مبادلة الحرارة للقشرة والأنابيب - مبادلة مياه الصرف الصحي مع معايير ASME VIII DIV.1 TEMA R API660

A feed effluent heat exchanger (also referred to as a combined feed exchanger or Texas Tower) is a shell and tube heat exchanger that preheats reactor feed by recovering heat from the hot reactor effluent streamيتم وضع هذا المعدات فوق تيار السخان المشتعل وتعمل كجهاز استرداد الحرارة الأساسي في عمليات التفاعل التحفيزي، بما في ذلك معالجة النفتا الهيدروليكية، الإصلاح التحفيزيالجفاف(مثل عملية كاتوفين) ، وتوليف الأمونيا، والهيدروكراك.

يقلل مبادل مياه الصرف الصحي من استهلاك وقود السخان من خلال استرداد الطاقة الحرارية التي سيتم رفضها في الغلاف الجوي أو في مياه التبريد.لجهاز التسخين المحمص ذو قدرة محمصة ثابتة، زيادة استرداد الحرارة في مبادلة مياه الصرف الصحي الإمداد تمدد طول دورة المحفز وتحسين الناتج الكلي للمصنع.

تم تصميم هذا المنتج وتصنيعه وفقًا لفئة TEMA R (خدمة المصافي) ، قسم ASME القسم الثامن قسم 1 أو قسم 2 ، وAPI 661 / ISO 13706 عند الاقتضاء.

في مخطط تدفق عملية تفاعل تحفيزي نموذجي:

• تدخل إمدادات المفاعل البارد (المرحلة السائلة أو المختلطة) إلى جانب الغلاف أو جانب الأنبوب في مبادل مياه الصرف الصحي
• تدفقات مياه المفاعل الساخنة (غازية أو مختلطة المرحلة عند 400 درجة مئوية 600 درجة مئوية) على الجانب الآخر
• يتم نقل الحرارة من المياه الصادرة إلى الغذاء ، وتسخين الغذاء مسبقًا قبل أن يدخل إلى السخان
• يتم تبريد الصرف الصحي ، وتكثيف جزئي للمنتجات القيمة للفصل أسفل التيار

يمكن لمبادل مياه الصرف الصحي الاسترداد من 70٪ إلى 80٪ من إجمالي الحرارة المطلوبة للتسخين المسبق للمغذيات. يتم توفير التوازن من قبل السخان الذي يتم تشغيله لرفع المغذيات إلى درجة حرارة مدخل المفاعل.

يتم قياس الفائدة الحرارية عن طريق تضمين منحنى تسخين الغذاء و منحنى تبريد الصرف الصحي. عند الحد الأدنى لدرجة الحرارة من 50 درجة مئوية، يمكن لمبادل الصرف الصحي النموذجي استرداد 20.8 ميجاوات من 27.5 ميجاوات من إجمالي الطلب على الغذاء ، مع تسليم السخان المشتعل 6.7 ميجاوات المتبقية.

عادة ما يعمل مبادل مياه الصرف الصحي في ثلاث مناطق منفصلة لنقل الحرارة على طول الأنبوب ، كل منها له آليات ومعاملات مختلفة:

معدل نقل الحرارة الإجمالي (OHTC) لمبادلات مياه الصرف الصحي المختلطة المراحل تتراوح عادةً من 50 إلى 70 واط/م2·ك.مع قيم نهائية تعتمد على سرعات التدفق وعوامل التلوث.

التوجيه

• الرأسي (برج تكساس) عامة لتغذية مرحلتين مع تبخر على جانب الأنابيب ، مما يسمح بتوزيع السائل بمساعدة الجاذبية
• الأفقي

نوع حزمة الأنابيب (TEMA)

• BEU (حزمة أنابيب U) حيث أن تصميم الأنابيب U يقلل من المفاصل من الأنابيب إلى الألواح ويستوعب التوسع الحراري
• BEM / AEM (شريحة أنبوب ثابتة) ️ قابلة للتطبيق عندما يكون فرق درجة الحرارة ضمن الحدود المسموح بها
• الرأس العائم إختياري لخدمة التلوث الشديد

تصميم الحاجز

• القطع الرأسي (المنحرفات القطاعية الموجهة عمودياً) يوصى بها لتغذية ثنائية المراحل لضمان توزيع متساو من مراحل السائل والبخار حول كل من المنحرفات ، مما يقلل من خطر تدفق الحلزون
• محركات التحكم في الموجات المحمولة ‬ التصميم البديل لتحسين توزيع التدفق وتقليل التحليق
• حواجز النمط الدرع والجناح مع أغطية محيطية تستخدم في تصاميم الغاز-غاز عالية الفعالية للحد من التسرب وتحسين التوزيع

الغذاء الذي يدخل مبادلة مياه الصرف الصحي الغذائي عادة ما يكون خليطًا من مرحلتين (هيدروكربون سائل + غاز غني بالهيدروجين). يقدم حزمة الأنبوب مسارات تدفق متوازية متعددة ،وسيتم توزيع المرحلتين بحيث يتم تقليل انخفاض الضغط الإجماليهذا يمكن أن يؤدي إلى سوء التوزيع، مع تدفق السائل بشكل تفضيلي من خلال أنابيب معينة والغاز من خلال الآخرين.

لمواجهة هذا التحدي:

• اختيار عدد الأنابيب: وضعت بحيث منحدر الضغط من تيار مزيج جيد من مرحلتين أقل من الرأس الهيدروستاتيكي من المرحلة السائلة وحدها. وهذا يضمن أن السائل يمكن أن يتم نقله فقط كجزء من خليط من مرحلتين.
• موزعين المراحل: لوحات مثقوبة مثبتة في رؤوس المبادل تضمن وجود الغاز تحت جميع الأنابيب.
• موزعات غطاء الدخول: قطع زاوية (10 ̊30 درجة) في غطاء المدخل تدفق الغاز المباشر نحو ورقة الأنبوب للتوزيع المتساوي.
• أغطية محيطية مرنة: يتم تثبيتها على الحاجز لتقليل مسارات التسرب وتحسين توزيع التدفق عبر الحزمة.

تعمل مبادلات مياه الصرف الصحي في مجموعة واسعة من درجات الحرارة ويمكن أن تتعامل مع السوائل التي تحتوي على الكلوريدات وكبريتات الهيدروجين والأمونيا والماء.يتم تصنيف اختيار المواد حسب درجة حرارة العمل المتوقعة:

بالنسبة للخدمات التي يوجد فيها الأمونيا وكلوريد الهيدروجين (على سبيل المثال، وحدات NHT) ، قد تتساقط أملاح كلوريد الأمونيوم أثناء تبريد المياه الصادرة.يتم تصميم المبادل عادة مع نقطة حقن مياه الغسيل المتقطعة أعلى نهر منطقة تكوين الملح للسماح بالشطف إذا انخفضت الأداء الحراري أو الهيدروليكي.

حماية غازات الصرف الصحي من النترات: في الخدمات التي تتجاوز فيها درجة حرارة المياه الصادرة عن المياه 425 درجة مئوية (على سبيل المثال، توليف الأمونيا)قد تتطلب الغلاف المجاور لشريحة الأنبوب طبقة Inconel® أو طبقة أخرى مقاومة للنيترات حتى يبرد الغاز تحت عتبة النيترات.

في خدمة مياه الصرف الصحي ، يمكن أن يتجاوز فرق درجة الحرارة بين المغذيات والمياه الصرف الصحي 200 درجة مئوية.بناء حزمة الأنابيب U يستوعب التوسع الحراري التفاضلي بين الأنابيب والغلاف دون الحاجة إلى مفاصل التوسع.

بالنسبة لتصاميم الأوراق الأنبوبية الثابتة، يحد حساب التوتر الحراري حسب ASME VIII-1 UG-23 ((ج) من فرق درجة الحرارة المسموح به. عندما يتجاوز ΔT المسموح به لمزيج المواد،مطلوب تصميم أنبوب U أو رأس عائم.

يحدث التلوث في مبادلات مياه الصرف الصحي من:

• ترسب ملح كلوريد الأمونيوم: تتساقط أثناء تبريد مياه المفاعل تحت نقطة شبح الملح. يتم تخفيفها عن طريق حقن مياه الغسيل أسفل مجرى المبادل أو التنظيف المتقطع أعلاه.
• تشكيل الكوكس أو العلكة: من مركبات أوليفينية أو ديوليفينية في الغذاء النفتي. تلوث الأكسجين أثناء التخزين يفاقم التلوث.يوصى بقطع الأوكسجين في أعلى المنطقة من الوحدة عندما يتم نقل العلف إلى المصفاة.
• تراكم الحجم: من المُحفّزات أو منتجات التآكل.

مراقبة الأداء: مؤشرات الضغط التفاضلية على جانبي الغلاف والأنابيب تكتشف التلوث.يوصى بتنظيفه عندما يتجاوز ΔP ΔP التصميم بنسبة 30٪ أو عندما لا يمكن الحفاظ على درجة حرارة المخرج.

فحص الأبعاد

• مساحة التسامح مع OD للأنابيب: ± 0.11mm لكل ASTM B730
• معدل تحمل طول الحزمة: ± 1.5 ملم لكل TEMA RCB-8
• معدل التسامح بين الفجوة: ± 1.5mm

الفحص غير المدمر

• المفاصل بين الأنابيب والأوراق: 100 ٪ من الاختراق السائل (PT) للمفاصل المطاومة (حسب ASME VIII-1 UW-51)
• الطوابق الطولية والطواف المحيطية للقشرة: التصوير الإشعاعي الموقع (RT) حسب ASME UW-52 أو RT كامل حسب المواصفات
• لحام الرأس: 100٪ RT أو PT لكل تصميم
• الختم المحيطي على المسامير: الفحص البصري للوضع المناسب والمرونة

اختبار الضغط

• الاختبار الهيدروستاتيكي (جانب الأنبوب والقشرة): 1.3 × الضغط المصمم لكل ASME VIII-1 UG-99 ، استمر لمدة 30 دقيقة ، انخفاض ضغط صفر
• اختبار التسرب الهوائي (إذا تم تحديده): 0.6 ميجا بايت من الهواء أو النيتروجين؛ معدل تسرب ≤ 1 × 10-5 Pa·m3/s لكل ملحق ASME VI

• شهادات اختبار المواد (EN 10204 3.1 أو 3.2)
• تقرير بيانات ASME U-stamp (إن وجدت)
• ورقة بيانات TEMA (الطبقة R أو B ، حسب المحدد)
• تقرير التفتيش الأبعاد
• تقرير الاختبار الهيدروستاتيكي مع تسجيل مخطط الضغط
• تقارير الحوادث القريبة من الوفاة (PT/RT/MT حسب الاقتضاء)
• مواصفات إجراءات الحرارة (WPS) وسجل التأهيل (PQR)
• الرسم التخطيطي للفريق
• تقرير التصميم الحراري (واجب الحرارة، تصحيح LMTD، OHTC، حسابات انخفاض الضغط)

1. توفير مخطط تدفق العملية يظهر تدفقات الغذاء والنفايات ودرجات الحرارة والضغوط ومعدلات التدفق.
2. تحديد تكوين العلف (الهيدروكربون السائل، H2، غاز إعادة التدوير، الملوثات).
3. تحديد تكوين المياه الصادرة (بما في ذلك H2S ، NH3 ، HCl ، محتوى الماء).
4. توفير درجة حرارة مدخل المفاعل ومهمة التدفئة.
5. حدد انخفاضات الضغط المسموح بها (جانب القذيفة والأنابيب).
6. تحديد آليات التلوث المتوقعة (الملوحات، الكوكس، الحجم).
7. حدد ما إذا كان هناك حاجة إلى حقن مياه الغسيل وفي أي مكان.
8. اختيار نوع المواد على أساس الحد الأقصى لدرجة حرارة التشغيل والآثار التآكلية.
9. تحديد نوع TEMA (BEU الموصى به لخدمة الهيدروجين).
10. توفير الظروف البيئية للموقع لتقييم بدء التشغيل البارد.

لا تنطبق مبادلات مياه الصرف الصحي على:

• الخدمات التي تحتوي على نسبة عالية من المواد الصلبة (> 2٪ من الوزن) دون تصفية في أعلى التيار بسبب تآكل جانب الأنبوب والتلوث
• ردود الفعل التي تتطلب إطفاءً فوريًا بعد سرير المحفز مبادل مياه الصرف الصحي يسبق سخان التدفئة ولا يمكنه توفير ضبط درجة حرارة مدخل المفاعل
• ضغط جزئي هيدروجين منخفض للغاية (< 1.0 MPa) حيث يصبح تلوث لفائف التدفئة في سخان التدفئة قيوداً تصميمية
• الخدمات التي يحتوي فيها المياه الصالحة للصرف المركبات التي تتجانس أو تتحلل عند درجات حرارة التبادل، مما يؤدي إلى تلوث سريع