יצירת Cryogenic Service in Fired Heater Design

שירות Cryogenic מתייחס לכל תהליך הכולל נוזלים בטמפרטורות מתחת -150 מעלות צלזיוס (-238 מעלות צלזיוס) בפרקטיקה תעשייתית, זה כולל טיפול גזים ליקופי כגון חנקן נוזלי (LN2), חמצן נוזלי (LOX), גז טבעי נוזלי נוזלי נוזלי נוזלי (LNG), ונוזל helium (L Helium) בסביבות אלה אינם מבצעים LT:0coolphalrure (מרכיבים) באופן אינטנסיביים, או נוזל נוזלי, לפני חימום נוזלי נוזלי נוזלי, או נוזל נוזלי, לפני שהוא נוזלי חום טבעי נוזלי נוזלי, או נוזל נוזלי נוזלי נוזלי נוזלי, או נוזל נוזלי נוזלי נוזלי, או נוזל נוזלי, לפני שהוא נוזלי נוזלי נוזלי נוזלי נוזלי נוזלי נוזלי נוזלי נוזלי, או נוזל נוזלי נוזלי, או נוזל נוזלי, או נוזל נוזלי, או נוזל נוזלי, לפני שהוא חייב להיות מבוקר עד חום יציב, או נוזל נוזלי נוזלי, לפני שהוא נוזלי חום טבעי נוזלי, לפני שהוא נוזלי חום טבעי נוזלי חום טבעי נוזלי חזק, או נוזל נוזלי חזק, או נוזל נוזלי חום טבעי נוזלי, או נוזל נוזלי חזק, לפני שהוא נוזלי חום טבעי נוזלי חום טבעי נוזלי חום טבעי נוזלי חום טבעי נוזלי, לפני שהוא נוזלי נוזלי נוזלי נוזלי חזק, לפני שהוא נוזלי חום טבעי נוזלי חום טבעי נוזלי נוזלי נוזלי נוזלי נוזלי חזק יותר, או נוזל נוזלי נוזלי

מחממים מפוטרים מועסקים על פני מגזרים מרובים: אווירול (למשל, גזי דחף טרום חימום), תרופות (טיפולים חמצון, קירור מגנטי של MRI), אנרגיה (מסופי גזציה), וייצור גז תעשייתי.עקרון העיצוב המעמיק הוא לספק חום בדיוק תוך מניעת כל דליפות חום שעלולה לגרום מוקדם, לחץ, או כישלונות מבניים זה לחקור את הפרמטרים העיצוביים, קריפטים, אתגרים דרמטיים ופתרונות הנדסיים עבור פתרונות חימום, לחץ יעיל עבור שיטות ריפוייים, לחץ יעיל עבור שיטות פעולה.

המונחים: Cryogenic Fired Heaters

תכנון תנור מפוטר לתפקיד Cryogenic דורש גישה רב תחומית אשר מאזן תרמודינמיקה, מכניקה, חומרים מדע, ובטיחות תהליך. להלן הם המהנדסים הליבה יש לטפל במהלך שלב העיצוב והמפרט.

בחירת חומרים בטמפרטורות Cryogenic

האתגר הבסיסי ביותר הוא דוקטריות חומרית.פלדות פחמן רבות ופלדות דלות-כלוי עוברות מעבר דוקטרי-ל-בריי-טווח כמו טיפות טמפרטורה. Components כי הם קשים בטמפרטורת החדר יכולים לנפץ תחת השפעה של -100 מעלות צלזיוס או נמוך יותר.לכן, חומרים עבור חלקי סגסוגת VIC) חייבים לשמור על ההשפעה שלהם בטמפרטורות מינימליות (MD).

נכס חומרי קריטי נוסף הוא מוליכות תרמית.מתכת של צינור חום, למשל, חייב לפעול חום ביעילות גזי ההבעירה לתוך נוזל Cryogenic, אבל אותה התנהגות גבוהה יכולה לגרום לאובדן חום לא רצוי באמצעות מבני תמיכה. מעצבים לעתים קרובות לבחור נירוסטה עבור מוליכות מתון שלה קשיחות מעולה, תוך שימוש בחללים מוליכים נמוך (למשל, זכוכית, כוח-שומן או PToxy) כדי להפחית נקודות מגע חום.

אסטרטגיות בידוד

בידוד יעיל הוא אולי המבדל הגלוי ביותר בין תנור מבוהג וחום מפוקר רגיל.המטרה היא כפולה: ממזער רווח חום מן הסביבה הממוקדת לתוך החלק הקר, ולמנוע משטחים קרים ליצור condensation או קרח שיכול לפגוע בציוד הסמוך או ליצור סיכונים. מינרל צמר רגיל או סיבים לא מספיק בטמפרטורות Cryogenic כי יכול להקפיא בתוך ההתאמות, ביצועים תרמיים, להרוס את השלמות המכנית במקום.

  • (FLT:0) ו-Vacuum מעילים: FLT:1; בידוד הביצועים הגבוה ביותר מושג על ידי enclosing את החלק הקר ב annulus. אווה אבקת בידוד (למשל, perlite) או multilayer insulation (MLI) עם שינוי של סולמות רפלקטיביים וחלל יכולים להשיג יעילות התנהגות תרמילאית כמו נמוך כמו 0.000 / gicre / ger) הוא יבשה (Ver) הוא ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ⁇ ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ⁇ ⁇ ; ; ⁇ ⁇ ; ; ; ; ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇
  • (FLT:0) זכוכית קלאבלרית או קצף פוליאורטן: אנדרט ( 1:1 עבור טמפרטורות Cryogenic בינוני (בגובה -200 מעלות צלזיוס), קצף תאים סגורים נוקשה משמשים.הם עמידים לחות ויכולים להיות יישומי שדה.עם זאת, כי תנור החום חייב לפעול מדי פעם בטמפרטורה גבוהה בצד האש, מערכת בידוד חייב לכלול מחסום voraporap ומחסום עתיר ליד אזור הבעירה.
  • (FLT:0)מערכות בידוד של insulation:FreaLT:1 ; תנורי חימום רבים מפוזרים להשתמש בגישה שכבתית: שכבת ריבאונד דקת, גבוהה על הפנים החמות (למשל, סידן או סיבי קרמיקה), ואחריו בידוד Cryogenic (perlite or קצף) בצד הקר, עם מחסום מתכתי בין זה למנוע לחות מקסימלית לא מבטיח יותר חום חום חום.

מעצבים חייבים גם לקחת בחשבון התכווצות תרמיות.בטמפרטורות מבוכות, נירוסטה מתכווץ בערך 0.3% באורך; פלדה פחמן מתכווץ פחות. אינסטלציה חייבת להיות מסוגלת להכיל את התנועה הזאת ללא סדקים או התמוטטות.שמיכות גמישות עם מפרקי הרחבה מפורטות לעתים קרובות. עובי בידוד מחושב על בסיס דליפה חום, אשר בדרך כלל מוגדר על ידי תהליך המהנדס כמו קצב מרחץ מקסימלי (% ליום).

העברה חום וכבדות

תנור מפוטר עבור שירות Cryogenic חייב להעביר חום אחיד כדי למנוע ⁇ טמפרטורה גדול שיכול ליצור מתח תרמי להוביל לכישלון צינור.בניגוד תנורי חום עבור שמן חם או קיטור, תנורי Cryogenic לעתים קרובות לפעול עם הבדלים גדולים מאוד הטמפרטורה בין הלהבה (1500 מעלות צלזיוס) ואת התהליך נוזל (-200 מעלות צלזיוס) זה דלטה קיצוני יכול לגרום לרת או יבשה מקומית אם לא מנוהל בזהירות.

פתרונות העברת חום אופייניים כוללים:

  • (FLT:0) תנורי חום מסוג: FLT:1 נוזל Cryogenic עובר דרך סליל submerged באמבטיה נוזלית (למשל, גליקול מים או שמן תרמי) כי הוא עצמו מחומם על ידי תא של שריפה או צינורות אש submerged.The אמבטיות כמו חיץ תרמי, החלקה טמפרטורה.
  • (FLT:0)Direct-fired coils:cioFLT 1 עבור יכולות קטנות יותר, חבילת צינור helical ממוקם ישירות בחלק הקרנית של פרונסיה.הגאומטריה סליל מקדם זרימת צלב ופוחיות כדי לשפר את העברת החום.
  • (FLT:0) צינורות מאוישים: FLT:1 פני השטח המורחבת משמשים בצד הגז כדי לשפר את העברת החום שבו ההתנגדות של סרט גז הבעירה שולטת.פינים חייבים להיות עשויים מחומר תואם לטמפרטורות Cryogenic (בדרך כלל נירוסטה פלדה או אלומיניום) ולא להיות ערפד.

דינמיקת נוזל Computational (CFD) משמשת באופן שגרתי לדגם של התלקחות וזרימה נוזלית בתוך תנור, להבטיח כי כתמים חמים אינם מתרחשים.טמפרטורת מתכת צינור הם במעקב עם thermocouples, ואת העיצוב חייב לכלול שולי בטיחות (בדרך כלל 20-30 מעלות צלזיוס מתחת לטמפרטורה העבודה המקסימלית המותרת של הצינור).

אתגרים עיצוב ופתרונות הנדסה

גם עם בחירה חומרית זהירה ו בידוד, כמה אתגרים תפעוליים נמשכים תנורי חום מפוטרים בוכה.הכרה מוקדם אלה בשלב העיצוב היא המפתח להימנע מכישלונות יקרים.

ניהול מתחים חמים

כאשר תנור קר נכנס לשירות, צינורות ופגז חווים שינויים טמפרטורה מהירה.הלם התרמי יכול לגרום להניב, קריסה, או ריתוך אם התרחבות אינה תואמת.מעצבים משתמשים בכמה אסטרטגיות:

  • (FLT:0)Flexible tube תומך:FLT:1 סליידיד תומך או נתלים מאפשרים צינורות להתרחב ולחוזה בחופשיות.
  • (FLT:0) מפרקים של ההרחבה מסוג LT:0) מפרקים של ההרחבה מסוג BUL ו- Outlet כדי לספוג תנועה צירית.עבור שירות מבוהגנת, הפעמונים הללו עשויים לעתים קרובות מ-Inconel או Hastelloy כדי לעמוד בפני התגלמות ושחיתות דלת-זמנית.
  • (FLT:0) רצף התחלות: אנדרט 1 (המערכת בקרת תהליכים עולה את שיעור הירי לאט (למשל, 10% לשעה) כדי לאפשר חימום הדרגתי של פני השטח של העברת החום.

מניעת חוסר יכולת

רתיחה נעימה היא משטר העברת החום הרצוי לנוזלים בוכים בתוך צינורות.אם גלי חום עולה על גלי החום הקריטי (CHF), סרט רותח יכול להתרחש, שבו שמיכה vapor מבודדת את הקיר הצינור וגורם עלייה מהירה טמפרטורה.זה יכול להוביל לשחיקה צינורית או לנפיחות פנימית.

קורוזיה ודה-הדרגות חומריות

סביבות Cryogenic יכולות להאיץ מנגנוני קורוזיה מסוימים:

  • (FLT:0) corrosion סדק (SCCIR): 1 שילוב של לחץ רב-קרקעי, טמפרטורה נמוכה, נוכחות של כלורוידים (מ בידוד או לחות אטמוספירית) יכול לגרום SCC בפלדות אל-חלדאוסנטיים.שימוש בחומרי בידוד נמוכים ו התקנת ציפויי מגן או קליטה על פני השטח החיצוניים מצמצם את הסיכון הזה ל-MRS201 עבור חומרים כגון iv252.
  • (FLT:0Corrosion under insulation (CUI): ההרחבה 1:1 זהו דאגה עיקרית עבור תנורי חום Cryogenic. Moisture כי condenses על משטחים קרים יכול לחדור בידוד ולגרום קורוזיה חיצונית חמורה חמורה. a vapor מחסום (למשל, אלומיניום מחוסנים עם מסטיק) ובדיקה מחזורית הם הכרחיים של שימוש לא-abrosion כגון ptulations כגון ריצוף זכוכית.
  • (FLT:0) פיגוע מימן בזמן-הזמן: ההרחבה 1 (ביישומים שבהם מימן נוכח (למשל, קירור מימן לאחר סיקור), יש לשלם תשומת לב מיוחדת להתגלמות מימן.

מערכות בטיחות עבור Cryogenic Fired Heaters

בטיחות היא דבר חשוב בכל תנור מפוטר, אך שירות מבוהג מוסיף סיכונים כגון phyxiation, כוויות קרות, וטיולי לחץ משינוי שלב מהיר.העיצוב חייב לכלול מספר רב של שכבות הגנה:

  • (הופנה מהדף [[1924]]]]]], [[1924]]]], [[1924]]]]]], [[1924]]]]]]]], [[1924]]]]]]]]]]]]]]]]]]]], [[1924]]]]]]]]]], [[1924]]]]]]]]]]]]]], [[1924]]]]]]]]]]]]]]]], [[1924]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]], [[1924]]]]]]]]]]]]]], [[1924]]]]]]]]]]]]]]]], [[1924]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]], [[1924]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]
  • (FLT:0) חסימה של ההתחממות (ESD): ההרחבה 1 (המחום חייב לסגור באופן אוטומטי את אספקת הדלק אם הטמפרטורה הנוזלית של תהליך עולה על גבול מוגדר, אם קצב זרימת הדם יורד מתחת למינימום, או אם כל אזעקה בטמפרטורת צינורית קיר מתכת גורם. מערכות בטיחות עצמאיות (SIS) עם דירוג SIL (רמת אינטגריטי) הם אופייניים למתקנים גדולים של זעקה.
  • (FLT:0Leak Detection andventilation: ההרחבה:1) בבתים חמים סגורים, צגים של מחסור בחמצן וגלאי גזים בלתי ניתן לבעירה הם חובה.עבור תנורים לשרוף גז טבעי במתקן LNG, מערכת הווסת חייבת להיות מיועדת לטפל בענן פוטנציאלי.
  • (FLT:0) לשפוך שפך ציוגניים: FLT:1 אם מתרחשת קרע צינור, נוזל Cryogenic המשוחרר חייב להיות מופנה מן כוח אדם וציוד. Dikes, ציפוי מרוחק, וטמפרטורה נמוכה ציפויים עמידים עבור פלדה מבנית הם חלק מתוכנית הבטיחות הכוללת.

יישומים ומחקרי מקרים

תנורי חום מפוטרים אינם נדירים; הם חלק בלתי נפרד מתשתית גז תעשייתי מודרני ואנרגיה.דוגמה בולטת אחת היא ה- 0LNG regasification TerminalFLT:1 [מסופי חוצות 1] כגון אלה במפרץ מקסיקו משתמשים ב- 98% של נפיחות צינורות (SCVs) כדי לחמם LNG מ -160 מעלות צלזיוס לטמפרטורה (5-10 מעלות צלזיוס) לשימוש בפרופיל חום ודלקים חמים של צינורות מים זורמים ישירות באמצעות צינורות מים חמים.

יישום נוסף הוא ב-FLT:0air יחידות הפרדה (ASUssib)FLT:1 שבו חנקן גזי או חמצן נדרש בטמפרטורה ליד-מבינציה. a Cryogenic ירה חום preheater הנוזל מן עמודה הכריתה לפני שהוא נכנס לרשת ההפצה. תנורי חום אלה בדרך כלל משתמשים סלילים קרינה ישיר עם מספר רב של מנעומים בטיחות כדי למנוע חמצן-מנקה (מכיוון שהוא משמש לעתים קרובות חומרים מכובשים).

בתעשיית החלל (FLT:0) ,900 מתקני מבחן עבור מנועי טילים לעתים קרובות יורים מדחף מבוהג (מי מימן נוזלי, חמצן נוזלי) באמצעות תנורים כדי לדמות תנאי לפני הבעירה. תנורי חום אלה מעוצבים באופן מותאם אישית, לעתים קרובות באמצעות חימום חשמלי כחלופה בטוחה יותר לירי, אך תנורי חום ירו עדיין משמשים במבחן בקנה מידה גדול שבו כוח חשמלי אינו מספיק.

מגמות וחדשנות עתידיים

בעוד התעשייה נעה לכיוון יעילות גדולה יותר ופליטות נמוכות יותר, תנורי מפוצצים מתפתחים.שילוב של ההרחבה:0 (condensingחום RecoveryFLT:1 הופך נפוץ יותר - על ידי קירור גזים מתחת לנקודת הדאו שלהם, חום מאוחר נוסף הוא התאושש שיכול ל לחמם את נוזל זעקה נכנס, להגביר את היעילות הכוללת של מעל 95% חומרים מנוגדים לזיהום (כמו גבוה) עבור פלדה.

מגמה נוספת היא השימוש בטרמינלים LNG שמטרתו להפחית את טביעת הרגל של מימן (דלקים) 1:1 עבור תנורי חום Cryogenic, במיוחד במסופים LNG שמטרתם להפחית את טביעת הרגל של פחמן. הידרוגן מייצרת מאפיינים שונים של העברת חום (מהירות להבה גבוהה יותר, תוכן מים גבוה יותר) הדורשים עיצוב מחדש של כוויות כוויות כוויות כוויות דלות (למשל, מבוה, דלק בשלב, אזורי דלק מבוה) לשימוש בתחנות חום קונבנציונאליים (למשל, שימוש בנוזלים) הוא תהליך מותאמים לבישול).

לבסוף, (FLT:0) דיגיטלי תאום ותחזוקה חיזויית של תחזוקת 1) הם מוחלים על עובי קיר צינור לפקח, ביצועים בידוד, ופרופילים תרמיים בזמן אמת. אלגוריתמים מתקדמים יכולים לזהות מקומות חמים או הידרדרות בידוד לפני שהם מובילים לכישלון, ומאפשרים התערבות פעילה.

מסקנה

עיצוב תנורי חימום עבור שירות Cryogenic הוא משמעת תובענית הדורשת איזון זהיר של מדע החומרי, הנדסה של העברת חום ועיצוב מערכת בטיחות.גורמי מפתח - בחירה חומרית לנוקשות דלת-הטמפרטורה, מערכות בידוד מרובות שכבות לשלוט בדליפה חום, ניהול חום מדויק של דלק חום טבעי למנוע משברים מיוחדים, ובקרת בטיחות חזקה יותר - הם כולם מבוססים על ידי קודים כגון ASME ו-APRE 5RicIVE DRAF: 556 יעיל יותר עבור כלי חימום יעיל יותר עבור כלי חימום יעיל יותר, 000 יעיל יותר, 000 יעיל יותר, 000 יעיל יותר, 000 יעיל יותר, 000 יעיל יותר, 000 יעיל יותר, 000 יעיל יותר, 000 יעיל יותר, 000 יעיל יותר, 000 יעיל יותר, 000 יעיל יותר, 000 יעיל יותר, 000 יעיל יותר, 000 יעיל יותר, 000 יעיל יותר, 000 יעיל יותר, 000 יעיל יותר, 000 יעיל יותר, 000 יעיל יותר, 000 יעיל יותר, 000 יעיל יותר, 000 יעיל יותר, 000 יעיל יותר, 000 יעיל יותר עבור דלק רדיואקטיביים חשמליים מופעלת חשמל מגנטיים חשמליים מופעלת חשמל מגנטיים יעיל יותר, 000 יעיל יותר, 000 יעיל יותר, 000 יעיל יותר, 000 יעיל יותר, 000 יעיל יותר, 000 יעיל יותר, 000 יעיל יותר, 000 יעיל יותר, 000 יעיל יותר