API 660 Rohrbündelwärmetauscher ASME Petrochemie- & Raffinerieausrüstung

API 660 Shell & Tube Wärmetauscher | ASME Petrochemie- & Raffinerieausrüstung

Was ist API 660?

API 660 ist der Standard des American Petroleum Institute für Rohrbündelwärmetauscher in der Öl-, Gas- und Petrochemieindustrie, der Design-, Material-, Test- und Inspektionsanforderungen festlegt, um Sicherheit und Zuverlässigkeit in Hochdruck-, Hochtemperatur- und korrosiven Umgebungen zu gewährleisten. Er stimmt mit ASME BPVC und ISO 16812 überein und schreibt eine robuste Konstruktion, korrosionsbeständige Materialien (wie Edelstahl) und eine strenge Qualitätskontrolle (einschließlich hydrostatischer Prüfung und zerstörungsfreier Prüfung) für kritische Anwendungen in Raffinerien, Gasanlagen und Offshore-Plattformen vor. Die Einhaltung von API 660 signalisiert eine in der Industrie bewährte Haltbarkeit, wodurch Ausfallzeiten und betriebliche Risiken reduziert werden.

Kernfunktion:

Wärme zwischen zwei Fluiden (typischerweise Flüssigkeiten oder Gas/Flüssigkeit) zu übertragen, ohne sie zu vermischen, wobei ein Bündel von Rohren verwendet wird, das in einem zylindrischen Mantel eingeschlossen ist. Ein Fluid fließt durch die Rohre (Rohrseite), das andere um die Rohre innerhalb des Mantels (Mantelseite).

Warum S&THE die Öl- und Gasindustrie dominieren:

1. Hochdruck- und Hochtemperaturfähigkeit: Robuste Konstruktion bewältigt extreme O&G-Prozessbedingungen (HP/HT-Bohrungen, Raffination, Verdichtung).

2. Bewährte Zuverlässigkeit und Haltbarkeit: Ausgereiftes Design mit einer langen Erfolgsbilanz im kritischen Einsatz.

3. Designflexibilität: Anpassbar an verschiedene Fluide (Rohöl, Gas, Wasser, Chemikalien), Durchflussraten, Temperaturen, Drücke und Fouling-Tendenzen durch Konfigurationsauswahl.

4. Wartungsfreundlichkeit: Rohrbündel können oft zur Reinigung, Reparatur oder zum Austausch entfernt werden (insbesondere Konstruktionen mit schwimmendem Kopf).

5. Effizienz: Kann hohe Wärmeübergangskoeffizienten erreichen, insbesondere bei turbulenter Strömung und verbesserten Oberflächen.

Hauptkomponenten (API 660-fokussiert):

1. Mantel: Zylindrischer Druckbehälter (ASME Sec VIII Div 1/2). Materialauswahl ist entscheidend für Korrosion (CS, SS, Duplex, Nickellegierungen, plattiert).

2. Rohrbündel: Kernelement der Wärmeübertragung.

   • Rohre: Nahtlos/geschweißt; dimensioniert für Druckabfall/Fouling; Material entscheidend.

   • Rohrböden: Dicke Platten, die für Rohre gebohrt werden; oft plattiert; entscheidend für differentielle Ausdehnung.

   • Prallbleche: Stützen Rohre, induzieren Turbulenzen auf der Mantelseite (segmentiert, spiralförmig, Stab). Abstand/Design beeinflusst Vibrationen und Leistung.

   • Zuganker und Abstandshalter: Sichern Prallbleche.

3. Kanäle/Header (Rohrseite): Verteilt das Fluid auf der Rohrseite; ermöglicht den Zugang (abnehmbare Abdeckung - verschraubt, Haube).

4. Düsen: Einlass/Auslass für Fluide auf der Mantel- und Rohrseite. Dimensioniert gemäß Fluidgeschwindigkeitsgrenzen (API 660/API RP 14E).

5. TEMA-Typ: Definiert die mechanische Konfiguration basierend auf Frontheader, Manteltyp, Heckheader. Gängige O&G-Typen: AES, BEM, AEP, AKT (Schwimmende Köpfe sind üblich für Wärmeausdehnung).

Kritische Öl- und Gasanwendungen:

1. Produktion: Rohölkühlung, Kühlung von produziertem Wasser, Gaskühlung (nach Verdichtung), Glykoldehydratisierung (Reboiler/Kühler).

2. Raffination: Vorwärmer, Produktkühler, Reboiler, Kondensatoren in der gesamten Destillation, Hydrotreating, katalytischen Einheiten.

3. Gasaufbereitung: Gas/Gas-Wärmetauscher (Regeneration/Kühlung), Gas/Flüssigkeitskühler, Aminlösungskühler/Reboiler, Kältemittelkondensatoren/Verdampfer.

4. Übertragung: Schmierölkühler, Gaskühlung nach Verdichtung.

5. Versorgungsbetriebe: Kühlwassersysteme, Wärmerückgewinnung.

API 660-Konformität: Der O&G-Standard

API 660 ist der verbindliche Standard für S&THE in der Erdöl- und Erdgasindustrie. Die Einhaltung gewährleistet:

1. Robustes Design und Konstruktion: Mandatiert Mindestauslegungsspielräume, Materialanforderungen, Fertigungsstandards (Schweißen, ZfP), Druckprüfung.
2. Sicherheit und Zuverlässigkeit: Behandelt spezifische O&G-Gefahren (Sauerstoffanreicherung, Brandexposition, Vibrationen).
3. Austauschbarkeit und Konsistenz: Standardisiert Abmessungen, Düsenlasten, Benennung, Dokumentation.
4. Spezifische O&G-Anforderungen:

• Auslegungsbedingungen: Klar definierte Betriebs- und Auslegungsdrücke/Temperaturen.
• Materialien: Strengere Anforderungen für Sauerstoffanreicherung (NACE MR0175/ISO 15156), Schlagprüfung, Korrosionszulagen.
• Fertigung und Inspektion: Strenge Schweißverfahren (WPQR), umfassende ZfP (RT, UT, PT, MT gemäß definierten Kriterien), strenge Maßtoleranzen.
• Rohr-zu-Rohrboden-Verbindungen: Festigkeitsschweißen + Ausdehnung oft erforderlich; Leckprüfkriterien spezifiziert.
• Düsenlasten: Standardisierte akzeptable externe Lastgrenzen (Kräfte/Momente) für die Schnittstellenverrohrung.
• Vibrationsanalyse: Obligatorische Bewertung (Anhang N), um Rohrausfälle durch strömungsinduzierte Vibrationen (FIV) zu verhindern.
• Prüfung: Hydrostatische Prüfdrücke definiert; optionale pneumatische/empfindliche Lecktests.
• Dokumentation: Umfassende Datenberichte (Herstellerdatenbericht - MDR) einschließlich Materialzertifikate, ZfP-Berichte, Testergebnisse, Zeichnungen.
• Anhänge: Behandeln kritische Aspekte wie:

  • Anhang F: Tieftemperaturbetrieb.

  • Anhang G: Tödlicher Betrieb.

  • Anhang H: Direkt befeuerte Heizungen.

  • Anhang K: Plattenwärmetauscher (falls enthalten).

  • Anhang M: Luftgekühlte Wärmetauscher (falls enthalten).

  • Anhang N: Strömungsinduzierte Vibrationen.

Vorteile von API 660-konformen S&THE:

• Erhöhte Sicherheit: Reduziert das Risiko von Lecks/Ausfällen in gefährlichen Umgebungen.
• Vorhersehbare Leistung: Erfüllt strenge thermische und hydraulische Anforderungen.
• Längere Lebensdauer: Konzentration auf Korrosionsschutz, Vibrationsvermeidung und hochwertige Fertigung.
• Einfachere Beschaffung und Wartung: Standardisiertes Design vereinfacht Ersatzteile und Reparaturen.
• Regulatorische Akzeptanz: Erforderlich für die meisten Großprojekte im O&G-Sektor.

Nachteile:

• Höhere Anfangskosten: Aufgrund strenger Material-, Fertigungs- und Inspektionsanforderungen.
• Größe/Gewicht: Kann sperrig und schwer sein, was sich auf Offshore-/Plattforminstallationen auswirkt.
• Fouling: Anfällig, wenn Fluideigenschaften oder -geschwindigkeiten nicht richtig gehandhabt werden (gemildert durch Designauswahl).
• Begrenzte Annäherungstemperaturen: Weniger effizient als Plattenwärmetauscher für enge Temperaturannäherungen.