخته و کاربردهای مهندسی در صنعت پتروشیمی این منطق انتخاب را با عمق بیشتری پوشش می دهد.

متالورژی لوله و مسیر ریخته گری

انتخاب آلیاژ به عنوان یک سوال دما قاب می شود. این همچنین یک سوال کربوراسیون، خوردگی و جوش پذیری است.

ریخته‌گری گریز از مرکز به لوله‌های سیم‌پیچ اصلاح‌کننده، ترک‌خوردگی و تابشی ساختار دانه‌ای ستونی با مقاومت در برابر خزش بهتر نسبت به ریخته‌گری استاتیک می‌دهد، به همین دلیل است که بر خدمات در دمای بالا غالب است. انتخاب‌های معمولی از فولاد کربنی و 1.25Cr-2.25Cr در دماهای متوسط، تا 9Cr-1Mo برای پردازش هیدرولیکی و اصلاح بخار، تا درجه‌های آستنیتی مانند 347H و آلیاژهای اصلاح‌شده با HP که دمای فلز از حدود 900 درجه سانتی‌گراد فراتر می‌رود.

جزئیاتی که تعیین می‌کنند که آیا متالورژی زنده می‌ماند، کمتر قابل مشاهده است: روش جوشکاری و عملیات حرارتی پس از جوش برای مواد 9Cr، تحمل ضخامت دیواره و بیضی بودن، و تمیزی سوراخ. چند درصد از تغییرات ضخامت دیواره هم تنش و هم انتقال حرارت را تغییر می‌دهد و در لوله‌های پر از کاتالیزور افت فشار کل راکتور را تغییر می‌دهد.

Custom Cracking Tube for Radiant Coil Furnaces

لوله ترک سفارشی برای کوره های کویل تابشی جایگزینی لوله سیم پیچ تابشی برای کوره های ترک با دمای بالا. ضخامت دیوار، بیضی، تمیزی سوراخ و جزئیات جوش بر تنش، انتقال حرارت و فواصل خاموشی تأثیر می‌گذارند. مشاهده محصول →

در تعویض سیم پیچ ترک خورده یا تابشی، لوله جزء لوازم جانبی بخاری نیست. این مؤلفه ای است که فاصله خاموش شدن را مشخص می کند.

خدمات پالایش: جایی که حالت های عملیاتی گاز می گیرند

بخاری های پالایشگاهی در نقشه های ارتفاعی مشابه به نظر می رسند و در خدمات بسیار متفاوت عمل می کنند.

واحدهای خام و خلاء: کک کردن محدودیت است، بنابراین سرعت جرم بالا و سقف شار محافظه کار بیشتر از راندمان حرارتی اهمیت دارد.
هیترهای خوراک هیدروکراکینگ و تصفیه آب: فشار جزئی هیدروژن و فشار عملیاتی آلیاژ و جوش را انتخاب می کند و طراحی مکانیکی معمولاً هزینه را تعیین می کند نه مشعل.
کک سازی تاخیری: چرخه‌های پخت متقارن و جوش‌زدایی قابل پیش‌بینی، عمر لوله را پایدار نگه می‌دارند. شلیک نامتقارن به صورت حلقه ای از برآمدگی ها ظاهر می شود.
اصلاح کاتالیزوری: توزیع یکنواخت شار و کنترل دقیق دمای خروجی در سراسر وظایف تابشی و همرفتی ترکیبی.

گرم کن سفارشی برای ADU و VDU این بخاری که برای تقطیر در اتمسفر و خلاء طراحی شده است، گرمایش چند منطقه ای یکنواخت، راندمان حرارتی بالا و ساختار مقاوم در برابر خوردگی را برای پیش گرمایش خام پالایشگاه ارائه می دهد. مشاهده محصول →

در هر موردی مهندس فرآیند پوشش شار و سرعت را تنظیم می کند و مهندس مکانیک باید سیم پیچی را تحویل دهد که آن را بدون افت فشار بیش از حد نگه می دارد.

خدمات شیمیایی و پتروشیمی

بخاری های شیمیایی همان اجزا را به شدت فشار می دهند. کوره های ترک اتیلن دمای خروجی سیم پیچ را در منطقه 800 تا 870 درجه سانتیگراد با زمان های ماندگاری کوتاه اجرا می کنند، که به معنای شار بالا، لوله های با آلیاژ بالا و طرح های مشعل است که یک پروفیل حرارتی یکنواخت را در طول سیم پیچ نگه می دارد. واحدهای استایرن یک سوپرهیتر بخار اضافه می کنند، واحدهای هیدروژن زدایی پروپان و تبدیل الفین به گرمای واکنش تحویل داده شده در یک پروفایل کنترل شده نیاز دارند و اصلاح کننده های هیدروژن به یکنواختی دمای دیواره لوله در کل جعبه تابشی بستگی دارند.

Custom Ethylene Cracking Furnace for Hydrocarbon Pyrolysis

کوره کراکینگ اتیلن سفارشی برای پیرولیز هیدروکربنی برای تولید اتیلن توسط کراکینگ بخار، دارای بخش های تابشی و همرفتی بهینه و مشعل های پیشرفته برای گرمای دقیق و یکنواخت در دمای بالا. مشاهده محصول →

درس مهندسی این است که یکنواختی شار به تنهایی قابل تحویل است که در مرحله چیدمان مشعل نشان داده می شود تا اینکه در راه اندازی کشف شود.

مهندسی مکانیک، سازه و پیش نویس

هنگامی که طراحی حرارتی ثابت شد، سه سوال مکانیکی تصمیم می‌گیرند که آیا در سرویس باقی می‌ماند یا خیر.

گسترش: سیم پیچ، پوشش و کانال با سرعت های متفاوتی رشد می کنند، بنابراین هر تکیه گاه و نفوذ باید دیفرانسیل را بدون نشتی جذب کند.
پیش نویس: پیش نویس طبیعی، اجباری یا القایی ارتفاع پشته، نمایه فشار پوشش و مسیرهای نشت هوا را تغییر می دهد. نفوذ از طریق اتصالات پوششی یکی از دلایل رایج عدم تضمین کارایی بخاری است.
بارها: طراحی باد و لرزه ای از آیین نامه در محل کارخانه پیروی می کند و فاصله مشعل باید به اندازه ای باشد که شعله به لوله های مجاور یا مواد نسوز برخورد نکند.

قابلیت دسترسی در این لیست قرار دارد. اگر یک لوله را نتوان بدون برش یک عضو ساختاری تعویض کرد، هزینه بخاری بیش از بیست سال بیشتر از صرفه جویی در هنگام خرید خواهد بود.

ساخت، بازرسی و تحویل در سایت

مرحله مهندسی نهایی اغلب زمان‌بندی را تعیین می‌کند. مقاطع تابشی و ماژول‌های همرفت تا جایی که حمل و نقل اجازه می‌دهد در فروشگاه ساخته می‌شوند، که جوشکاری، عملیات حرارتی پس از جوش، آزمایش‌های غیر مخرب و آزمایش هیدرواستاتیک را به‌جای ترکیب محل به یک محیط کنترل‌شده منتقل می‌کند.

محدودیت های حمل و نقل، محدودیت های طراحی واقعی هستند. پایه تجهیزات سنگین تقریباً 40000 متر مربع با سالن مونتاژ 20000 متر مربع و ظرفیت بالابری 150 تن حد بالایی را برای وزن ماژول تعیین می کند. یک اسکله رول-آن/رول آف اختصاصی، به طول حدود 200 متر با عمق آب 8 متر و دارای امتیاز برای حرکت رول-آن 50000 تن، حد بالایی را در اندازه ماژول برای تحویل به خارج از کشور تعیین می کند. این اعداد مربوط به بررسی طراحی مکانیکی است، نه در یک نقل قول که سه ماه بعد صادر شده است.

راه اندازی و سال اول بهره برداری

بخاری که تست عملکرد خود را گذرانده است هنوز هم می تواند در سال اول شکست بخورد و دلایل آن به ندرت عجیب و غریب هستند.

تنظیم مشعل، پیش نویس و احتراق 30%

خزش لوله و آسیب در دمای بالا 25٪

اختلالات فرآیند و خوراک خارج از طراحی 20%

سایش نسوز، پوشش و مکانیکی 15%

خطاهای ابزار دقیق و کنترل 10%

شکل 2: تقسیم تصویری برگرفته از تجربه عملیاتی، که به عنوان یک درخواست برای بررسی به جای یک ادعای آماری ارائه شده است. تنظیم مشعل، تریم اکسیژن و کنترل پیش نویس بیشترین سهم از مشکلات اولیه را تشکیل می دهند و هر سه به جای نقص طراحی، فعالیت های راه اندازی هستند. آسیب لوله در رتبه دوم قرار می گیرد، زیرا در نهایت در جایی است که مصالحه های قبلی در مورد شار، آلیاژ و سرعت ظاهر می شود. پاسخ عملی یک بررسی ساختار یافته نقطه داغ در هفته های اول عملیات است که پس از اولین خاموشی برنامه ریزی شده تکرار می شود.

چک لیست بررسی عملی

قبل از انتشار سفارش بخاری آتش‌گرفته، پاسخ هر یک از این موارد را به‌جای یادداشت‌های جلسه به صورت مکتوب دریافت کنید.

حداکثر حد شار تابشی و خدماتی که برای آن انتخاب شده است.
سرعت جرم در طراحی، موارد معمولی و چرخشی.
آلیاژ لوله، مسیر ریخته گری، تحمل ضخامت دیواره و روش جوشکاری.
فاصله مشعل، طول شعله و مشخصات شار مورد انتظار در طول سیم پیچ.
امکان انبساط در هر تکیه گاه سیم پیچ و اتصال کانال.
حداکثر وزن و ابعاد ماژول که با بلند کردن و حمل و نقل مجاز است.
محدوده بازرسی، آزمایش و مستندسازی، از جمله شرایط آزمون عملکرد.

سوالات متداول

آیا وظیفه بالاتر همیشه به معنای بخاری بزرگتر است؟

خیر. وظیفه تعیین می کند که چه مقدار گرما منتقل می شود. شار و سطح سطح اندازه جعبه را تعیین می کند. پذیرش شار بالاتر مساحت سطح و هزینه را کاهش می دهد و معمولاً فاصله بین دک کردن یا تعویض لوله را کوتاه می کند.

چه زمانی باید حد پیک شار سفت شود؟

هر زمان که فرآیند بتواند مواد را روی دیواره لوله رسوب دهد، مانند تقطیر خلاء، کک سازی و خدمات باقیمانده، یا زمانی که دمای خروجی نزدیک به حد خزش آلیاژ است. جریان های تمیز و با سرعت بالا قله های بالاتر را تحمل می کنند.

چقدر حاشیه دما کافی است؟

به اندازه کافی عدم تعادل شار معمولی، تغییر مشعل و تغییرات متوسط تغذیه نمی تواند دمای لوله-فلز را از مقدار طراحی خارج کند. در لوله های آلیاژی ریخته گری، حاشیه اندازه گیری شده در ده ها درجه محافظه کارانه نیست.

یک تامین کننده باید چه چیزی را نشان دهد؟

پروفیل‌های شار، محاسبات سرعت، اسناد آلیاژی و جوشکاری، سوابق بازرسی، و یک طرح حمل‌ونقل که در برابر محدودیت‌های حمل و نقل واقعی بررسی می‌شوند.

مهندسی برای یک بخاری سوخته یک محاسبه نیست که در مقیاس بزرگتر تکرار شود. این زنجیره ای از تصمیمات است که در آن پاسخ های حرارتی، متالورژیکی، مکانیکی و لجستیکی باید قبل از شروع ساخت به توافق برسند، و ارزان ترین گزینه در هر پیوند منفرد بعداً به عنوان هزینه عملیاتی ظاهر می شود.

اگر یک بخاری جدید، جایگزینی کویل یا اصلاح را مشخص می کنید، وظیفه، خدمات و مسیر حمل و نقل را به تیم مهندسی خود ارسال کنید ، و ما به شما خواهیم گفت که کدام پیوند احتمالاً بر پروژه شما حاکم است.