Scambiatore di calore a guscio e tubo - Scambiatore di scarico alimentare con norme 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 streamQuesta apparecchiatura è posizionata a monte del riscaldatore a combustione e funge da dispositivo primario di recupero del calore nei processi di reazione catalitica, tra cui il trattamento idrotratto della nafta, la riformazione catalitica, il recupero del calore e il recupero del calore.disidratazione (e.g., processo CatofinTM), sintesi di ammoniaca e idrocracking.

Lo scambiatore di effluenti di alimentazione riduce il consumo di combustibile del riscaldatore bruciato recuperando energia termica che altrimenti sarebbe respinta nell'atmosfera o nell'acqua di raffreddamento.per apparecchi di riscaldamento a caldo di potenza fissa, un maggiore recupero di calore nello scambiatore di effluenti di alimentazione prolunga la durata del ciclo del catalizzatore e migliora il rendimento complessivo dell'impianto.

Questo prodotto è progettato e fabbricato in conformità alla classe R TEMA (servizio di raffinazione), alla sezione 1 o 2 della sezione VIII ASME e, se del caso, all'API 661/ISO 13706.

In uno schema di flusso di un processo di reazione catalitica tipico:

• L'alimentazione del reattore a freddo (liquido o a fase mista) entra nel lato della conchiglia o nel lato del tubo dello scambiatore di effluenti di alimentazione
• Effluenti caldi del reattore (gas o in fase mista a 400°C/600°C) fluiscono sul lato opposto
• Il calore viene trasferito dall'effluente all'alimentazione, precalando l'alimentazione prima di entrare nel riscaldatore a fuoco
• L'effluente viene raffreddato, condensando parzialmente prodotti preziosi per la separazione a valle

L'interscambiatore di scarico può recuperare il 70­80% del carico termico totale richiesto per il pre riscaldamento dell'alimentazione.

Il vantaggio termodinamico è quantificato sovrapponendo la curva di riscaldamento dell'alimento e la curva di raffreddamento degli effluenti..8 MW su 27,5 MW di domanda totale di alimentazione, con il riscaldatore alimentato che fornisce i restanti 6,7 MW.

Lo scambiatore di scarico alimentare funziona in genere con tre distinte zone di trasferimento di calore lungo la lunghezza del tubo, ciascuna con meccanismi e coefficienti diversi:

I coefficienti complessivi di trasferimento di calore (OHTC) per gli scambiatori di effluenti di alimentazione a fase mista variano in genere da 50 a 70 W/m2·K per la misurazione preliminare,con valori finali dipendenti dalle velocità di flusso e dai fattori di inquinamento.

Orientazione

• Verticale (Texas Tower) ?? comune per alimentazione bifase con evaporazione sul lato del tubo, consentendo la distribuzione del liquido assistita dalla gravità
• Orizzontale utilizzato per il servizio gas-gas o quando si preferisce un livello inferiore per l'accesso alla manutenzione

Tipo di fascio di tubi (TEMA)

• BEU (bundle di tubi in U) ‡ raccomandato per il servizio di idrogeno (pressione parziale di idrogeno ≥ 3,5 MPa o tenore di H2 ≥ 90 vol%),come la progettazione del tubo in U riduce al minimo le giunzioni tubo-piastra e accoglie l'espansione termica
• BEM / AEM (piattaforma di tubo fissa) - applicabile quando il differenziale di temperatura è entro i limiti consentiti
• Testa galleggiante opzionale per il servizio di inquinamento grave

Progettazione del deflettore

• Taglio verticale (baffle segmentari orientati verticalmente)
• Dispositivi di deflagrazione a elica per una migliore distribuzione del flusso e un ridotto bypass
• Dischi di tipo scudo e ala con guarnizioni circonferenziali utilizzati in progetti gas-gas ad alta efficacia per ridurre al minimo le perdite e migliorare la distribuzione

L'alimentazione che entra in uno scambiatore di effluenti alimentari è in genere una miscela bi-fase (idrocarburi liquidi + gas ricchi di idrogeno).e le due fasi si distribuiranno in modo che la caduta di pressione complessiva sia ridotta al minimoCiò può causare una cattiva distribuzione, con il liquido che scorre preferibilmente attraverso alcuni tubi e il gas attraverso altri.

Per affrontare questa sfida:

• Selezione del numero di tubi: impostato in modo che il gradiente di pressione di un flusso bien miscelato in due fasi sia inferiore alla testa idrostatica della sola fase liquida..
• Distribuzioni di fase: Le piastre perforate installate nelle testate degli scambiatori assicurano la presenza di gas sotto tutti i tubi.
• Dispositivi per la distribuzione di involucri di ingresso: taglio angolare (10°30°) nella pellicola d'ingresso per il flusso diretto del gas di alimentazione verso il foglio del tubo per una distribuzione uniforme.
• Sigilli a circonferenza flessibili: installato su deflettori per ridurre al minimo i percorsi di fuga e migliorare la distribuzione del flusso attraverso il fascio.

Gli scambiatori di effluenti alimentari operano in un ampio intervallo di temperatura e possono gestire fluidi contenenti cloruri, solfuro di idrogeno, ammoniaca e acqua.La selezione del materiale è classificata in base alla temperatura di funzionamento prevista:

Per i servizi in cui sono presenti ammoniaca e cloruro di idrogeno (ad esempio, unità NHT), i sali di cloruro di ammonio possono precipitare mentre l'effluente si raffredda.Lo scambiatore è tipicamente progettato con un punto di iniezione di acqua di lavaggio intermittente a monte della zona di formazione del sale per consentire lo sciacquo se le prestazioni termiche o idrauliche diminuiscono.

Protezione contro la nitrurazione dei gas di scarico: nei servizi in cui la temperatura degli effluenti supera i 425°C (ad esempio, sintesi di ammoniaca),il guscio adiacente al foglio del tubo può richiedere un rivestimento Inconel® o di altro tipo resistente alle nitrurazioni fino a quando il gas non si raffredda al di sotto della soglia di nitrurazione.

Nel servizio degli effluenti alimentari, il differenziale di temperatura tra l'alimento e gli effluenti può superare i 200°C.La costruzione del fascio a tubo in U permette l'espansione termica differenziale tra tubi e guscio senza la necessità di giunti di espansione.

Per i disegni di lamiere fisse, il calcolo della tensione termica secondo la norma ASME VIII-1 UG-23 (c) limita il differenziale di temperatura ammissibile.Si richiede una progettazione a tubo U o a testa galleggiante.

L'inquinamento negli scambiatori di effluenti per mangimi si verifica a causa:

• Deposito di sale di cloruro di ammonioPrecipitazione quando l'effluente del reattore si raffredda al di sotto del punto di rugiada di sale, attenuata con l'iniezione di acqua di lavaggio a valle dello scambiatore o con uno sciacquo intermittente a monte.
• Formazione di coca o gomma: da composti olefinici o diolefinici presenti nel mangime di nafta.Si raccomanda di utilizzare disintossicanti a monte dell'unità quando il mangime viene trasportato alla raffineria..
• Accumulazione di scala: Da catalisti fini o prodotti di corrosione.

Monitoraggio delle prestazioni: gli indicatori di pressione differenziale su entrambi i lati del guscio e del tubo rilevano l'inquinamento.Si raccomanda la pulizia quando ΔP supera il ΔP di progetto del 30% o quando la temperatura di uscita non può essere mantenuta..

Controllo dimensionale

• Tolleranza OD del tubo: ±0,11 mm per ASTM B730
• Tolleranza di lunghezza del fascio: ±1,5 mm per TEMA RCB-8
• Tolleranza di spaziamento di deflezione: ±1,5 mm

Esame non distruttivo

• Articulazioni tubo-piastra: penetrante liquido (PT) al 100% per le giunture saldate (per ASME VIII-1 UW-51)
• Sezioni longitudinali e circonferenziali della conchiglia: radiografia spot (RT) per ASME UW-52 o RT completa per specifiche
• Saldature a testa: 100% RT o PT per progetto
• Sigilli circonferenziali sui deflettori: ispezione visiva per la corretta adattamento e flessibilità

Prova di pressione

• Prova idrostatica (lati del tubo e del guscio): 1,3 × pressione di progetto per ASME VIII-1 UG-99, tenuta 30 minuti, calo di pressione zero
• Prova di perdita pneumatica (se specificata): 0,6 MPa di aria o di azoto; tasso di perdita ≤ 1 × 10−5 Pa·m3/s per ASME, appendice VI

• Certificati di prova dei materiali (EN 10204 3.1 o 3.2) √ materiali per tubi, gusci, testini e flange
• Rapporto sui dati ASME U-stamp (se applicabile)
• foglio di dati TEMA (classe R o B, come specificato)
• Rapporto di ispezione dimensionale
• Rapporto di prova idrostatica con registrazione del grafico di pressione
• Rapporti sulle NDE (PT/RT/MT, se applicabile)
• Specifica della procedura di saldatura (WPS) e record di qualificazione (PQR)
• Disegno del fascio di tubi come costruito
• Rapporto di progettazione termica (dettaggio termico, correzione LMTD, OHTC, calcoli della caduta di pressione)

1. Fornire un diagramma del flusso di processo che mostri i flussi di alimentazione e di effluenti, le temperature, le pressioni e i flussi.
2. Indicare la composizione dei mangimi (idrocarburi liquidi, H2, gas da riciclo, contaminanti).
3. Indicare la composizione degli effluenti (compresi H2S, NH3, HCl, tenore di acqua).
4. Fornire la temperatura dell'ingresso del reattore e la funzione del riscaldatore.
5. Indicare le gocce di pressione ammesse (lati dello scafo e del tubo).
6. Identificare i meccanismi di impolveramento attesi (sali, coke, scala).
7. Indicare se è necessaria l'iniezione dell'acqua di lavaggio e in quale posizione.
8. Selezionare il grado di materiale in base alla temperatura massima di funzionamento e alla corrosività.
9. Indicare il tipo TEMA (BEU raccomandato per il servizio di idrogeno).
10. Fornire le condizioni ambientali del sito per la valutazione dell'avvio a freddo.

Gli scambiatori di effluenti alimentari non sono applicabili a:

• Servizi con un elevato contenuto di solidi (> 2% in peso) senza filtrazione a monte a causa dell'erosione e dell'inquinamento del lato del tubo
• Reaczioni che richiedono un spegnimento immediato dopo il letto del catalizzatore
• Pressione parziale di idrogeno molto bassa (< 1,0 MPa) in cui l'inquinamento della bobina di riscaldamento nel riscaldatore a combustione diventa un vincolo di progettazione
• Servizi in cui gli effluenti contengono composti che si polimerizzano o si decompongono a temperature di funzionamento degli scambiatori, portando a un rapido impollinamento