Koil tabung sebagai permukaan transfer panas utama
Sebuah kumparan tabung pemanas yang dipanaskan adalah perakitan tabung berkelanjutan di mana cairan proses mengalir saat dipanaskan oleh gas pembakaran di dalam pemanas yang dipanaskan.Koil tabung adalah permukaan transfer panas utama pemanas yang dibakar, menyerap energi termal dari radiasi api (bagian radian) dan konveksi gas asap panas (bagian konveksi).
Pemanas dengan pemanas adalah perangkat pemanas dengan pemanas langsung di mana cairan proses mengalir di dalam tabung sementara pembakaran bahan bakar terjadi di luar tabung.Koil tabung adalah komponen yang mengandung tekanan kritis dari pemanas api dan dirancang dan diproduksi sesuai dengan API 560 (Pemanas Api untuk Layanan Rafineri Umum), ASME B31.3 (Process Piping), dan GB/T 16507 (Water-Tube Boilers) untuk aplikasi domestik.
Bagian Pemanas yang Dibakar Konfigurasi Koil menurut Lokasi
Koil Bagian Radiant
Bagian radian (firebox) adalah tempat cairan proses menerima sebagian besar tugas panasnya melalui radiasi api langsung.Tabung di bagian radiant terkena aliran panas tertinggi dan suhu logam tabung.
Pengaturan tabung: vertikal (heliks atau serpentin) atau horisontal (single atau multi-baris)
Dukungan tabung: Tabung radiant didukung oleh gantungan tabung, pendukung panduan, atau jangkar tahan api
Aliran panas: Transfer panas radian mendominasi; suhu tabung logam biasanya 50 °C-100 °C di atas suhu outlet cairan proses
Konfigurasi umum:
Helical coil: Tabung spiral di sekitar lingkar kotak api; umum dalam pemanas silinder
Serpentine coil: Tabung yang diatur dalam beberapa jalur horizontal atau vertikal dengan tikungan kembali yang menghubungkan tabung yang berdekatan
Koil single-pass: Setiap tabung berjalan dari inlet ke outlet tanpa tikungan perantara
Koil multi-pass: Cairan proses membuat beberapa kali melewati bagian radian melalui tikungan kembali
Koil Bagian Konveksi
Bagian konveksi terletak di atas bagian radian, di mana transfer panas terjadi terutama oleh konveksi paksa dari gas asap panas.Tabung di bagian konveksi beroperasi pada aliran panas yang lebih rendah dan suhu logam tabung.
Penyusunan tabung: Baris horizontal atau vertikal dengan pitch tabung terhambat atau dalam baris
Permukaan yang diperpanjang: Tabung konveksi sering dilengkapi dengan sirip atau tongkat untuk meningkatkan area transfer panas
Tabung pelindung: 2 ∼3 baris pertama tabung konveksi yang terkena panas radian dari kotak api biasanya telanjang (tanpa sirip) untuk mencegah kerusakan sirip akibat paparan suhu tinggi
Tipe tabung umum: tabung kosong, tabung berdaun, tabung bertopi (tabung pin)
Transisi / Crossover Piping
Pipa silang menghubungkan outlet bagian konveksi ke inlet bagian radian (atau sebaliknya), biasanya terletak di luar casing pemanas.Saluran silang harus mengakomodasi ekspansi termal antara bagian.
Parameter Desain Koil ️ Menurut API 560 / ASME B31.3
| Parameter | Jangkauan | Standar / Catatan |
|---|---|---|
| OD tabung | 50.8mm 273.1mm (2" 10.75") | Per API 560 Tabel 4 |
| Ketebalan dinding tabung | 3.0mm 25.0mm | Per API 530 (perhitungan ketebalan tabung) |
| Panjang tabung (per bagian lurus) | 3.0m 15.0m | Terbatas oleh transportasi dan penanganan |
| Tekanan desain | Hingga 35 MPa | Menurut ASME B31.3 / API 560 |
| Suhu desain (logam tabung) | Hingga 590°C | Bergantung pada bahan; Cr-Mo untuk > 425°C |
| Pengurangan korosi | Menurut API 560 7.1.2 | Spesifikasi minimum per pembeli |
| Pitch tabung (pusat-ke-pusat) | 2 × tabung OD (radius pendek standar) | Per API 560 Tabel 4 |
| Aliran panas maksimum yang diizinkan | Per API 560 / desain bagian radian | Menentukan suhu tabung logam |
Pemilihan bahan Materi gulungan tabung (Menurut API 560 Tabel 5)
Baja Karbon
| Kelas | Spesifikasi | Suhu maksimum | Aplikasi |
|---|---|---|---|
| SA-106 Gr.B / SA-192 | ASTM A106 / A192 | ~425°C | Layanan kilang umum, suhu sedang |
| SA-210 Gr.A1 | ASTM A210 | ~425°C | Layanan boiler dan tabung pemanas |
| 20# | GB 9948 | ~425°C | Standar domestik untuk layanan pencairan minyak bumi |
Baja paduan krom-molibdenum
| Kelas | Komposisi | Suhu maksimum | Aplikasi |
|---|---|---|---|
| SA-209 T1a | 0.5Cr-0.5Mo | ~540°C | Suhu sedang tinggi |
| SA-213 T11 | 1.25Cr-0.5Mo | ~590°C | Tabung pemanas kilang; ketahanan merangkak sedang |
| SA-213 T22 | 2.25Cr-1Mo | ~590°C | Hydrocracker, reformer, suhu tinggi/tekanan tinggi |
| SA-213 T5 | 5Cr-0,5Mo | ~590°C | Layanan korosif suhu tinggi |
| SA-213 T9 | 9Cr-1Mo | ~590°C | Layanan erosi suhu tinggi |
| SA-213 T91 | 9Cr-1Mo-V | ~590°C | Layanan merangkak suhu tinggi canggih |
Baja tahan karat austenit
| Kelas | Suhu maksimum | Aplikasi |
|---|---|---|
| TP304H / TP321H | ~ 600°C | Suhu tinggi, ketahanan korosi, ketahanan merangkak |
| TP316L | ~ 450°C | Layanan yang mengandung klorida (sedang) |
| TP347H | ~ 600°C | Ketahanan terhadap kerutan suhu tinggi; kualitas stabil |
| SUS310S | ~ 700°C | Ketahanan oksidasi suhu tinggi yang ekstrim |
Paduan nikel
| Kelas | Suhu maksimum | Aplikasi |
|---|---|---|
| Paduan 800H / 800HT | ~ 600°C | Layanan korosif suhu tinggi; gas asam |
Konfigurasi kumparan
Menurut API 560, dukungan tabung diperlukan untuk menjaga keselarasan tabung dan mencegah kelonggaran atau getaran:
Bagian radian: gantungan tabung (untuk tabung vertikal), pendukung panduan (untuk tabung horizontal) atau jangkar tahan api
Bagian konveksi: Lembar pendukung atau lembaran tabung dengan lubang yang dibor untuk menerima tabung
Jarak dukungan: ditentukan oleh ukuran tabung, bahan, dan suhu operasi biasanya 1,5m 3.0m
Panduan tabung: Mengizinkan ekspansi termal aksial sambil membatasi gerakan lateral
Manajemen Ekspansi Termal
Koil pemanas yang dipanaskan mengalami ekspansi termal yang signifikan karena perbedaan suhu antara kondisi awal dan operasi
Ekspansi dapat dilakukan melalui:
Bending kembali: Fitting berbentuk U yang menyerap ekspansi diferensial antara tabung yang berdekatan
Lingkaran ekspansi: konfigurasi pipa yang menyerap ekspansi aksial
Dukungan yang dipandu: Biarkan tabung geser secara aksial sambil menjaga keselarasan
Manol terapung: Header yang bergerak dengan kumparan untuk menyerap ekspansi
Permukaan yang diperpanjang Fens dan Studs (Bagian Konveksi)
Untuk meningkatkan transfer panas di bagian konveksi, tabung sering dilengkapi dengan permukaan yang diperpanjang:
| Tipe permukaan yang diperpanjang | Deskripsi | Aplikasi |
|---|---|---|
| Tabung berdaun | Pinus spiral las atau ditekuk ke tabung OD | Bagian konveksi; meningkatkan luas permukaan sebesar 5 ‰ 10 × |
| Tabung bertopeng (tabung pin) | Stang (pin) las ke permukaan tabung | Layanan pencemaran; memungkinkan mengepus jelaga tanpa kerusakan sirip |
| Sapi bergerigi | Sliced atau serrated fin untuk koefisien transfer panas yang lebih tinggi | Layanan konveksi efisiensi tinggi |
Parameter tipikal sirip/tudung:
Ketinggian sirip: 12mm 25mm
Jarak sirip: 4 ∼ 12 sirip per inci (FPI)
Bahan sirip: Baja karbon, baja tahan karat, atau baja paduan
Bahan stud: Biasanya sama dengan bahan tabung atau paduan yang kompatibel
Kembali Bends ️ Koneksi Koil
Bend balik menghubungkan tabung berdekatan dalam kumparan multi-pass, membalik arah aliran sebesar 180 °:
Lokasi: Di dalam kotak api (bagian radian) atau di dalam kotak header (kompartemen terisolasi di luar kotak api)
Tekanan desain dan suhu: Bending kembali di dalam kotak api sama dengan tabung penghubung; di dalam kotak header tekanan desain yang sama, suhu cairan +30 °C
Ketebalan: Setidaknya ketebalan yang sama dengan tabung penghubung
Fittings: Fittings las longitudinal tidak boleh digunakan
Standar: SH/T 3065 (Petrochemical Tubular Heater Return Bends), ASME B16.9
Mengembalikan dimensi tikungan pusat ke pusat (menurut API 560 Tabel 4):
| OD tabung (mm) | Header Center-to-Center (mm) |
|---|---|
| 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 |
Header dan Manifold
Headers (collector inlet dan outlet) mendistribusikan cairan proses ke dan dari gulungan tabung:
Kepala colokan: colokan yang bisa dilepas untuk akses tabung; digunakan untuk layanan bersih
Headers plat penutup: Tutup bolted untuk akses tabung penuh; digunakan untuk layanan fouling
Kepala manifold pipa: Konstruksi las; digunakan untuk layanan tekanan tinggi
Tekanan desain: Sama dengan tabung penghubung
Suhu desain: Suhu cairan di lokasi tersebut +30°C untuk pemasangan kotak header
Proses Pembuatan
Persiapan tabung: tabung dipotong ke panjang; ujungnya bergelombang sesuai dengan ASME B16.25 untuk pengelasan but
Penyambungan tikungan balik: tikungan balik las ke ujung tabung (akar GTAW + isi SMAW) per Bagian IX ASME
Pengelasan sirip / stud: sirip atau stud yang dilas ke tabung konveksi (pengelasan frekuensi tinggi atau pengelasan resistansi)
Koil assembly: Tabung yang dirakit dalam baris dan diikat pada pendukung
Perlengkapan header: header yang dilas ke inlet/outlet koil
PWHT: Dibutuhkan untuk paduan Cr-Mo dan profil baja karbon dinding tebal (menurut ASME B31.3 / API 560)
Pengujian hidrostatik: 1,5 × tekanan desain (menurut API 560 / ASME B31.3)
Aplikasi tahan api / isolasi: Digunakan pada casing dan dukungan tabung (diinstal di lapangan)
Pemeriksaan dan pengujian (sesuai dengan API 560 / ASME B31.3)
Pemeriksaan Non-Destruktif (NDE)
| Pemeriksaan | Metode | Ruang lingkup | Kriteria Penerimaan |
|---|---|---|---|
| permukaan tabung | PT atau MT | 100% dari pengelasan dan lenturan | Menurut ASME / API 560 |
| Pengelasan punggung | RT atau UT | 100% (menurut API 560 / ASME B31.3) | Menurut ASME Bagian VIII / B31.3 |
| Pengelasan tikungan kembali | PT + RT | 100% | Menurut SH/T 3065 / ASME B16.9 |
| Pengelasan sirip/tudung | Tes visual + tarik | Sampel per batch | Tidak ada retakan; kekuatan tarik ≥ ditentukan |
| Dimensi | Template / CMM | Per gambar gulungan | Menurut ASME B16.9 / SH/T 3065 |
| PMI | Spektrometer XRF | 100% dari lot bahan | Sertifikat material yang cocok |
Uji hidrostatik
Tekanan uji: 1,5 × tekanan desain (menurut API 560 / ASME B31.3)
Media uji: Air bersih dengan inhibitor korosi
Waktu tunggu: ≥ 30 menit
Penerimaan: Tidak ada penurunan tekanan; tidak ada kebocoran yang terlihat pada setiap las atau perlengkapan
Uji kebocoran pneumatik (jika ditentukan)
Tekanan uji: 0,6 MPa udara atau nitrogen
Deteksi kebocoran: Spektrometri massa gelembung sabun atau helium
Penerimaan: Tidak ada gelembung; tingkat kebocoran ≤ 1×10−5 Pa·m3/s
Profil Aplikasi Konfigurasi Koil menurut Jenis Pemanas
Pemanas silinder (vertikal)
Jenis kumparan: Heliks (spiral) kumparan radian + kumparan konveksi horizontal
Pengaturan tabung: tabung vertikal dalam lingkaran konsentris; tikungan kembali di atas dan bawah
Aplikasi: Pemanas kilang kecil hingga menengah; reboiler; pemanas proses
Pemanas Kotak (Horizontal)
Tipe kumparan: Serpentine radiant coil (menjalani horizontal atau vertikal) + kumparan konveksi horizontal
Pengaturan tabung: tabung dalam beberapa baris; tikungan kembali di kotak header di luar kotak api
Aplikasi: Pemanas kilang besar; pemanas minyak mentah; pemanas vakum
Pemanas Berpadu / Multi-Cell
Jenis kumparan: Bagian radian ganda berbagi bagian konveksi umum
Pengaturan tabung: Tabung ditembakkan dari kedua sisi
Aplikasi: Pemanas kilang kapasitas tinggi; tungku reformer
Pemanas khusus
Tungku reformator: tabung yang diisi katalis (vertikal) dengan tikungan U; bahan paduan suhu tinggi
Tungku retak etilena: Tabung paduan tinggi dengan geometri kumparan khusus
Tungku produksi hidrogen: tabung reformator dengan katalis; layanan hidrogen tekanan tinggi
Dokumen per Pengiriman
Sertifikat pengujian bahan (EN 10204 3.1 atau 3.2)
Lembar data API 560 / ASME B31.3
Laporan inspeksi dimensi (OD tabung, ketebalan dinding, pitch, radius tikungan, pusat ke pusat)
Laporan NDE ‡ PT/MT/RT/UT/PMI sesuai yang berlaku
Laporan uji hidrostatik (dengan catatan tekanan dan waktu)
Laporan uji kebocoran pneumatik (jika dilakukan)
Spesifikasi prosedur las (WPS) dan catatan kualifikasi prosedur (PQR)
Grafik PWHT (rekaman waktu-suhu)
Gambar gulungan seperti yang dibangun dengan jumlah tabung, konfigurasi pass, dimensi header
Prosedur pengelasan sirip/tudung dan catatan uji tarik (jika sirip/tudung)
Daftar Periksa Pemilihan
Tipe pemanas ️ Silinder / Kotak / Berapi Ganda / Reformer / Retak
Bagian kumparan Radiant / Konveksi / Keduanya
OD tabung dan ketebalan dinding Per API 560 / ASME B31.3
Kelas bahan tabung CS / Cr-Mo / SS / Alloy sesuai API 560 Tabel 5
Tekanan dan suhu desain Per API 560 / ASME B31.3
Konfigurasi kumparan Serpentine / Helical / Single-pass / Multi-pass
Jumlah melewati Menentukan jumlah tikungan kembali dan tata letak
Permukaan yang diperpanjang diperlukan Bare / Fined / Studded
Tipe tikungan kembali radius pendek (2 × OD tabung) / radius panjang (3 × OD tabung)
Tipe header Plug / Cover-plate / Pipe manifold
Pengurangan korosi Per API 560 7.1.2
Persyaratan PWHT berdasarkan bahan dan ketebalan
Persyaratan NDE Per API 560 atau spesifikasi proyek
Metode pembersih
Pernyataan Pembatasan Desain √ Koil tabung pemanas yang dibakar
Koil tabung pemanas yang dipanaskan tunduk pada keterbatasan berikut:
Hal ini dinilai hanya untuk tekanan desain dan suhu yang ditentukan pada lembar data; operasi di luar batas ini membatalkan desain
Suhu logam tabung tidak boleh melebihi suhu kerja maksimum bahan yang diizinkan pada tekanan desain yang ditentukan
Fittings yang dilas secara longitudinal (bengkok kembali) tidak boleh digunakan sesuai dengan API 560 8.3.4
Koil harus dirancang untuk ekspansi termal; akomodasi ekspansi yang tidak memadai menyebabkan distorsi tabung, kerusakan pendukung atau kegagalan las
Tidak cocok untuk cairan dengan kandungan zat padat yang tinggi (> 2% berat) tanpa pemilihan bahan tahan erosi atau peningkatan ketebalan dinding
Tabung bergelombang/berjatuhan di bagian konveksi membutuhkan meniup asap atau pembersihan untuk mempertahankan kinerja; pencemaran meningkatkan penurunan tekanan dan mengurangi transfer panas
Penggantian kumparan membutuhkan pencocokan yang cermat dengan geometri pemanas yang ada (pitch tabung, konfigurasi pass, dimensi header)
