Капитальный ремонт нефтеперерабатывающего завода приводит к шести неделям простоя, открытию воздуховода длиной 2,4 м и потоку дымовых газов, поступающему при температуре 340°C, который должен выходить при температуре 155°C. Кожухотрубный агрегат, построенный по каталогу, построенный на основе стандартных диаметров и длин труб, либо приведет к превышению размера пучка, либо приведет к тому, что падение давления на стороне газа превысит то, за что может заплатить вытяжной вентилятор. Именно этот разрыв между техническими данными и реальным воздуховодом и определяет специальные теплообменники.
В этом руководстве рассказывается о том, что на самом деле лежит в основе индивидуальной конструкции теплообменника для промышленной рекуперации тепла: рабочий диапазон, геометрия труб и ребер, выбор материалов и норм, а также проверки, которые покупатель должен выполнить перед размещением заказа на поставку.
Что делает теплообменник индивидуальным
Специальный теплообменник разрабатывается с учетом рабочих условий, а не выбирается из диапазона фиксированных размеров. В конверте указаны массовый расход, температуры на входе и выходе, допустимый перепад давления, поведение при загрязнении и пространство, в котором должен поместиться агрегат. Диаметр трубки, тип ребер, шаг ребер, материал и расположение коллектора — все это следует из этих цифр.
Нестандартный теплообменник — это тепловой агрегат, площадь поверхности, геометрия и материалы которого рассчитываются для одного конкретного потока газа или жидкости и одной конкретной монтажной зоны, а не выбираются из каталога стандартных размеров.
Разница проявляется в трёх местах. Площадь поверхности соответствует нагрузке, а не округляется до следующего стандартного пакета. Падение давления на стороне газа рассматривается как жесткое ограничение, а не как побочный продукт выбора. Расположение труб строится вокруг фактического отверстия воздуховода, включая путь подъема на место.
Каталог единиц
- Размер соответствует стандартному диаметру корпуса и длине трубки.
- Падение давления следует из выбора
- Допуск на загрязнение, установленный типовым проектом
- Поставка из фиксированного ассортимента продукции
Пользовательская единица измерения
- Площадь поверхности, рассчитанная по тепловой нагрузке
- Падение давления удерживается внутри кривой вентилятора
- Шаг ребер и доступ для очистки устанавливаются в зависимости от пылевой нагрузки
- Создан с учетом ограничений по весу и грузоподъемности
Шесть факторов, которые определяют дизайн
Шесть входов определяют примерно 80 процентов индивидуальной конструкции теплообменника: массовый расход, температура на входе, целевая температура на выходе, допустимый перепад давления на стороне газа, нагрузка по пыли или загрязнениям, а также пределы установки. Все остальное в цитате является следствием этих шести цифр.
| Ввод | Типичный диапазон | Что это меняет |
| Массовый расход газа | от 5 до 200 т/ч | Количество трубок, площадь поверхности и скорость газа |
| Температура на входе | от 180 до 600 С | Марка материала и припуск на расширение |
| Целевая температура на выходе | от 120 до 200 С | Баланс между рекуперацией тепла и запасом по точке росы |
| Падение давления на стороне газа | от 200 до 1200 Па | Шаг плавника, количество рядов и скорость лица |
| Пыль или загрязняющая нагрузка | низкая до 300 г/Нм3 | Тип ребра, шаг ребра и доступ для очистки |
| Монтажный конверт | размер воздуховода или отверстия | Размеры модуля и маршрут подъема |
Если оставить один из них, котировка окажется либо завышенной, либо оптимистичной. Температура на выходе — обычная ловушка. Охлаждение дымовых газов ниже точки кислой росы серосодержащего топлива за пару сезонов превращает проект рекуперации тепла в коррозионный проект.
Эмпирическое правило: каждые 20 градусов снижения температуры в дымовой трубе восстанавливают примерно 1 процент потребляемого котлового топлива, но только до уровня кислотной точки росы топлива, которое вы фактически сжигаете.
Ребристые трубы определяют тепловой бюджет
Со стороны газа оребренная труба несет тепловой баланс. Правильно выбранная оребренная труба увеличивает площадь внешней поверхности примерно в 3–6 раз по сравнению с голой трубой того же диаметра, что делает практичным рекуперацию тепла из большого потока дымовых газов низкого давления.
- Ребристая труба Н-типа. Прямоугольные ребра приварены попарно вдоль трубы, оставляя широкие газовые каналы, которые препятствуют скоплению золы и легко очищаются с помощью обдувочных аппаратов. Это обычный выбор при работе в пыльных условиях или при работе с твердым топливом.
- Спирально-оребренная труба. Непрерывная полоса наматывается и приваривается вокруг трубы, что обеспечивает наибольшую площадь поверхности на метр и наименьший практический шаг. Он лучше всего работает с более чистым газом, где риск образования мостов отсутствует.
- Тепловая трубка. Герметичная вакуумированная труба изотермически перемещает тепло между двумя потоками без перекрестного загрязнения, что имеет значение, когда утечка между дымовым газом и продуктом недопустима.
Ребристая труба H-типа для котлов и теплообменников Н-образная оребренная труба с ребрами, приваренными высокочастотной сваркой, подходит для запыленных дымовых газов и низкоомной теплопередачи в котлах и промышленных теплообменниках. Посмотреть продукт → от 3 до 6 х площадь внешней поверхности по сравнению с голой трубкой
от 2 до 6 мм типичный шаг ребер при эксплуатации котлов
от 10 до 20 мм типичная высота ребер на трубках экономайзера
Шаг плавников – это компромисс. Более узкий шаг упаковывает больше поверхности в одну и ту же коробку, но повышает риск скопления пепла и увеличивает частоту чистки, поэтому при работе в пыльных условиях обычно рекомендуется использовать немного более широкий шаг.
Экономайзеры рекуперируют тепло в хвостовой части
Экономайзер отходящих газов котла обычно является самым дешевым местом для дополнительной рекуперации тепла, поскольку газ, выходящий из котла, все еще сохраняет полезное тепло при температуре, при которой компактный и недорогой блок может выполнить всю работу.
Питательная вода обычно поступает при температуре около 105°С и выходит при температуре от 130 до 150°С, и это тепло исходит из газового потока, а не из дополнительного топлива. Тот же принцип охватывает три общие обязанности:
- Дымовые газы из хвостов котла, где выхлопные газы сравнительно чистые и основным ограничением является кислая точка росы.
- Дымовые газы промышленных печей, в которых пыль и содержание щелочи влияют на шаг ребер и часто на материал труб.
- Дымовые газы технологического оборудования, состав которых меняется в зависимости от партии, и установка должна оставаться стабильной при любых колебаниях.
Экономайзер дымовых газов хвостового котла для нагрева питательной воды Регенерирует тепло из выхлопных газов котла для повышения температуры питательной воды и снижения расхода топлива благодаря конструкции змеевидных или спирально-оребренных труб. Посмотреть продукт → Экономайзеру не нужны экзотические материалы для окупаемости. Ему необходим правильный шаг ребер, марка трубы, выдерживающая точку росы, и перепад давления, который существующий вентилятор может поглотить без замены двигателя.
Котлы-утилизаторы и системы котлов-утилизаторов
Когда рекуперированное тепло необходимо в виде пара, а не явного тепла, специальной установкой становится котел-утилизатор или парогенератор-утилизатор, рассчитанный на поток выхлопных газов, а не на вход топлива. Проектирование начинается со стороны газа: поток, температура и состав определяют поверхность испарителя, давление в барабане и производительность пара.
Промышленные котлы-утилизаторы рекуперируют пар из печей и технологических линий. Агрегаты электростанций располагаются за газовыми турбинами на электростанциях с комбинированным циклом. Котлы для переработки отходов обрабатывают дымовые газы от сжигания, где коррозия и загрязнение влияют на компоновку в большей степени, чем тепловая нагрузка.
Промышленный котел-утилизатор для рекуперации пара Производит пар из дымовых газов на сталелитейных, химических, цементных и плавильных предприятиях, а конструкция адаптирована к пыли, агрессивным газам и различным температурам. Посмотреть продукт → Большинство споров по поводу размеров ПГРТ решается одним числом: точка защемления. Более плотный зажим возвращает больше тепла, но он покупает это тепло с большей площадью поверхности и большим перепадом давления на стороне газа.
Материалы, нормы и качество сварки
Выбор материала зависит от температуры металла и химического состава газа, а не только от расчетного давления. Приведенные ниже диапазоны охватывают большинство режимов работы с дымовыми и технологическими газами.
| Материал | Практическая температура металла | Типичный сервис |
| Углеродистая сталь | примерно до 425 С | Чистый, сухой дымовой газ; самый дешевый вариант |
| 1,25Cr-0,5Mo | от 425 до 540 С | Более горячие газовые пути с умеренной потребностью в ползучести |
| 2,25Cr-1Mo | от 540 до 580 С | Высокотемпературный котел-утилизатор и технологическое обслуживание |
| Аустенитная нержавеющая сталь | до 600 С и выше | Влажный или слабокоррозионный газ, лучшая устойчивость к точке росы |
| Дуплексные и более высокие сплавы | конкретная обязанность | Хлоридсодержащие или кислые условия конденсата |
Изготовление имеет такое же значение, как и марка трубки. Детали, работающие под давлением, изготавливаются в соответствии с признанными кодами котлов или сосудов под давлением, сварка аттестована и документирована, а качество сварных швов проверяется с помощью рентгенографии или визуализации в режиме реального времени, а не только визуального контроля. Покупатели, работающие над этим обзором, могут использовать это Руководство по обеспечению соответствия деталей, работающих под давлением, ASME для инженеров в качестве контрольного списка.
Попросите, чтобы материал трубки, материал ребер и сварочные материалы были указаны на чертеже отдельно. Зачастую они относятся к разным классам, и обращение с ними как с одним элементом является одной из наиболее частых причин раннего выхода из строя трубок при работе с дымовыми газами.
Как проверить поставщика нестандартных теплообменников
Прежде чем запросить цену, запросите тепловой расчет, кривую падения давления и процедуру сварки. Эти три документа отделяют производителя, который может реализовать проект, от производителя, который может предложить только один проект.
Прочтите паспорт пошлины
Расход, температура, состав газа, пылевая нагрузка, расчетное давление и условия на месте должны умещаться на одной странице. Если поставщик не запрашивает их все, тепловой расчет является предположением.
Проверьте тепловую и гидравлическую мощность.
Площадь поверхности, лицевая скорость, шаг ребер и прогнозируемое падение давления на стороне газа при проектировании и при нагрузке 110 процентов. Конструкция, которая работает только в расчетной точке, не выдержит холодного запуска.
Подтвердите материалы и случай коррозии
Минимальная температура металла в зависимости от точки росы кислоты, припуска на коррозию и метода очистки, который фактически позволяет конструкция трубы.
Обзор изготовления и проверки
Процедура сварки, метод неразрушающего контроля, давление гидроиспытаний и контроль точек сброса. Проверено сертифицированное производство деталей, работающих под давлением мощности и собственный радиографический контроль значительно сокращают путь утверждения.
Сопоставьте график с заводом
Размеры модуля, подъемный вес, объем сборки на объекте и этапы доставки относительно окна простоя.
Поставщик, который может показать тепловой баланс, кривую падения давления и план проверки сварных швов на первом техническом этапе, имеет профиль риска, совершенно отличный от того, который отправляет только цену.
Часто задаваемые вопросы
Что такое индивидуальный теплообменник?
Это тепловой агрегат, площадь поверхности, геометрия и материалы которого рассчитаны на один конкретный поток и одну установочную зону. Он предназначен для работы, а не выбран из диапазона стандартных размеров.
Когда нестандартная единица дешевле стандартной?
Когда перепад давления, пылевая нагрузка, газохимический состав или доступное пространство выходят за пределы стандартного диапазона. Цена за единицу обычно выше, но мощность вентилятора, время простоя очистки и срок службы обычно влияют на общую стоимость в другую сторону.
Что входит в запрос котировок?
Массовый расход, температура на входе и выходе, состав газа, включая серу и влагу, запыленность, допустимый перепад давления, расчетное давление и температура, допуск на коррозию, а также диапазон установки с ограничениями по подъему.
Правильно определите размер пошлины, и остальная часть предложения по индивидуальному теплообменнику станет сопоставимой между поставщиками. Пропустите это, и вы сравните три разных предположения.
