Varmeoverføringsløsninger for kjemisk produksjon: En praktisk designguide

En prosessvarmer som fyrer på 40 MW sender typisk 6 til 10 MW av den energien ut av stabelen som fornuftig varme. I kjemiske anlegg er veksleren som gjenvinner det sjelden den vanskelige delen av prosjektet. De vanskelige delene er det sure duggpunktet til røykgassen, begroingsoppførselen til prosessstrømmen og nedgangen mellom full hastighet og minimum stabil drift. Sett disse tre riktig og varmeoverføringsflaten dimensjonerer seg nesten selv.

Hvor kjemiske prosesser faktisk mister varme

Gjenvinnbar varme i et kjemisk anlegg går gjennom fire strømmer: fyrt oppvarmingsrøykgass, ovns- og oksidasjonsgass, eksoterm reaktoravgass og kondensat av lavere kvalitet. Hver av dem har en annen begrensning, og en enhet designet for en oppgave vil underprestere dårlig på en annen.

Start med en målekampanje i stedet for et dataark. Logg røykgasstemperatur, oksygen- og støvbelastning over en full produksjonssyklus, inkludert brennerens rensesyklus. En varmeovn som leser 340 C ved full hastighet, leser ofte 290 C om natten, og den 50 C-svingen flytter duggpunktmarginen mer enn noe materialvalg du kan gjøre senere.

Surt duggpunkt angir veggtemperaturgulvet

Den begrensende temperaturen i en kjemisk eksoskanal er metallveggtemperaturen, ikke gasstemperaturen. Svoveltrioksid og vanndamp kombineres i grensesjiktet og kondenserer som flytende svovelsyre på enhver overflate under duggpunktet, og angrepet starter ved finnetuppene der veggen er kaldest.

Vannduggpunktet ligger langt lavere, vanligvis mellom 45 og 60 C, og er sjelden den bindende begrensningen i seg selv. Kloridholdige strømmer er et eget problem. Hydrogenklorid fra klorert fôr eller fra salt i avfall kondenserer som saltsyre og angriper de rustfrie kvalitetene som ville overleve en ren røykgass i et tiår.

De praktiske alternativene, omtrent i kostnadsrekkefølge:

• Temperer vanninntaket slik at den kaldeste rørveggen holder seg 10 til 15 C over det beregnede duggpunktet, ved hjelp av en resirkuleringsledning eller en economizer-bypass.
• Spesifiser ND stål- eller emaljebelagte rør der plikten tvinger veggtemperaturen under det duggpunktet tillater.
• Bruk støpejern eller polymerforede overflater for hydrogenklorid- og kloridsaltstrømmer, selv på bekostning av varmeoverføringseffektivitet.
• Legg til et lavtemperatur-økonomisertrinn kun bak en bypass som kan heve innløpsvanntemperaturen ved dellast. Den forskjeller mellom lav temperatur og vanlige economizers sitte mest i denne kontrolldetaljen i stedet for i selve rørbunten.

Economizer eller spillvarmekjele: Tilpass enheten til plikten

Hvis den gjenvunne varmen ønskes som forvarmet kjelematevann eller som en oppvarmet prosessvæske, spesifiser en economizer. Ønskes den som damp til ejektorer, etterkjeler eller turbin, spesifiser en spillvarmekjel eller varmegjenvinningsdampgenerator. De to er ikke utskiftbare, og en economizer som blir bedt om å heve damp vil begynne å koke inne i rørene innen måneder etter igangkjøring.

En nyttig sjekk er den årlige dampbalansen. Hvis stedet kan konsumere dampen den lager hele året, betaler en kjele seg raskere tilbake. Hvis etterspørselen etter damp er sesongavhengig, er oppvarming av matvann gjennom en economizer den lavere risikoinvesteringen selv der kjelen ville gjenvinne flere kilowatt på papir.

Prosessutstyr Røykgassøkonomisator For sesongmessig dampbehov, varmer det opp tilførselsvannet ved hjelp av prosessrøykgass og reduserer kjelebelastningen mens den håndterer etsende eller eksplosiv eksos. Se produkt →

Industriell avfallsvarmegjenvinningskjele For året rundt dampbehov, fanger opp prosessspillvarme for å generere damp med tilpasningsdyktig design for støvete eller etsende røykgass. Se produkt →

Finnede rør bestemmer fotavtrykk, trekktap og rengjøring

Forlenget overflate er det som gjør en åtte meter lang kanalseksjon til en to meter lang modul, men finnegeometrien avgjør hvor ofte enheten må rengjøres og hvor mye viftekraft den ekstra overflaten koster.

H-type ribberør sveiser to halvfinner til en H-form på hver side av røret. Gassbanene holder seg rette og åpne, støv faller gjennom i stedet for å bygge bro mellom finnene, og uttrekkbare sotblåsere kan nå hele bredden. Spiralfinnerør bærer mer overflate per meter og passer til ren gass, men i klebrig alkalistøv blender den tette stigningen og trykkfallet stiger i løpet av uker.

Glatte rør har fortsatt en plass i tungt begroing der et korrosjonstillegg, ikke varmeoverføringskoeffisienten, setter veggtykkelsen.

Gasshastighet er den stille variabelen i hvert valg. Under ca. 8 m/s legger seg støv på de fremste radene; over 12 m/s erosjon på de to første radene akselererer og rørets levetid synker kraftig. Inline-arrangementer feiler mindre enn forskjøvede arrangementer, men overfører litt mindre varme per rad, noe som vanligvis er riktig handel med kjemiske tjenester.

H-Type finnet rør for støvladet røykgass H-formede finner begrenser støvavsetning og holder røykgassmotstanden lav, og passer til spillvarmevekslere der tilsmussing og hastighetskontroll har betydning. Se produkt →

Kodeoverholdelse og sveisekvalitet er anskaffelsesrisikoer

Samsvar med trykkdeler avgjør hvem som signerer den termiske designen og hvem som bærer risikoen hvis et rør svikter. Det er ikke papirarbeid knyttet til en varmeveksler etter at termisk beregning er ferdig.

• Designkodestempel: ASME Seksjon I for dampgenererende enheter, Seksjon VIII Divisjon 1 for ubrent vekslere.
• Materialsertifisering til EN 10204 3.1 med varmenummer som kan spores til fabrikksertifikatet.
• Sveiseprosedyre og sveisekvalifikasjonsrekord holdt i henhold til ISO 3834-2.
• Radiografi eller sanntids røntgenavbildning av rør til toppledd, med et filmbibliotek som samsvarer med sveisekartet.
• Hydro testregistreringer og dimensjonsrapporter utstedt før forsendelse, ikke etter ankomst.

Produsenter som sveiser, røntgenbilder og hydrotester inne i samme anlegg kan svare på den forespørselen under tilbudet. En leverandør med automatiserte sveiselinjer, in-house røntgenbilder og et dokumentert kvalitetssystem, slik som teamet beskrevet i denne profil for produksjonsevne , er lettere å revidere enn et handelsselskap som setter sammen pakker fra flere underleverandører.

En spesifikasjonssekvens som overlever gjennomgang

De fleste feilslåtte spesifikasjoner kommer fra å fikse utstyrstypen før prosessdataene er oppgjort. Arbeid gjennom disse fem trinnene i rekkefølge og den termiske utformingen følger uten argumenter.

1. Fiks plikten og turndown-området. Oppgi gjenvunnet varme i kW ved full hastighet, ved 70 prosent og ved minimum stabil hastighet, og bekreft hvilken av de tre som styrer overflaten.
2. Karakteriser strømmen. Sammensetning, svovelinnhold, fuktighet, kloridnivå og støvbelastning, med surt duggpunkt beregnet i stedet for antatt.
3. Still inn klypen. Velg utgangsgasstemperaturen 10 til 15 C over det beregnede duggpunktet, og kontroller deretter vannsiden tilnærmingen ved dellast, ikke bare ved designhastighet.
4. Velg overflaten. Velg finnetypen fra støvbelastningen, still inn gasshastigheten mellom 8 og 12 m/s, og dimensjoner samtidig sotblåsere eller vannvasketilgang.
5. Låsinspeksjon og levering. Legg til en begroingskvote på 10 til 20 prosent ekstra overflate og bekreft sveisekartet, NDT-omfanget og hydrotestplanen i innkjøpsordren.

Vanlige spørsmål fra kjemiske prosessingeniører