Table of Contents

Yangın ısıtıcıları, petrokimyasal reformlar ve sıkı endüstri standartlarını karşılamak için en kritik ve en yoğun varlıklar arasındadır. Güvenli, güvenilir ve verimli bir operasyon için gerekli olan prosesler için gerekli olan yüksek sıcaklıklar sağlar: bir tasarım kusuru felaket başarısızlık, kesintiye yol açabilir, kesintiye uğramaz, ya da diğer termal tepkiler.Bu makale, çevresel düzenlemelerle ortaya çıkan ısıtıcıların tasarımını içeren bir temel gereksinimidir.

Yangın ve Petrokimyasallarda Yangından Reterasyonların Temel Rolü

Standartlara dalmadan önce, operasyonel bağlamı anlamak önemlidir. - Ateş ve sıcak yanma gazlarından oluşan bir işlem ısıtıcı veya fırın olarak adlandırılır ve daha fazla bölmeli (tipik olarak doğal gaz, rafineri yakıt gaz veya sıvı yakıtlar) bir proses sıvısının ısıtılması, stabil yanma ve minimum emisyonlar sağlarken ısı transferini azaltır.

Süreç sıvısı sıvı, gaz veya multifaksiyon karışımı olabilir ve ısıtıcılar aritmetik (Dönetici)[Döneticiler için kullanılanlar için kullanılanlar için kullanılabilir.()))) veya [[Dönemli kabin türü[Döneticileri için kullanılanlar (Pekizontal kabin türü). Diğer modlar )) ve ısıtıcılar[FLT: 5) ve fırınlar [Dönergeler için kullanılabilir.

Core Industry Standards Governing Fired Rez

Tasarım mühendisleri, her şeyi mekanik bütünlüğü ve yangın korumasına kaplayacak uluslararası tanınma standartların bir setine uymalıdır. En etkilileri Amerikan Petrol Enstitüsü (API), Amerikan Mekanik Mühendisler Topluluğu (ASME), ve Uluslararası Standartizasyon Örgütü (ISO) tarafından verilir.

API 560: General Refinery Service için Fire Rezitler

API Standart 560, rafinerilerde ve petrokimyasal bitkilerde kovulan ısıtıcıların birincil tasarım özellikleridir. Tasarım, malzemeler, üretim, denetim ve doğrudan filtreli ısıtıcıların test edilmesi için minimum gereklilikleri kapsar: Anahtar yönleri şunlardır:

  • [0]Tube duvar ısı sınırları[Dönetici ve proses sıvı koreasyona dayanan[Dönetici).
  • [FONT:0)Minimum tüpü kalınlığı[Döntgenlik ücreti dahil olmak üzere gereksinimlerinin ).
  • [FONT:0)Tube, [Dönetici:0) ve eksperformasyona izin veren ve eksperatif olarak yeniden üretime izin veren geri dönüşler destekler.
  • [FONT:0]Burner düzenlemesi tüplerde alevi engelleyiciden kaçınmak için.
  • [FONT=0)Konveksiyon bölümü tasarımı[Dönetici: 1 ) ısı kurtarma ve taslak kontrol için.
  • [FONT:0]Rerakter ve yalıtım[Dönetici:0) ısı kaybının en aza indirgenmesi ve korunması için seçim.
  • [FONT=0)Instrumentation[[Dönetici:0) Süreç kontrolü ve güvenliği için (örneğin oksijen analizörleri, draft ölçümleri, alev tarayıcıları).

API 560, yeni teknolojileri ve olayları öğrenmek için düzenli olarak güncellenmektedir. Son sürüm (7th, 2020) düşük seviyeli entegrasyon, dijital otomasyon ve daha yüksek ciddiyet için gelişmiş malzemeler içerir. API 560 genellikle sigorta şirketleri ve yerel düzenlemeler tarafından yetkilenir.

API 530: Rezistans Tube Kalınlık

API Standard 530, iç basınç ve sıcaklıkla ilgili gerekli ısı tüplerinin hesaplanması için yöntemler sunmaktadır. Hem elastik hem de ürpertici aralıkları kapsar, isoterm ve pnömatik yöntemleri kullanarak. standart göz önünde bulundurun:

  • Tasarım sıcaklığında uygulanabilir stres değerleri (Nehir Bölüm II Bölüm D)
  • Tarihsel bitki verileri veya laboratuvar testlerine dayanan korozyon indirimi.
  • Aşırı uçlu bir şekilde servis için uzun vadeli rupture gücü (yaklaşık 800 °F / 425°C'nin üzerinde karbon çelik için).
  • Larson-Miller parametresi dahil olmak üzere Tube life değerlendirme metodolojileri.

API 530, tüplerin planlanan tasarım ömrü boyunca birleşik baskı ve termal yükler altında başarısız olamayacağını sağlamak için gereklidir (tipik olarak 100.000 işletim saati). Mühendisler ayrıca xidasyon, karburizasyon veya diğer yüksek sıcaklık saldırı mekanizmaları nedeniyle incelenmeli. Standart doğrudan ölçüm için API 560 ile referanslıdır.

ASME Kazan ve Basınç Gemi Kodu (BPON)

ASME BVPN, özellikle de [[DÜT:0)Section I) ve [[Power Kazanlar) ve [[Power Kation VIII Bölüm 1 veya 2) (Basın Gemileri) genellikle yerel yasal gereksinimlerin altında olan ısıtıcıları ateşle karşı karşıya tutmak için geçerlidir. API 560, birçok yargılayıcı da buharlı konveyörler için uygun olarak BPON ile uyumludur.

  • Malzeme yeterlilik ve kaynak prosedürleri.
  • Yıkıcı olmayan sınav (NDE) gereksinimleri – radyografik, ultrasonik, manyetik parçacık ve sıvı penetrant testi.
  • Hidrostatik ve pnömatik test prosedürleri.
  • Basınç koruması (ASME Bölüm VIII güvenlik rahatlama valfleri için kurallar).

Kombine ısıtıcılar için Bölüm VIII Bölüm 2 (Alternatif Kurallar) bazen seçilir, çünkü ayrıntılı stres analizi yoluyla daha yüksek uygulanabilir streslere izin verir (sonlu elemanlar analizi dahil), aynı zamanda daha sıkı denetim ve kalite kontrol gereksinimlerine de sahiptir.Bölüm 1 ve Bölüm 2 arasındaki seçim, ısıtıcının tasarım basıncına, sıcaklıka ve müşteri tercihine bağlıdır.

ISO 13705: Sabit Yangın-Komuşu Sistemleri

ISO 13705 petrol ve doğal gaz endüstrilerinde yangın koruma sistemleri için standart olsa da, ısıtıcı tasarımını etkileyen birçok koşula sahiptir. Standart sabit su kaynakları ve köpük sistemleri, yangın tedarik sistemleri ve şarj sistemleri için de geçerlidir.

Ek Referanslar Ek Referanslar Ek Referanslar Ek Referanslar Ek Referanslar Ek Referanslar Ek Referanslar Ek Referanslar Ek Referanslar Ek Referanslar Ek Referanslar Ek Referanslar Ek Referanslar Ek Referanslar Ek Referanslar Ek Referanslar Ek Referanslar Ek Referanslar Ek Referanslar Ek Referanslar Ek Referanslar Ek Referanslar Ek Referanslar Ek Referanslar Ek Referanslar Ek Referanslar Ek Referanslar Ek Referanslar Ek Referanslar Ek Referanslar Ek Referanslar Ek Referanslar Ek Referanslar Ek Referanslar Ek Referanslar Ek Referanslar Ek Referanslar Ek Referanslar Ek Referanslar Ek Referanslar Ek Referanslar Ek Referanslar Ek Referanslar Ek Referanslar Ek Referanslar

Diğer önemli standartlar şunları içerir:

  • [FONT=0)API 535[DÜT:1] - Fired Rezistans için Burner ve Combustion System (covers yanı sıra performans testleri).
  • [FONT=0)API 536[Dönetici: 2)[Dönetici: 2)
  • [FONT=0)API 571[[Dönetici:0)[0]) <>Pining Industry'de Sabit Ekipmanı Etkileyen Hasar Mekanizmaları (yüksek sıcaklık hidrojen saldırısı, sürüpürme ve sulfidasyon üzerine rehberlik ederler).
  • [FONT 580/581[[Dönetici: 1 )) <0)API 580/581[[[Dön İncelemeler (RBI) ısıtıcı tüpleri için denetim aralıklarını optimize etmek için metodolojiler.

Fired Rezitler için kritik tasarım göz önünde bulundurulur

Bir kovulan ısıtıcının tasarımı standart uyumun ötesine geçer. Aşağıdaki düşünceler dikkatli mühendislik analizi yoluyla ele alınmalıdır.

Termal Verimlilik ve Heat Recovery

Termal verimlilik, atık ısı kurtarma sistemleri kullanarak% 85'den fazla % 93'e kadar ısınıyor. Anahtar faktörler verimliliği içerir:

  • [FONT:0]Firebox tasarımı[[DÜT:1) - radiant section ısı flux aşırı ısıtma ve koklamadan kaçınmak için aşağıdaki sınırların altında tutulmalıdır (tipik maksimum flux for temiz hizmet için 30.000-40,000 Btu/h·ft2).
  • [FONT:0)Konveksiyon bölümü [DÜDÜT:1) - genişletilmiş yüzey tüpleri (finilen veya ısıtılmış) gaz tarafında ısı transferini artırmak. Çoklu tüp geçiş ve çapraz akış ayarı optimize ısı transferini optimize etmek.
  • [FONT:0) Hava presperatörler[[Dönetici:0) Hava ısıtıcılar [Dönüşükçüler) ısıyı ısıtarak ısıyı 10-15 puana kadar artırmak için ısıtılırlar. Ancak, sermaye maliyeti ve asit gaz kondensasyonundan korozyon önlemek için dikkatli malzeme seçimi gerektirirler (sulfur dew noktası).
  • [FONT:0]Stack ısı kurtarma[[[Dönemli: 1) Bazı durumlarda, ek atık ısısı buhar veya diğer işlem akışlarını üretmek için kullanılabilir. Yakıt tasarrufları ve yatırım arasındaki ticaret, yaşam döngüsü maliyet analizi ile değerlendirilmelidir.

Verimlilik ayrıca aşırı oksijen kontrolü tarafından da etkilenir. Çok yüksek hava hassas ısı kaybı arttırır; çok düşük yanma, sigara içme ve istikrarsız alevler. O2 kesim kontrolleri olan modern yanlılar, stoichiometrinin% 1-2'sinde fazla oksijen koruyabilir.

Harsh Service için malzeme seçimi

Yangına ısıtıcı tüpleri yüksek metal sıcaklıklarda (2000 °F /1100°C'ye kadar reformcularda) kororasyon proses ortamları altında çalışır.Tükleerik malzeme seçimi:

  • [FONT:0)Process sıvı kimyası [DDÜT:1] - Sulfur, pehthenic asitler, klorürler, hidrojen veya türlerin karburu.
  • [0]Maximum, metal sıcaklığına izin verir[DÜT:1] – ısıda ürper gücü ve oksidasyon direnci.
  • [FONT:0)Fabricability) - Weldability, soğuk form ve ısı tedavi gereksinimleri.

Ortak tüp malzemeleri içerir:

  • [FONT=0)Carbon çelik (e.g., SA-106 Grade B)) - temiz hizmette yaklaşık 850°F (455°C) ile sınırlı; 500 °F'nin üzerinde sulfidasyon ve hidrojen saldırısına karşı hassas.
  • [FONT=0)Chrome-molybdenum çelikleri (11⁄4Cr-1⁄2Mo, 21⁄4Cr-1Mo, 5Cr-1⁄2Mo)) - gelişmiş ürperatif direnç ve hidrojen saldırısı direnci; 21⁄4Cr-1Mo, hidrokracking ısıtıcılarda yaygın olarak kullanılır.
  • [FONT:0) Orta çelikler (Types 304H, 321H, 347H) ) - yüksek sıcaklık (above 1100°F) ve oksidasyon ve arababurizasyonuna karşı direniş; 321H, istikrar nedeniyle buhar reformcuları yaygındır.
  • [FONT=0) Yüksek-nickel alaşımlar (Incoloy 800H/80HT, Inconel 601, Haynes 230)) - şiddetli araba alımı, metal tozlama veya 1800 °F'nin üzerindeki sıcaklıklar için.

Ayrıca, tüp destek ve aserler yüksek sıcaklık korozyonuna ve termal genişlemeye direnmeli veya refrakterli bileşenlere karşı direnmeli ( köprücü, peepholes ve erişim kapıları gibi) ısı şokuna ve karabap saldırıya karşı dikkatli bir şekilde seçim gerektirir.

Güvenlik Sistemleri ve Burner Yönetimi

Güvenlik, tartışılmaz değildir. Yangından ısıtıcılar ile donatılmış olmalıdır:

  • [FONT=0]Flame tarayıcıları[[Dönetici: 1 ) – Her bir yanlıyı izleyen UV veya IR dedektörleri (üç saniye içinde) kaybolup yakıt kapaklarını gezer.
  • [FONT:0]Fuel gaz ve yakıt yağı blok valfleri) - hızlı devretme eylemcileri ile iki bloklu konfigürasyonlar.
  • [FONT:0)Burner yönetim sistemi (BMS))[BMS)[Dönetici:0) Burner yönetim sistemi (BMS)[Dönetici:0)[BMS)[Dönetici: 1 ), bir mantık çözümü (örneğin, ışıktan uzaklaştırma, yanma, kapatma, aydınlatma, kesintiye uğrama, yüksek / yüksek / yüksek hava akışı kaybı, alev arızası) tespit edilir.
  • [FONT:0)Emergency (ESD)) - Bitkinin geri kalanından gelen proses tüplerinin ve izolasyonun baskılanması, genellikle yüksek tüp metal ısı veya yüksek fırın basıncı ile etkinleştirilir.
  • [FONT:0]Fire ve gaz algılaması [Döntgen: 1) - yakıt sızıntılarını tespit etmek ve su spreyi veya deluge sistemlerini aktifleştirmek için ısıtıcının etrafında.

Tasarım, ANSI/ISA-84.00.01 (IEC 61511) gibi işlevsel güvenlik standartlarına uymalıdır (SIL seviyeleri) BMS işlevlerine risk azaltma hedefleri (SIL seviyeleri) atamak.

Çevre Uyumu

Emisyon düzenlemeleri küresel olarak giderek daha sıkı hale geliyor. kovulan ısıtıcılardan gelen Anahtar kirleticiler şunları içerir:

  • [FONT=0)NOx[DÜDÜT:1) - yanmalı havadaki azotun termal düzeltmesi ile oluşturulur. Low-NOx yanlıları (LNB) sahnelenmiş yanma ile, flue gaz recirculation (FGR), veya seçici katalitik azalma (SCR), 15-30 ppmvd'in altında NOx'u azaltmak için kullanılır (% 3 O2).
  • [FONT:0)SOx[DÜT:1) - yakıtda sulu içerike bağımlıdır. Sovma veya tatlı yakıt gazı (desulfurized) tipikdir.
  • [FONT:0)CO[DÜT:1] - eksik yanmanın bir göstergesi; uygun hava / yakıt oranlarının korunmasıyla en azamet.
  • [FONT:0]Particulate matter[[Dönetici: 1 ) - soot veya ash; verimli yakıcı tasarım ve muhtemelen flore gazı filtrasyon gerektirir.
  • [FONT:0)CO2[DÜT:1] - şu anda birçok ısıtıcı için düzenlenmemişken, karbon yakalama için karbon vergileri ve görevleri ortaya çıkmaktadır. Pre-combustion yakalama (e.g., oxy-fuel yanma) veya post-combustion yakalama (minaj) yeni büyük ısıtıcılar için gerekli olabilir.

Çevre izinleri genellikle emisyon sınırlarını aranır (Dönetici) ve ısıtıcının tam aralıkları boyunca izin sınırları içinde çalışmasını sağlar.

Detaylı Mühendislik Tasarım Süreci

Bir kovulan ısıtıcı tasarımı, kavramsaldan ayrıntılı bir şekilde sistematik bir ilerlemeyi takip eder.

Adım 1: Süreç Data and Design Basis

Süreç mühendisi tasarım temelini sağlar: sıvı kompozisyon, kütle akışı, inlet ve çıkış sıcaklıkları, baskı kısıtlamaları ve herhangi bir aşama değişikliği.The ısıtıcı type (vertical, yatay, kutu veya reformcu) görev, arsa planı ve site kısıtlamalarına dayanmaktadır.

Adım 2: Preliminary Mekanik Tasarım

Sıcaklık görevi kararlı, mekanik mühendisi tüp çapı hesaplar, duvar kalınlığı (per API 530) ve tüp geçişi sayısı. Yangın kutusu boyutları, yanık say ve tüp düzeni uygun şekilde optimize edilir.Bir ön stres analizi yüksek termal genişleme alanları ve genişleme ortaklarının veya esnek destek seçimine izin verir.

Adım 3: Detaylı Termal ve Akış Analizi

C ⁇ sıvı dinamikleri (CFD) şimdi yanma, ısı transferi ve akış dağılımı için standarttır. CFD, yakma, en aza indirmek, boru noktaları değerlendirmek, taslak ve flore gazı recirculation ve doğrulayın işlemi hızlanır. Gelişmiş simülasyonlar tüp metal sıcaklık haritalarını tahmin edebilir ve potansiyel ürpertici veya korozyon bölgeleri tanımlayabilir.

Adım 4: Stres ve Yaşam Değerlendirme

Finite element analizi (FEA), disiplinlerarası kafalı kaynakların ayrıntılı stres analizi için kullanılır, tüp desteği, rerakter demirler ve ısıtıcı durumu.Tic genişleme, basınç ve dış yükler için analiz hesapları. Creep hasarı, yorgunluk ve sıçancheting Bölüm VIII Bölüm 2 veya API 579/ASME FFS-1 (Fitness-for-Service) için tahmin edilir.

Adım 5: Kumaşlama ve Kalite Kontrol

Fabrication onaylanmış çizim paketini takip eder. Mill testleri, ısı tedavisi kayıtları ve kaynak prosedürü nitelikleri korunur. Tüm toz ve ısıtıcı tırnakları için tüm (% 100 radyografi veya ultrasonik) için mekanik olarak yapılır.

Adım 6: Komisyon ve Performans Testi

Komiserlik sırasında, ısıtıcı kurutulur (kahkahalar tedavi edilir), sonra düşük fiyatlarda yavaş ısıya ve bileşenleri genişletilir. Bir performans testi, ısı verimliliği, tüp metal sıcaklıkları (soğuk çiftlerle sigortalanır), basınç düşüşü, emisyonlar ve flue gazı oksijen seviyeleri.

Operasyon, Bakım ve Yaşam

Mükemmel bir tasarlanmış ısıtıcı bile özenle operasyon ve bakım gerektirir. Anahtar aktiviteler şunlardır:

  • [FONT:0)Regular tüp kalınlığı denetimi[[Dönetici: 1 ) API 510 veya RBI planında ortaya çıkan (ultrasonic).
  • [FONT:0]Rerakter denetim[[Dönetici: 1 ) - Herhangi bir çatlaklar veya spalling, iç tarafta sıcak noktaları önlemek için tamir edilmelidir.
  • [FONT:0)Burner ayar[[Dönetici: 1) - düşük fazla oksijen ve yakıt kompozisyon değişiklikleri olarak stabil alevler korumak için.
  • [FONT:0) Konveksiyon bölümünün Temizlenmesi[DÜT:1) - soot ısı transfer verimliliğini korumak için online temizlik veya üfleme.
  • [FONT:0) Metalurjik[[Dönetici: 1 ) Örnekleme (tüzük ve korozyonu değerlendirmek için örneklem.

Hayat uzatması, en yüksek ısı flux bölgelerindeki malzemeleri yükseltmek, daha verimli yanları kurmak veya hava ön ısıtma eklemek için sıklıkla elde edilir. Birçok rafineri şimdi hidrojen ko-firing veya hatta daha düşük karbon operasyonlarına geçiş yaparken hidrojen atışları için şarj ısıtıcıları geri getiriyor.

Trendler ve Gelecek Yolları

Kombine ısıtıcı endüstrisi, emisyonları azaltmak ve sürdürülebilirliği artırmak için hızla gelişmektedir. Çeşitli trendler önemlidir:

  • [FONT:0]Hydrogen ateş[[[DÜT 1: 1) – yanmak hidrojen CO2 değil, alev ısısını ve NOx. Burners ve fırın rerakter daha yüksek radiant flux işlemek için yeniden tasarlanmalıdır.
  • [FONT:0]Seçim[[Dönetici:0] - küçük orta görev ısıtıcıları için, elektrikli direniş veya indüksiyon ısıtma tamamen yakıt yakmasını ortadan kaldırabilir. Bu, yenilenebilir elektrik bol ve maliyetle rekabet eden bir şekilde, ancak sermaye maliyetleri yüksek kalır.
  • [FONT:0] Dijital ikizler [Dönetici:0] – Süreç verilerini, CFD ve makineyi entegre eden, tüp hayatını tahmin etmek için kullanılan, ateş etmek ve uyarı operatörleri anomalilere uyarıl.
  • [FONT=0) İleri sensör ağları[Dönetici: 1)) - fırın ısı haritası için akustik pirometri, tüp seviyesi algılama için dalga radarı ve stres izleme için kablosuz yüksek sıcaklık akış hatları.
  • [FONT:0)Eksitif üretim[D-printed alaşımlar karmaşık yanlı nozullar veya tüp yakıt hava karıştırmasını ve ısı transferini geliştirmek için destekler.

Bu teknolojiler, hayatı genişletmek, verimliliği artırmak ve önümüzdeki on yıllarda kovulan ısıtıcıların çevresel ayak izlerini azaltmak için söz veriyor.

Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç

Hayvancılık ve rafineri endüstrileri için kovulan ısıtıcılar, düzenleyici iskeleti gerektiren çok disiplinli bir çabadır, ancak başarılı tasarımlar, endüstriyel standartlar, termal-fluid dinamikleri, maddi bilim ve güvenlik mühendisliği ile ilgili temel belgeler -API 560, API 530, ASME BPVC ve ISO 13705 - sadece güvenli ve güvenilir olmayan ısıtıcılar sunar.

Endüstri yenilenmeye devam ettikçe, hem temelleri hem de en son teknolojileri geliştirenler yarın verimli, temiz ve akıllı kovulan ısıtıcıları tasarlamak için en iyi konumda olacaklar.