क्रिटिकल हीट रिकवरी यूनिट के रूप में फ़ीड एफ़्लुएंट एक्सचेंजर
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 streamयह उपकरण आग से गर्म हीटर के ऊपर स्थित है और उत्प्रेरक प्रतिक्रिया प्रक्रियाओं में प्राथमिक गर्मी वसूली उपकरण के रूप में कार्य करता है, जिसमें नाफ्टा हाइड्रोट्रीटिंग, उत्प्रेरक सुधार,निर्जलीकरणउदाहरण के लिए, कैटोफिनTM प्रक्रिया), अमोनिया संश्लेषण और हाइड्रोक्रैकिंग।
फ़ीड अपशिष्ट विनिमयकर्ता गर्मी की गई हीटर ईंधन की खपत को कम करता है जो कि ताप ऊर्जा को पुनः प्राप्त करता है जो अन्यथा वायुमंडल या शीतलन पानी में अस्वीकार कर दिया जाता है।स्थिर जलने की क्षमता के एक जलने वाले हीटर के लिए, फीड अपशिष्ट विनिमयकर्ता में उच्च गर्मी वसूली उत्प्रेरक चक्र की लंबाई को बढ़ाता है और समग्र संयंत्र थ्रूपुट में सुधार करता है।
यह उत्पाद TEMA वर्ग R (रिफाइनरी सेवा), ASME धारा VIII डिवीजन 1 या डिवीजन 2, और जहां लागू हो, API 661 / ISO 13706 के अनुसार डिज़ाइन और निर्मित किया गया है।
प्रक्रिया कार्य ️ गर्मी वसूली और ऊर्जा एकीकरण
एक विशिष्ट उत्प्रेरक प्रतिक्रिया प्रक्रिया प्रवाह योजना मेंः
- ठंडा रिएक्टर फ़ीड (तरल या मिश्रित-चरण) फ़ीड अपशिष्ट एक्सचेंजर के खोल पक्ष या ट्यूब पक्ष में प्रवेश करता है
- गर्म रिएक्टर अपशिष्ट (गैस या मिश्रित चरण 400°C-600°C पर) विपरीत पक्ष पर बहता है
- गर्मी जल निकासी से फ़ीड में स्थानांतरित की जाती है, यह आग से हीटर में प्रवेश करने से पहले फ़ीड को पूर्व-गर्म करता है
- अपशिष्ट को ठंडा किया जाता है, जो कि निचले प्रवाह में पृथक्करण के लिए मूल्यवान उत्पादों को आंशिक रूप से संघनित करता है
फ़ीड अपशिष्ट विनिमयकर्ता फ़ीड प्रीहीटिंग के लिए आवश्यक कुल गर्मी भार का 70~80% पुनः प्राप्त कर सकता है। शेष फ़ीड को रिएक्टर इनलेट तापमान तक बढ़ाने के लिए फायर हीटर द्वारा आपूर्ति की जाती है।
थर्मोडायनामिक लाभ को फ़ीड हीटिंग वक्र और अपशिष्ट शीतलन वक्र को ओवरलैप करके मापा जाता है। 50°C के न्यूनतम दृष्टिकोण तापमान पर एक विशिष्ट फ़ीड अपशिष्ट एक्सचेंजर 20.27.5 मेगावाट की कुल आपूर्ति मांग में से 8 मेगावाट, शेष 6.7 मेगावाट की आपूर्ति हीटर द्वारा की जाती है।
सेवा की शर्तें
| पैरामीटर |
रेंज |
नोट्स |
| फ़ीड इनपुट तापमान |
20°C ️ 100°C |
भंडारण या अपस्ट्रीम इकाइयों से तरल या मिश्रित चरण फ़ूड |
| फ़ीड आउटलेट तापमान |
250°C 370°C |
पूर्व गरम फ़ूड आग से गरम होने वाले हीटर में प्रवेश कर रहा है |
| अपशिष्ट जल के प्रवेश का तापमान |
400°C 600°C |
उत्प्रेरक के आउटलेट पर रिएक्टर अपशिष्ट |
| जल निकासी का तापमान |
120°C ️ 180°C |
कंडेनसर/विभाजक के लिए ठंडा अपशिष्ट |
| परिचालन दबाव |
2.0 ️ 30.0 एमपीए |
रिएक्टर सर्किट हाइड्रोलिक्स और हाइड्रोजन आंशिक दबाव पर निर्भर |
| फ़ीड की संरचना |
द्रव + H2-समृद्ध गैस |
एक्सचेंजर इनपुट पर दो-चरण प्रवाह |
| शेल साइड ΔP भत्ता |
≤ 35 kPa (5 psi) |
रिफाइनरी सेवा के लिए प्रति शेल विशिष्ट |
| ट्यूब-साइड ΔP अनुदान |
≤ 35 kPa (5 psi) |
शेल प्रति विशिष्ट |
थर्मल डिजाइन ️ कई गर्मी हस्तांतरण क्षेत्र
फ़ीड अपशिष्ट एक्सचेंजर आमतौर पर पाइप लंबाई के साथ तीन अलग-अलग गर्मी हस्तांतरण क्षेत्रों के साथ काम करता है, प्रत्येक में अलग-अलग तंत्र और गुणांक होते हैंः
| क्षेत्र का स्थान |
शेल साइड मैकेनिज्म |
ट्यूब साइड मैकेनिज्म |
अनुमानित. कर्तव्य का हिस्सा |
| निचला भाग (इनलेट) |
संघनक (प्रवाह ठंडा) |
वाष्पीकरण (फीड वाष्पीकरण) |
०३ मेगावाट |
| मध्य खंड |
अति ताप (गैस शीतलन) |
वाष्पीकरण (लगातार वाष्पीकरण) |
३१.७ मेगावाट |
| ऊपरी खंड (आउटलेट) |
अति ताप (गैस शीतलन) |
सुपरहीटिंग (फीड गैस हीटिंग) |
11.7 ∙ 20.8 मेगावाट |
मिश्रित-चरण फ़ीड अपशिष्ट एक्सचेंजरों के लिए कुल गर्मी हस्तांतरण गुणांक (OHTC) आमतौर पर प्रारंभिक आकार के लिए 50 से 70 W/m2·K तक होते हैं,अंतिम मूल्यों के साथ प्रवाह गति और fouling कारकों पर निर्भर.
निर्माण विन्यास शेल और ट्यूब प्रकार
अभिविन्यास
- ऊर्ध्वाधर (टेक्सस टॉवर) ️ ट्यूब पक्ष पर वाष्पीकरण के साथ दो-चरण फ़ीड के लिए आम, गुरुत्वाकर्षण-सहायता वाले तरल वितरण की अनुमति देता है
- क्षैतिज ️ गैस-गैस सेवा के लिए उपयोग किया जाता है या जहां रखरखाव पहुंच के लिए कम ऊंचाई पसंद की जाती है
ट्यूब बंडल प्रकार (TEMA)
- बीईयू (यू-ट्यूब बंडल) (हाइड्रोजन के आंशिक दबाव ≥ 3.5 एमपीए या एच 2 सामग्री ≥ 90 वॉल्यूम) के लिए सिफारिश की गईयू-ट्यूब डिजाइन ट्यूब-टू-ट्यूबशीट जोड़ों को कम करता है और थर्मल विस्तार को समायोजित करता है
- बीईएम/एईएम (फिक्स्ड ट्यूबशीट) जब तापमान अंतर स्वीकार्य सीमाओं के भीतर हो
- फ्लोटिंग हेड ️ गंभीर फोलिंग सेवा के लिए वैकल्पिक
बैफल डिजाइन
- ऊर्ध्वाधर कटौती (ऊर्ध्वाधर उन्मुख सेगमेंटल बफ़ल) ️ प्रत्येक बफ़ल के चारों ओर तरल और वाष्प चरणों के समान वितरण को सुनिश्चित करने के लिए दो-चरण फ़ीड के लिए अनुशंसित, स्लग प्रवाह के जोखिम को कम करना
- हेलिकल बाफल्स ∙ बेहतर प्रवाह वितरण और कम बायपास के लिए वैकल्पिक डिजाइन
- शील्ड और विंग शैली के बाफल्स परिधि सील के साथ ️ लीक को कम करने और वितरण में सुधार करने के लिए उच्च प्रभावशीलता वाले गैस-गैस डिजाइनों में उपयोग किया जाता है
प्रवाह वितरण ️ महत्वपूर्ण डिजाइन विचार
एक फ़ीड अपशिष्ट एक्सचेंजर में प्रवेश करने वाला फ़ीड आमतौर पर दो चरणों का मिश्रण होता है (तरल हाइड्रोकार्बन + हाइड्रोजन युक्त गैस) । ट्यूब बंडल में कई समानांतर प्रवाह मार्ग होते हैं,और दो चरणों वितरित किया जाएगा ताकि समग्र दबाव गिरावट कम से कम हैइसके परिणामस्वरूप गलत वितरण हो सकता है, जिसमें कुछ नलिकाओं से तरल पदार्थ और अन्य नलिकाओं से गैस बहती है।
इस चुनौती से निपटने के लिए:
- ट्यूब संख्या का चयन: सेट करें ताकि एक अच्छी तरह से मिश्रित दो-चरण धारा का दबाव ढाल अकेले तरल चरण के हाइड्रोस्टैटिक सिर से कम हो। यह सुनिश्चित करता है कि तरल केवल दो-चरण मिश्रण के हिस्से के रूप में ले जाया जा सकता है.
- चरण वितरक: एक्सचेंजर हेडर में स्थापित छिद्रित प्लेटें सभी ट्यूबों के नीचे गैस की उपस्थिति सुनिश्चित करती हैं।
- इनलेट शेल डिस्ट्रीब्यूटर: समरूप वितरण के लिए ट्यूब शीट की ओर इनलेट लिफाफे पर कोण कटौती (10°-30°) सीधे फ़ीड गैस प्रवाह।
- लचीली परिधि सील: लीक पथ को कम करने और बंडल में प्रवाह वितरण में सुधार करने के लिए बैफल्स पर स्थापित।
सामग्री का चयन क्षरण और तापमान से प्रेरित
फ़ीड अपशिष्ट विनिमयकर्ता एक व्यापक तापमान सीमा में काम करते हैं और क्लोराइड, हाइड्रोजन सल्फाइड, अमोनिया और पानी युक्त तरल पदार्थों को संभाल सकते हैं।सामग्री का चयन अपेक्षित संचालन तापमान के आधार पर किया जाता है:
| तापमान सीमा |
ट्यूब सामग्री |
शैल सामग्री |
नोट्स |
| ≤ 315°C (600°F) |
कार्बन स्टील SA-179 / 106 Gr.B |
कार्बन स्टील SA-516 Gr.70 |
मीठे हाइड्रोकार्बन सेवा |
| 315°C ¥ 370°C |
1.25Cr-0.5Mo या 2.25Cr-1Mo |
कार्बन स्टील या मिश्र धातु |
मध्यम संक्षारण प्रतिरोध |
| ३७०°C ∙ ४२५°C |
304/316L स्टेनलेस |
304/316L या प्लाटेड कार्बन स्टील |
क्लोराइड संक्षारण का जोखिम 425°C से नीचे |
| 425°C ️ 540°C |
347H या मिश्र धातु 800 |
मिश्र धातु या इनकोनेल ओवरले |
उच्च तापमान क्रैप और नाइट्राइडिंग सुरक्षा |
अमोनिया और हाइड्रोजन क्लोराइड के साथ सेवाओं के लिए (जैसे, एनएचटी इकाइयां), अमोनियम क्लोराइड नमक अपशिष्ट ठंडा होने के रूप में अवशोषित हो सकते हैं।एक्सचेंजर को आम तौर पर नमक निर्माण क्षेत्र के ऊपर एक अविरल धोने के पानी के इंजेक्शन बिंदु के साथ डिज़ाइन किया गया है ताकि थर्मल या हाइड्रोलिक प्रदर्शन में गिरावट आने पर फ्लशिंग की अनुमति दी जा सके.
अपशिष्ट गैस नाइट्राइडिंग सुरक्षा: उन सेवाओं में जहां अपशिष्ट का तापमान 425°C से अधिक हो (उदाहरण के लिए, अमोनिया संश्लेषण)ट्यूब शीट के समीप के खोल में एक Inconel® या अन्य नाइट्राइडिंग प्रतिरोधी ओवरले की आवश्यकता हो सकती है जब तक कि गैस नाइट्राइडिंग सीमा से नीचे नहीं ठंडा हो जाती.
थर्मल विस्तार के लिए डिजाइन ️ यू-ट्यूब विन्यास
फ़ूड अपशिष्ट सेवा में, फ़ूड और अपशिष्ट के बीच तापमान अंतर 200°C से अधिक हो सकता है।यू-ट्यूब बंडल निर्माण विस्तार जोड़ों की आवश्यकता के बिना ट्यूबों और खोल के बीच अंतर थर्मल विस्तार को समायोजित करता है.
फिक्स्ड ट्यूब शीट डिजाइनों के लिए, ASME VIII-1 UG-23 ((c) के अनुसार थर्मल तनाव गणना अनुमेय तापमान अंतर को सीमित करती है। जहां ΔT सामग्री संयोजन के लिए अनुमेय से अधिक है,यू-ट्यूब या फ्लोटिंग हेड डिजाइन आवश्यक है.
प्रदर्शन में गिरावट ️ फोल्डिंग और शमन
फ़ूड अपशिष्ट एक्सचेंजर में फोल्डिंग निम्न से होती हैः
- अमोनियम क्लोराइड नमक जमाव: वर्षा के रूप में रिएक्टर अपशिष्ट नमक ओस बिंदु से नीचे ठंडा होता है। एक्सचेंजर के नीचे वाश वाटर इंजेक्शन या समय-समय पर अपस्ट्रीम फ्लशिंग द्वारा कम किया जाता है।
- कोक या गम का गठन: पेट्रोलियम पदार्थों में ओलेफिनिक या डायोलेफिनिक यौगिकों से। भंडारण के दौरान ऑक्सीजन संदूषण से फोल्डिंग बढ़ जाती है।जहां फ़ूड को रिफाइनरी में ले जाया जाता है, वहां इकाई के ऊपर ऑक्सीजन स्ट्रिपर की सिफारिश की जाती है।.
- स्केल संचय: उत्प्रेरक ठीक या संक्षारण उत्पादों से।
प्रदर्शन की निगरानीः शेल और ट्यूब दोनों पक्षों पर अंतर दबाव संकेतक फोल्डिंग का पता लगाते हैं।सफाई की सिफारिश की जाती है जब ΔP डिजाइन ΔP से 30% अधिक हो या जब आउटलेट तापमान बनाए नहीं रखा जा सकता हो.
निरीक्षण और परीक्षण प्रति बंडल
आयाम जाँच
- ट्यूब ओडी सहिष्णुताः ±0.11 मिमी प्रति एएसटीएम बी 730
- बंडल लंबाई सहिष्णुताः TEMA RCB-8 के लिए ±1.5 मिमी
- बफ़ल दूरी सहिष्णुताः ±1.5 मिमी
विनाशकारी जांच
- ट्यूब-टू-ट्यूब शीट जोड़ः वेल्डेड जोड़ों के लिए 100% तरल प्रवेश (PT) (ASME VIII-1 UW-51 के अनुसार)
- शेल अनुदैर्ध्य और परिधि सीमः ASME UW-52 के अनुसार स्पॉट रेडियोग्राफी (RT) या विनिर्देश के अनुसार पूर्ण RT
- हेडर वेल्ड्सः प्रति डिजाइन 100% आरटी या पीटी
- बाफल्स पर परिधि सीलः उचित फिट और लचीलापन के लिए दृश्य निरीक्षण
दबाव परीक्षण
- हाइड्रोस्टैटिक परीक्षण (ट्यूब और खोल पक्ष): ASME VIII-1 UG-99 के अनुसार 1.3 × डिजाइन दबाव, 30 मिनट के लिए पकड़ो, शून्य दबाव गिरावट
- वायवीय रिसाव परीक्षण (यदि निर्दिष्ट हो): 0.6 एमपीए हवा या नाइट्रोजन; रिसाव दर ≤ 1×10−5 पा·एम3/सेकंड प्रति एएसएमई अनुलग्नक VI
प्रत्येक शिपमेंट के लिए प्रलेखन
- सामग्री परीक्षण प्रमाणपत्र (एन 10204 3.1 या 3.2) √ ट्यूब, खोल, हेडर और फ्लैंज सामग्री
- ASME यू-स्टैम्प डेटा रिपोर्ट (यदि लागू हो)
- TEMA डेटाशीट (निर्दिष्ट के अनुसार वर्ग R या B)
- आयामी निरीक्षण रिपोर्ट
- दबाव चार्ट रिकॉर्डिंग के साथ हाइड्रोस्टैटिक परीक्षण रिपोर्ट
- एनडीई रिपोर्ट (अनुरूप)
- वेल्ड प्रक्रिया विनिर्देश (WPS) और योग्यता रिकॉर्ड (PQR)
- ट्यूब बंडल के रूप में निर्मित ड्राइंग
- थर्मल डिजाइन रिपोर्ट (तापीय कर्तव्य, एलएमटीडी सुधार, ओएचटीसी, दबाव गिरावट गणना)
चयन चेकलिस्ट फ़ीड एफ़्लुएंट एक्सचेंजर
- प्रक्रिया प्रवाह आरेख प्रदान करें जिसमें फ़ीड और अपशिष्ट धाराएं, तापमान, दबाव और प्रवाह दरें दिखाई दें।
- फ़ीड की संरचना (तरल हाइड्रोकार्बन, H2, पुनर्नवीनीकरण गैस, प्रदूषक) निर्दिष्ट करें।
- अपशिष्ट की संरचना (एच 2 एस, एनएच 3, एच सी एल, पानी की मात्रा सहित) निर्दिष्ट करें।
- रिएक्टर इनलेट तापमान और फायर हीटर कर्तव्य प्रदान करें।
- अनुमत दबाव ड्रॉप (शेल और ट्यूब पक्ष) निर्दिष्ट करें।
- अपेक्षित फोल्डिंग तंत्र (नमक, कोक्स, स्केल) की पहचान करें।
- निर्दिष्ट करें कि क्या धोने के पानी के इंजेक्शन की आवश्यकता है और किस स्थान पर।
- अधिकतम संचालन तापमान और संक्षारकता के आधार पर सामग्री ग्रेड का चयन करें।
- TEMA प्रकार (हाइड्रोजन सेवा के लिए अनुशंसित BEU) निर्दिष्ट करें।
- ठंडे स्टार्टअप के मूल्यांकन के लिए साइट परिवेश की स्थिति प्रदान करें।
डिजाइन की सीमा की घोषणा
फ़ूड अपशिष्ट विनिमयकर्ता निम्नलिखित के लिए लागू नहीं होते हैंः
- उच्च ठोस सामग्री (> 2% वजन) के साथ सेवाएं अपस्ट्रीम फ़िल्टरेशन के बिना ट्यूब-साइड कटाव और फोल्डिंग के कारण
- प्रतिक्रियाओं को उत्प्रेरक बिस्तर के बाद तुरंत बुझाने की आवश्यकता होती है ️ फ़ीड अपशिष्ट एक्सचेंजर आग से पहले हीटर है और रिएक्टर इनलेट तापमान नियंत्रण प्रदान नहीं कर सकता है
- बहुत कम हाइड्रोजन आंशिक दबाव (< 1.0 एमपीए) जहां हीटिंग कॉइल को फायर किए गए हीटर में फोल्ड करना एक डिजाइन बाधा बन जाता है
- ऐसी सेवाएं जहां अपशिष्ट में ऐसे यौगिक होते हैं जो एक्सचेंजर के संचालन तापमान पर पॉलीमराइज या अपघटित होते हैं, जिससे तेजी से फोल्डिंग होती है
