Obrat v rafinérii ponecháva šesť týždňov odstávky, 2,4 m otvor potrubia a prúd spalín vstupujúcich pri 340 C, ktorý musí vychádzať pri 155 C. Katalógová jednotka plášťa a rúrok postavená na štandardných priemeroch a dĺžkach rúr buď predimenzuje zväzok, alebo posunie pokles tlaku na strane plynu nad to, čo môže doplatiť nasávaný ventilátor. Táto medzera medzi údajovým listom a skutočným potrubím je miesto, kde sú špecifikované vlastné výmenníky tepla.
Táto príručka sa zaoberá tým, čo v skutočnosti riadi dizajn vlastného tepelného výmenníka pre priemyselnú rekuperáciu tepla: prevádzkový obal, geometria rúr a rebier, rozhodnutia o materiáli a kóde a kontroly, ktoré by mal kupujúci vykonať pred uvoľnením objednávky.
Čo robí výmenník tepla na mieru
Vlastný výmenník tepla je navrhnutý skôr podľa prevádzkovej obálky, než aby bol vybraný z radu pevných veľkostí. Plášť určuje hmotnostný prietok, vstupnú a výstupnú teplotu, prípustný pokles tlaku, zanášanie a priestor, do ktorého sa jednotka musí zmestiť. Priemer rúrky, typ rebra, rozstup rebier, materiál a rozloženie hlavičky vyplývajú z týchto čísel.
Vlastný výmenník tepla je tepelná jednotka, ktorej plocha povrchu, geometria a materiály sú vypočítané pre jeden špecifický prúd plynu alebo kvapaliny a jeden konkrétny inštalačný plášť, namiesto toho, aby boli vybrané z katalógu štandardných veľkostí.
Rozdiel sa prejavuje na troch miestach. Plocha sa prispôsobí zaťaženiu namiesto zaokrúhlenia nahor na ďalší štandardný zväzok. Pokles tlaku na strane plynu sa považuje skôr za tvrdé obmedzenie než za vedľajší produkt výberu. A rozloženie trubice je postavené okolo otvoru potrubia, ktorý skutočne máte, vrátane zdvíhacej trasy na miesto.
Katalógová jednotka
- Dimenzované na štandardný priemer plášťa a dĺžku trubice
- Pokles tlaku vyplýva z výberu
- Prídavok na znečistenie stanovený štandardným dizajnom
- Dodávané z pevného sortimentu
Vlastná jednotka
- Plocha povrchu vypočítaná z tepelnej spotreby
- Pokles tlaku udržiavaný vo vnútri krivky ventilátora
- Rozstup plutv a prístup k čisteniu nastavený podľa náplne prachu
- Vyrobené podľa limitov obalu, hmotnosti a zdvíhania
Šesť vstupov, ktoré riadia dizajn
Šesť vstupov rozhoduje o zhruba 80 percentách vlastného dizajnu výmenníka tepla: hmotnostný prietok, vstupná teplota, cieľová výstupná teplota, prípustný pokles tlaku na strane plynu, zaťaženie prachom alebo znečistením a obálka inštalácie. Všetko ostatné v citácii je dôsledkom týchto šiestich čísel.
| Vstup | Typický rozsah | Čo to zmení |
| Hmotnostný prietok plynu | 5 až 200 t/h | Počet rúrok, plocha čela a rýchlosť plynu |
| Vstupná teplota | 180 až 600 C | Trieda materiálu a prídavok na expanziu |
| Cieľová teplota na výstupe | 120 až 200 C | Rovnováha medzi rekuperáciou tepla a hranicou rosného bodu |
| Pokles tlaku na strane plynu | 200 až 1200 Pa | Rozstup plutiev, počet riadkov a čelná rýchlosť |
| Zaťaženie prachom alebo nečistotami | nízka až 300 g/Nm3 | Typ plutiev, rozstup plutiev a prístup na čistenie |
| Inštalačná obálka | veľkosť potrubia alebo otvoru | Rozmery modulu a zdvíhacia trasa |
Vynechajte jednu z nich a cenová ponuka sa vráti buď predimenzovaná alebo optimistická. Výstupná teplota je obvyklá pasca. Ochladzovanie spalín pod kyslý rosný bod paliva obsahujúceho síru premení projekt rekuperácie tepla na projekt korózie v priebehu niekoľkých sezón.
Základné pravidlo: každé zníženie teploty komína o 20 °C obnoví približne 1 percento vstupného paliva do kotla, ale iba po kyslý rosný bod paliva, ktoré skutočne spálite.
Rebrové rúry nastavujú tepelný rozpočet
Na strane plynu nesie tepelný rozpočet rebrovaná rúrka. Dobre zvolená rebrovaná rúrka znásobuje vonkajšiu plochu približne 3 až 6-krát väčšiu ako obyčajná rúrka s rovnakým priemerom, čo robí praktické spätné získavanie tepla z veľkého prúdu spalín s nízkym tlakom.
- Rebrovaná rúrka typu H. Obdĺžnikové rebrá sú zvarené v pároch pozdĺž rúrky, pričom zanechávajú široké plynové dráhy, ktoré odolávajú premosteniu popola a ľahko sa čistia pomocou ofukovačov sadzí. Je to obvyklá voľba v prašnej prevádzke alebo na tuhé palivá.
- Špirálovo rebrovaná trubica. Okolo rúrky je navinutý a zvarený súvislý pás, ktorý poskytuje najväčšiu plochu na meter a najužšie praktické stúpanie. Najlepšie funguje v čistejšom plyne, kde premostenie nie je rizikom.
- Tepelné potrubie. Utesnená, evakuovaná trubica presúva teplo izotermicky medzi dvoma prúdmi bez krížovej kontaminácie, čo je dôležité, keď je únik medzi spalinami a produktom neprijateľný.
Rebrovaná rúrka typu H pre aplikácie kotlov a výmenníkov tepla Rebrovaná rúrka v tvare H s vysokofrekvenčne zváranými rebrami, vhodná pre prachom zaťažené spaliny a nízkoodporový prenos tepla v kotloch a priemyselných výmenníkoch tepla. Zobraziť produkt → 3 až 6 x vonkajší povrch v porovnaní s holou trubicou
2 až 6 mm typický sklon rebier v prevádzke kotla
10 až 20 mm typická výška rebier na trubiciach ekonomizéra
Rozstup plutiev je kompromisom. Užšia rozteč zabalí viac povrchu do tej istej krabice, ale zvyšuje riziko premostenia popola a zvyšuje frekvenciu čistenia, takže prašná služba zvyčajne odmeňuje o niečo širšiu rozstup.
Ekonomizéry rekuperujú teplo na konci chvosta
Ekonomizér spalín na konci kotla je zvyčajne najlacnejším miestom na pridanie rekuperácie tepla, pretože plyn opúšťajúci kotol stále uchováva užitočné teplo pri teplote, pri ktorej môže pracovať kompaktná, lacná jednotka.
Napájacia voda zvyčajne vstupuje pri teplote okolo 105 °C a odchádza pri teplote 130 až 150 °C a toto teplo vychádza skôr z prúdu plynu ako z ďalšieho paliva. Rovnaký princíp zahŕňa tri spoločné povinnosti:
- Koncové spaliny kotla, kde je výfuk pomerne čistý a hlavným obmedzením je kyslý rosný bod.
- Dymový plyn z priemyselných pecí, kde prach a obsah alkálií poháňajú rozstup rebier a často aj materiál rúr.
- Spaliny procesného zariadenia, kde sa zloženie mení s dávkou a jednotka musí zostať stabilná pri výkyvoch.
Ekonomizér spalín na konci kotla pre ohrev napájacej vody Rekuperuje teplo z výfuku kotla, čím zvyšuje teplotu napájacej vody a znižuje spotrebu paliva vďaka hadovitej alebo špirálovito rebrovanej rúrkovej konštrukcii. Zobraziť produkt → Ekonomizér nepotrebuje exotické materiály, aby sa oplatil. Potrebuje správny sklon rebier, stupeň trubice, ktorý prežije rosný bod, a pokles tlaku, ktorý dokáže existujúci ventilátor absorbovať bez výmeny motora.
Kotly na odpadové teplo a systémy HRSG
Keď je rekuperované teplo potrebné ako para a nie ako citeľné teplo, zákazková jednotka sa stane kotlom na odpadové teplo alebo parným generátorom na rekuperáciu tepla dimenzovaným na prúd výfukových plynov namiesto na vstup paliva. Návrh začína na strane plynu: prietok, teplota a zloženie fixujú povrch výparníka, tlak bubna a výstup pary.
Kotly na priemyselné odpadové teplo získavajú paru z pecí a výrobných liniek. Jednotky elektrárne sú umiestnené za plynovými turbínami v zariadeniach s kombinovaným cyklom. Kotly na spracovanie odpadu spracovávajú spaliny zo spaľovania, kde korózia a znečistenie ovplyvňujú usporiadanie viac ako tepelná prevádzka.
Priemyselný odpadový tepelný kotol na rekuperáciu pary Produkuje paru zo spalín v oceliarskych, chemických, cementárskych a taviacich prevádzkach s dizajnom prispôsobeným prachu, korozívnym plynom a rôznym teplotám. Zobraziť produkt → Jedno číslo rieši väčšinu argumentov o dimenzovaní HRSG: kritický bod. Pevnejšie zovretie získa viac tepla, ale získa toto teplo s väčšou povrchovou plochou a väčším poklesom tlaku na strane plynu.
Materiály, kódy a kvalita zvarov
Výber materiálu sa riadi teplotou kovu a chémiou plynov, nie samotným návrhovým tlakom. Nižšie uvedené pásma pokrývajú väčšinu povinností týkajúcich sa spalín a procesných plynov.
| Materiál | Praktická teplota kovu | Typická služba |
| Uhlíková oceľ | do cca 425 C | Čisté, suché spaliny; možnosť s najnižšou cenou |
| 1,25Cr-0,5Mo | 425 až 540 °C | Teplejšie cesty plynu s miernym dopytom po tečení |
| 2,25Cr-1Mo | 540 až 580 °C | Vysokoteplotné HRSG a procesný servis |
| Austenitická nehrdzavejúca oceľ | do 600 C a viac | Vlhký alebo mierne korozívny plyn, lepšia odolnosť proti rosnému bodu |
| Duplexné a vyššie zliatiny | špecifické pre clo | Podmienky obsahujúce chlorid alebo kyslý kondenzát |
Na výrobe záleží rovnako ako na kvalite rúry. Tlakové diely sú vyrobené podľa uznávaných kódov kotla alebo tlakovej nádoby, zváranie je kvalifikované a zdokumentované a kvalita zvaru je overená rádiografiou alebo zobrazovaním v reálnom čase, a nie samotnou vizuálnou kontrolou. Kupujúci, ktorí prechádzajú touto recenziou, ju môžu použiť Príručka zhody tlakovej časti ASME pre inžinierov ako kontrolný zoznam.
Požiadajte, aby bol materiál rúrky, materiál rebier a zvárací materiál uvedený na výkrese samostatne. Často sú rôznej kvality a zaobchádzanie s nimi ako s jednou položkou je jednou z najčastejších príčin skorého zlyhania trubice pri odvode spalín.
Ako preveriť vlastného dodávateľa výmenníka tepla
Pred požiadaním o cenu si vyžiadajte tepelný výpočet, krivku poklesu tlaku a postup zvárania. Tieto tri dokumenty oddeľujú výrobcu, ktorý môže realizovať projekt, od jedného, ktorý môže citovať iba jeden.
Prečítajte si technický list
Prietok, teploty, zloženie plynu, prachové zaťaženie, návrhový tlak a podmienky na mieste by sa mali zmestiť na jednu stranu. Ak dodávateľ nepožaduje všetky, tepelný návrh je len dohad.
Skontrolujte tepelný a hydraulický výkon
Plocha povrchu, čelná rýchlosť, sklon rebier a predpokladaný pokles tlaku na strane plynu pri návrhu a pri 110-percentnom zaťažení. Dizajn, ktorý funguje iba v bode návrhu, neprežije studený štart.
Skontrolujte materiály a korózne puzdro
Minimálna teplota kovu voči rosnému bodu kyseliny, povolená korózia a spôsob čistenia, ktorý rozloženie trubice skutočne umožňuje.
Skontrolujte výrobu a kontrolu
Postup zvárania, metóda NDT, tlaková hydroskúška a kontrolné uvoľňovacie body. Overené certifikovaná výroba tlakových dielov kapacita a vnútropodniková rádiografická kontrola značne skracujú cestu schvaľovania.
Prispôsobte rozvrh závodu
Rozmery modulu, zdvíhacia hmotnosť, rozsah montáže na mieste a míľniky dodania oproti oknu výpadku.
Dodávateľ, ktorý dokáže pri prvom technickom prechode ukázať tepelnú bilanciu, krivku poklesu tlaku a plán kontroly zvarov, nesie veľmi odlišný rizikový profil od dodávateľa, ktorý posiela iba cenu.
Často kladené otázky
Čo je to vlastný výmenník tepla?
Ide o tepelnú jednotku, ktorej plocha, geometria a materiály sú vypočítané pre jeden konkrétny prúd a jednu obálku inštalácie. Je skôr navrhnutý pre danú prácu ako vybraný zo štandardného rozsahu veľkostí.
Kedy je vlastná jednotka lacnejšia ako štandardná?
Keď váš pokles tlaku, prachové zaťaženie, chémia plynov alebo dostupný priestor spadajú mimo štandardný rozsah jednotiek. Jednotková cena je zvyčajne vyššia, ale výkon ventilátora, prestoje pri čistení a životnosť zvyčajne otočia celkové náklady na druhú stranu.
Čo patrí do žiadosti o cenovú ponuku?
Hmotnostný prietok, vstupná a výstupná teplota, zloženie plynu vrátane síry a vlhkosti, zaťaženie prachom, prípustná tlaková strata, návrhový tlak a teplota, tolerancia korózie a obálka inštalácie so zdvíhacími obmedzeniami.
Urobte správnu obálku a zvyšok cenovej ponuky vlastného výmenníka tepla bude medzi dodávateľmi porovnateľný. Preskočte to a porovnávate tri rôzne predpoklady.
