ट्यूब कॉइल प्राथमिक ताप हस्तांतरण सतह के रूप में
एक फायर हीटर ट्यूब कॉइल सतत ट्यूबलर असेंबली है जिसके माध्यम से प्रक्रिया द्रव प्रवाहित होता है क्योंकि इसे फायर हीटर के भीतर दहन गैसों द्वारा गर्म किया जाता है। ट्यूब कॉइल फायर हीटर की प्राथमिक ताप हस्तांतरण सतह है, जो लौ विकिरण (विकिरण अनुभाग) और गर्म फ्लू गैस संवहन (संवहन अनुभाग) से तापीय ऊर्जा को अवशोषित करती है।
फायर हीटर एक प्रत्यक्ष-प्रज्वलित ताप उपकरण है जिसमें प्रक्रिया द्रव ट्यूबों के अंदर प्रवाहित होता है जबकि ईंधन दहन ट्यूबों के बाहर होता है। ट्यूब कॉइल फायर हीटर का महत्वपूर्ण दबाव-धारण घटक है और इसे API 560 (सामान्य रिफाइनरी सेवा के लिए फायर हीटर), ASME B31.3 (प्रक्रिया पाइपिंग), और GB/T 16507 (जल-ट्यूब बॉयलर) घरेलू अनुप्रयोगों के लिए डिजाइन और निर्मित किया गया है।
फायर हीटर अनुभाग – स्थान के अनुसार कॉइल कॉन्फ़िगरेशन
विकिरण अनुभाग कॉइल
विकिरण अनुभाग (फायरबॉक्स) वह स्थान है जहाँ प्रक्रिया द्रव प्रत्यक्ष लौ विकिरण के माध्यम से अपनी अधिकांश ताप ड्यूटी प्राप्त करता है। विकिरण अनुभाग में ट्यूब उच्चतम ताप प्रवाह और ट्यूब धातु तापमान के संपर्क में आते हैं।
ट्यूब व्यवस्था: ऊर्ध्वाधर (हेलिकल या सर्पेंटाइन) या क्षैतिज (एकल या बहु-पंक्ति)
ट्यूब समर्थन: विकिरण ट्यूब ट्यूब हैंगर, गाइड सपोर्ट, या दुर्दम्य एंकर द्वारा समर्थित होते हैं
ताप प्रवाह: विकिरण ताप हस्तांतरण प्रमुख है; ट्यूब धातु का तापमान आमतौर पर प्रक्रिया द्रव आउटलेट तापमान से 50°C–100°C ऊपर होता है
सामान्य कॉन्फ़िगरेशन:
हेलिकल कॉइल: ट्यूब फायरबॉक्स परिधि के चारों ओर सर्पिल होते हैं; बेलनाकार हीटरों में आम
सर्पेंटाइन कॉइल: ट्यूबों को कई क्षैतिज या ऊर्ध्वाधर पास में व्यवस्थित किया जाता है जिसमें रिटर्न बेंड आसन्न ट्यूबों को जोड़ते हैं
एकल-पास कॉइल: प्रत्येक ट्यूब मध्यवर्ती बेंड के बिना इनलेट से आउटलेट तक चलती है
बहु-पास कॉइल: प्रक्रिया द्रव रिटर्न बेंड के माध्यम से विकिरण अनुभाग में कई पास बनाता है
संवहन अनुभाग कॉइल
संवहन अनुभाग विकिरण अनुभाग के ऊपर स्थित होता है, जहाँ ताप हस्तांतरण मुख्य रूप से गर्म फ्लू गैसों से मजबूर संवहन द्वारा होता है। संवहन अनुभाग में ट्यूब कम ताप प्रवाह और ट्यूब धातु तापमान पर काम करती हैं।
ट्यूब व्यवस्था: स्टैगर्ड या इन-लाइन ट्यूब पिच के साथ क्षैतिज या ऊर्ध्वाधर पंक्तियाँ
विस्तारित सतह: संवहन ट्यूबों को अक्सर ताप हस्तांतरण क्षेत्र बढ़ाने के लिए पंखों या स्टड के साथ प्रदान किया जाता है
शील्ड ट्यूब: फायरबॉक्स से विकिरण ताप के संपर्क में आने वाली संवहन ट्यूबों की पहली 2–3 पंक्तियाँ आमतौर पर उच्च तापमान के संपर्क से पंख क्षति को रोकने के लिए नंगी (बिना पंखों वाली) होती हैं
सामान्य ट्यूब प्रकार: नंगी ट्यूब, पंखों वाली ट्यूब, स्टडेड ट्यूब (पिन ट्यूब)
संक्रमण / क्रॉसओवर पाइपिंग
क्रॉसओवर पाइपिंग संवहन अनुभाग आउटलेट को विकिरण अनुभाग इनलेट से (या इसके विपरीत) जोड़ती है, जो आमतौर पर हीटर केसिंग के बाहर स्थित होती है। क्रॉसओवर पाइपिंग को अनुभागों के बीच तापीय विस्तार को समायोजित करना चाहिए।
कॉइल डिजाइन पैरामीटर – API 560 / ASME B31.3 प्रति
| पैरामीटर | रेंज | मानक / नोट |
|---|---|---|
| ट्यूब ओडी | 50.8mm – 273.1mm (2" – 10.75") | API 560 तालिका 4 प्रति |
| ट्यूब दीवार की मोटाई | 3.0mm – 25.0mm | API 530 (ट्यूब मोटाई गणना) प्रति |
| ट्यूब लंबाई (सीधे अनुभाग प्रति) | 3.0m – 15.0m | परिवहन और हैंडलिंग द्वारा सीमित |
| डिजाइन दबाव | 35 MPa तक | ASME B31.3 / API 560 प्रति |
| डिजाइन तापमान (ट्यूब धातु) | 590°C तक | सामग्री पर निर्भर; 425°C से अधिक के लिए Cr-Mo |
| संक्षारण भत्ता | API 560 7.1.2 प्रति | खरीदार विनिर्देश प्रति न्यूनतम |
| ट्यूब पिच (केंद्र-से-केंद्र) | 2× ट्यूब ओडी (मानक छोटी त्रिज्या) | API 560 तालिका 4 प्रति |
| अधिकतम स्वीकार्य ताप प्रवाह | API 560 / विकिरण अनुभाग डिजाइन प्रति | ट्यूब धातु तापमान निर्धारित करता है |
सामग्री चयन – ट्यूब कॉइल सामग्री (API 560 तालिका 5 प्रति)
कार्बन स्टील
| ग्रेड | विनिर्देश | अधिकतम तापमान | अनुप्रयोग |
|---|---|---|---|
| SA-106 Gr.B / SA-192 | ASTM A106 / A192 | ~425°C | सामान्य रिफाइनरी सेवा, मध्यम तापमान |
| SA-210 Gr.A1 | ASTM A210 | ~425°C | बॉयलर और हीटर ट्यूब सेवा |
| 20# | GB 9948 | ~425°C | पेट्रोलियम क्रैकिंग सेवा के लिए घरेलू मानक |
क्रोमियम-मोलिब्डेनम मिश्र धातु स्टील
| ग्रेड | संरचना | अधिकतम तापमान | अनुप्रयोग |
|---|---|---|---|
| SA-209 T1a | 0.5Cr-0.5Mo | ~540°C | मध्यम ऊंचा तापमान |
| SA-213 T11 | 1.25Cr-0.5Mo | ~590°C | रिफाइनरी हीटर ट्यूब; मध्यम क्रीप प्रतिरोध |
| SA-213 T22 | 2.25Cr-1Mo | ~590°C | हाइड्रोक्रैकर, सुधारक, उच्च-तापमान/उच्च-दबाव |
| SA-213 T5 | 5Cr-0.5Mo | ~590°C | उच्च-तापमान संक्षारक सेवा |
| SA-213 T9 | 9Cr-1Mo | ~590°C | उच्च-तापमान erosive सेवा |
| SA-213 T91 | 9Cr-1Mo-V | ~590°C | उन्नत उच्च-तापमान क्रीप सेवा |
ऑस्टेनिटिक स्टेनलेस स्टील
| ग्रेड | अधिकतम तापमान | अनुप्रयोग |
|---|---|---|
| TP304H / TP321H | ~600°C | ऊंचा तापमान, संक्षारण प्रतिरोध, क्रीप प्रतिरोध |
| TP316L | ~450°C | क्लोराइड युक्त सेवा (मध्यम) |
| TP347H | ~600°C | उच्च-तापमान क्रीप प्रतिरोध; स्थिर ग्रेड |
| SUS310S | ~700°C | चरम उच्च-तापमान ऑक्सीकरण प्रतिरोध |
निकल मिश्र धातु
| ग्रेड | अधिकतम तापमान | अनुप्रयोग |
|---|---|---|
| मिश्र धातु 800H / 800HT | ~600°C | उच्च-तापमान संक्षारक सेवा; खट्टा गैस |
कॉइल कॉन्फ़िगरेशन – ट्यूब समर्थन और गाइड
API 560 प्रति, ट्यूब संरेखण बनाए रखने और झुकने या कंपन को रोकने के लिए ट्यूब समर्थन आवश्यक हैं:
विकिरण अनुभाग: ट्यूब हैंगर (ऊर्ध्वाधर ट्यूबों के लिए), गाइड सपोर्ट (क्षैतिज ट्यूबों के लिए), या दुर्दम्य एंकर
संवहन अनुभाग: ट्यूब स्वीकार करने के लिए ड्रिल किए गए छेदों के साथ सपोर्ट प्लेट या ट्यूब शीट
समर्थन रिक्ति: ट्यूब आकार, सामग्री और संचालन तापमान द्वारा निर्धारित – आमतौर पर 1.5m – 3.0m
ट्यूब गाइड: पार्श्व गति को प्रतिबंधित करते हुए अक्षीय तापीय विस्तार की अनुमति दें
तापीय विस्तार प्रबंधन
फायर हीटर कॉइल स्टार्ट-अप और संचालन स्थितियों के बीच तापमान अंतर के कारण महत्वपूर्ण तापीय विस्तार का अनुभव करते हैं
विस्तार के माध्यम से समायोजित किया जाता है:
रिटर्न बेंड: यू-आकार के फिटिंग जो आसन्न ट्यूबों के बीच अंतर विस्तार को अवशोषित करते हैं
विस्तार लूप: अक्षीय विस्तार को अवशोषित करने वाले पाइपिंग कॉन्फ़िगरेशन
निर्देशित समर्थन: ट्यूबों को संरेखण बनाए रखते हुए अक्षीय रूप से स्लाइड करने की अनुमति दें
फ्लोटिंग मैनिफोल्ड: कॉइल के साथ चलने वाले हेडर विस्तार को अवशोषित करने के लिए
विस्तारित सतह – पंख और स्टड (संवहन अनुभाग)
संवहन अनुभाग में ताप हस्तांतरण बढ़ाने के लिए, ट्यूबों को अक्सर विस्तारित सतह के साथ प्रदान किया जाता है:
| विस्तारित सतह प्रकार | विवरण | अनुप्रयोग |
|---|---|---|
| पंखों वाली ट्यूब | ट्यूब ओडी पर वेल्डेड या एक्सट्रूडेड हेलिकल पंख | संवहन अनुभाग; सतह क्षेत्र को 5–10× बढ़ाता है |
| स्टडेड ट्यूब (पिन ट्यूब) | ट्यूब सतह पर वेल्डेड स्टड (पिन) | सूट ब्लोइंग के बिना पंख क्षति की अनुमति देने वाली फॉलिंग सेवा |
| दांतेदार फिन | उच्च ताप हस्तांतरण गुणांक के लिए स्लिट या दांतेदार फिन | उच्च दक्षता संवहन सेवा |
विशिष्ट फिन/स्टड पैरामीटर:
पंख की ऊंचाई: 12mm – 25mm
पंख पिच: 4 – 12 पंख प्रति इंच (FPI)
पंख सामग्री: कार्बन स्टील, स्टेनलेस स्टील, या मिश्र धातु स्टील
स्टड सामग्री: आमतौर पर ट्यूब सामग्री या संगत मिश्र धातु के समान
रिटर्न बेंड – कॉइल कनेक्शन
रिटर्न बेंड बहु-पास कॉइल में आसन्न ट्यूबों को जोड़ते हैं, प्रवाह दिशा को 180° से उलट देते हैं:
स्थान: फायरबॉक्स के अंदर (विकिरण अनुभाग) या हेडर बॉक्स के अंदर (फायरबॉक्स के बाहर इंसुलेटेड डिब्बे)
डिजाइन दबाव और तापमान: फायरबॉक्स के अंदर रिटर्न बेंड – कनेक्टिंग ट्यूबों के समान; हेडर बॉक्स के अंदर – समान डिजाइन दबाव, द्रव तापमान +30°C
मोटाई: कनेक्टिंग ट्यूबों की मोटाई से कम नहीं
फिटिंग: अनुदैर्ध्य रूप से वेल्डेड फिटिंग का उपयोग नहीं किया जाएगा
मानक: SH/T 3065 (पेट्रोकेमिकल ट्यूबलर हीटर रिटर्न बेंड), ASME B16.9
रिटर्न बेंड केंद्र-से-केंद्र आयाम (API 560 तालिका 4 प्रति):
| ट्यूब ओडी (मिमी) | हेडर केंद्र-से-केंद्र (मिमी) |
|---|---|
| 60.3 | 101.6 |
| 73.0 | 127.0 |
| 88.9 | 152.4 |
| 101.6 | 177.8 |
| 114.3 | 203.2 |
| 127.0 | 228.6 |
| 141.3 | 254.0 |
| 152.4 | 279.4 |
| 168.3 | 304.8 |
| 193.7 | 355.6 |
| 219.1 | 406.4 |
| 273.1 | 508.0 |
हेडर और मैनिफोल्ड
हेडर (इनलेट और आउटलेट मैनिफोल्ड) ट्यूब कॉइल में और से प्रक्रिया द्रव वितरित करते हैं:
प्लग हेडर: ट्यूब एक्सेस के लिए हटाने योग्य प्लग; साफ सेवा के लिए उपयोग किया जाता है
कवर-प्लेट हेडर: पूर्ण ट्यूब एक्सेस के लिए बोल्टेड कवर; फॉलिंग सेवा के लिए उपयोग किया जाता है
पाइप मैनिफोल्ड हेडर: वेल्डेड निर्माण; उच्च दबाव सेवा के लिए उपयोग किया जाता है
डिजाइन दबाव: कनेक्टिंग ट्यूबों के समान
डिजाइन तापमान: उस स्थान पर द्रव तापमान +30°C हेडर बॉक्स स्थापना के लिए
निर्माण प्रक्रिया – ट्यूब कॉइल असेंबली
ट्यूब तैयारी: ट्यूबों को लंबाई में काटा जाता है; ASME B16.25 प्रति बट वेल्डिंग के लिए सिरे बेवल किए जाते हैं
रिटर्न बेंड अटैचमेंट: रिटर्न बेंड ट्यूब सिरों पर वेल्डेड (GTAW रूट + SMAW फिल) ASME सेक्शन IX प्रति
पंख/स्टड वेल्डिंग: संवहन ट्यूबों पर वेल्डेड पंख या स्टड (उच्च-आवृत्ति वेल्डिंग या प्रतिरोध वेल्डिंग)
कॉइल असेंबली: ट्यूबों को पंक्तियों में इकट्ठा किया जाता है और समर्थन पर सुरक्षित किया जाता है
हेडर अटैचमेंट: हेडर कॉइल इनलेट/आउटलेट पर वेल्डेड होते हैं
PWHT: Cr-Mo मिश्र धातुओं और मोटी-दीवार वाले कार्बन स्टील अनुभागों के लिए आवश्यक (ASME B31.3 / API 560 प्रति)
हाइड्रोस्टैटिक परीक्षण: 1.5 × डिजाइन दबाव (API 560 / ASME B31.3 प्रति)
दुर्दम्य/इन्सुलेशन अनुप्रयोग: केसिंग और ट्यूब समर्थन पर लागू (फील्ड-स्थापित)
निरीक्षण और परीक्षण (API 560 / ASME B31.3 प्रति)
गैर-विनाशकारी परीक्षा (NDE)
| परीक्षा | विधि | दायरा | स्वीकृति मानदंड |
|---|---|---|---|
| ट्यूब सतह | PT या MT | 100% वेल्ड और बेंड | ASME / API 560 प्रति |
| बट वेल्ड | RT या UT | 100% (API 560 / ASME B31.3 प्रति) | ASME सेक्शन VIII / B31.3 प्रति |
| रिटर्न बेंड वेल्ड | PT + RT | 100% | SH/T 3065 / ASME B16.9 प्रति |
| पंख/स्टड वेल्ड | दृश्य + पुल परीक्षण | बैच प्रति नमूना | कोई दरार नहीं; पुल शक्ति ≥ निर्दिष्ट |
| आयामी | टेम्पलेट / CMM | कॉइल ड्राइंग प्रति | ASME B16.9 / SH/T 3065 प्रति |
| PMI | XRF स्पेक्ट्रोमीटर | 100% सामग्री लॉट | सामग्री प्रमाण पत्र से मेल खाता है |
हाइड्रोस्टैटिक टेस्ट
परीक्षण दबाव: 1.5 × डिजाइन दबाव (API 560 / ASME B31.3 प्रति)
परीक्षण माध्यम: संक्षारण अवरोधक के साथ साफ पानी
होल्ड समय: ≥ 30 मिनट
स्वीकृति: शून्य दबाव ड्रॉप; किसी भी वेल्ड या फिटिंग पर कोई दृश्य रिसाव नहीं
वायवीय रिसाव परीक्षण (यदि निर्दिष्ट हो)
परीक्षण दबाव: 0.6 MPa हवा या नाइट्रोजन
रिसाव का पता लगाना: साबुन का बुलबुला या हीलियम मास स्पेक्ट्रोमेट्री
स्वीकृति: कोई बुलबुला नहीं; रिसाव दर ≤ 1×10⁻⁵ Pa·m³/s
अनुप्रयोग प्रोफाइल – हीटर प्रकार के अनुसार कॉइल कॉन्फ़िगरेशन
बेलनाकार हीटर (ऊर्ध्वाधर)
कॉइल प्रकार: हेलिकल (सर्पिल) विकिरण कॉइल + क्षैतिज संवहन कॉइल
ट्यूब व्यवस्था: ऊर्ध्वाधर ट्यूबें समकेंद्रित वृत्तों में; ऊपर और नीचे रिटर्न बेंड
अनुप्रयोग: छोटे से मध्यम रिफाइनरी हीटर; रीबॉयलर; प्रक्रिया हीटर
बॉक्स हीटर (क्षैतिज)
कॉइल प्रकार: सर्पेंटाइन विकिरण कॉइल (क्षैतिज या ऊर्ध्वाधर पास) + क्षैतिज संवहन कॉइल
ट्यूब व्यवस्था: कई पंक्तियों में ट्यूब; हेडर बॉक्स के बाहर फायरबॉक्स में रिटर्न बेंड
अनुप्रयोग: बड़े रिफाइनरी हीटर; क्रूड हीटर; वैक्यूम हीटर
डबल-फायर्ड / मल्टी-सेल हीटर
कॉइल प्रकार: दोहरे विकिरण अनुभाग एक सामान्य संवहन अनुभाग साझा करते हैं
ट्यूब व्यवस्था: दोनों तरफ से फायर की गई ट्यूबें
अनुप्रयोग: उच्च क्षमता वाले रिफाइनरी हीटर; सुधारक भट्ठी
विशेष हीटर
सुधारक भट्ठी: उत्प्रेरक-भरे ट्यूब (ऊर्ध्वाधर) यू-बेंड के साथ; उच्च तापमान मिश्र धातु सामग्री
एथिलीन क्रैकिंग भट्ठी: विशेष कॉइल ज्यामिति के साथ उच्च मिश्र धातु ट्यूब
हाइड्रोजन उत्पादन भट्ठी: उत्प्रेरक के साथ सुधारक ट्यूब; उच्च दबाव हाइड्रोजन सेवा
शिपमेंट प्रति प्रलेखन
सामग्री परीक्षण प्रमाण पत्र (EN 10204 3.1 या 3.2) – ट्यूब, फिटिंग, हेडर, पंख/स्टड
API 560 / ASME B31.3 डेटाशीट
आयामी निरीक्षण रिपोर्ट (ट्यूब ओडी, दीवार की मोटाई, पिच, बेंड त्रिज्या, केंद्र-से-केंद्र)
NDE रिपोर्ट – PT/MT/RT/UT/PMI जैसा लागू हो
हाइड्रोस्टैटिक परीक्षण रिपोर्ट (दबाव और समय रिकॉर्ड के साथ)
वायवीय रिसाव परीक्षण रिपोर्ट (यदि किया गया हो)
वेल्ड प्रक्रिया विनिर्देश (WPS) और प्रक्रिया योग्यता रिकॉर्ड (PQR)
PWHT चार्ट (समय-तापमान रिकॉर्डिंग) – यदि किया गया हो
कॉइल जैसा-निर्मित ड्राइंग – ट्यूब गणना, पास कॉन्फ़िगरेशन, हेडर आयामों के साथ
पंख/स्टड वेल्डिंग प्रक्रिया और पुल परीक्षण रिकॉर्ड (यदि पंखों वाला/स्टडेड हो)
चयन चेकलिस्ट – फायर हीटर ट्यूब कॉइल
हीटर प्रकार – बेलनाकार / बॉक्स / डबल-फायर्ड / सुधारक / क्रैकिंग
कॉइल अनुभाग – विकिरण / संवहन / दोनों
ट्यूब ओडी और दीवार की मोटाई – API 560 / ASME B31.3 प्रति
ट्यूब सामग्री ग्रेड – CS / Cr-Mo / SS / मिश्र धातु – API 560 तालिका 5 प्रति
डिजाइन दबाव और तापमान – API 560 / ASME B31.3 प्रति
कॉइल कॉन्फ़िगरेशन – सर्पेंटाइन / हेलिकल / एकल-पास / बहु-पास
पास की संख्या – रिटर्न बेंड की मात्रा और लेआउट निर्धारित करता है
विस्तारित सतह आवश्यक – नंगी / पंखों वाली / स्टडेड – पंख/स्टड पैरामीटर निर्दिष्ट करें
रिटर्न बेंड प्रकार – छोटी त्रिज्या (2× ट्यूब ओडी) / लंबी त्रिज्या (3× ट्यूब ओडी)
हेडर प्रकार – प्लग / कवर-प्लेट / पाइप मैनिफोल्ड
संक्षारण भत्ता – API 560 7.1.2 प्रति
PWHT आवश्यकता – सामग्री और मोटाई पर आधारित
NDE आवश्यकता – API 560 या परियोजना विनिर्देश प्रति
सफाई विधि – भाप-वायु डीकोकिंग / यांत्रिक पिगिंग – कॉइल डिजाइन को प्रभावित करता है
डिजाइन सीमा कथन – फायर हीटर ट्यूब कॉइल
फायर हीटर ट्यूब कॉइल निम्नलिखित सीमाओं के अधीन है:
यह केवल डेटाशीट पर निर्दिष्ट डिजाइन दबाव और तापमान के लिए रेटेड है; इन सीमाओं के बाहर संचालन डिजाइन को शून्य कर देता है
ट्यूब धातु का तापमान निर्दिष्ट डिजाइन दबाव पर सामग्री के अधिकतम स्वीकार्य सेवा तापमान से अधिक नहीं होना चाहिए
API 560 8.3.4 प्रति अनुदैर्ध्य रूप से वेल्डेड फिटिंग (रिटर्न बेंड) का उपयोग नहीं किया जाएगा
कॉइल को तापीय विस्तार के लिए डिजाइन किया जाना चाहिए; अपर्याप्त विस्तार आवास ट्यूब विकृति, समर्थन क्षति, या वेल्ड विफलता की ओर ले जाता है
उच्च ठोस सामग्री (> 2% वजन के अनुसार) वाले तरल पदार्थों के लिए इरोशन-प्रतिरोधी सामग्री चयन या बढ़ी हुई दीवार मोटाई के बिना उपयुक्त नहीं है
संवहन अनुभागों में पंखों वाली/स्टडेड ट्यूबों को प्रदर्शन बनाए रखने के लिए सूट ब्लोइंग या सफाई की आवश्यकता होती है; फॉलिंग दबाव ड्रॉप को बढ़ाता है और ताप हस्तांतरण को कम करता है
कॉइल प्रतिस्थापन के लिए मौजूदा हीटर ज्यामिति (ट्यूब पिच, पास कॉन्फ़िगरेशन, हेडर आयाम) से सावधानीपूर्वक मिलान की आवश्यकता होती है – फील्ड संशोधनों के लिए पुनर्मूल्यांकन की आवश्यकता हो सकती है
