مبدل حرارتی پساب خوراک (که به آن مبدل خوراک ترکیبی یا برج تگزاس نیز گفته می شود) یک مبدل حرارتی پوسته و لوله است که با بازیابی گرما از جریان خروجی راکتور داغ، خوراک راکتور را پیش گرم می کند. این تجهیزات در بالادست بخاری آتشزا قرار میگیرند و به عنوان دستگاه بازیابی حرارت اولیه در فرآیندهای واکنش کاتالیزوری، از جمله تصفیه نفتا، اصلاح کاتالیستی، هیدروژن زدایی (مانند فرآیند Catofin™)، سنتز آمونیاک، و هیدروکراکینگ عمل میکنند.
مبدل پساب تغذیه با بازیابی انرژی حرارتی که در غیر این صورت به اتمسفر یا آب خنک کننده دفع می شود، مصرف سوخت بخاری را کاهش می دهد. برای یک بخاری با ظرفیت پخت ثابت، بازیابی حرارت بالاتر در مبدل پساب خوراک، طول چرخه کاتالیزور را افزایش می دهد و توان عملیاتی کلی کارخانه را بهبود می بخشد.
این محصول بر اساس TEMA کلاس R (سرویس پالایشگاه)، ASME Section VIII Division 1 or Division 2 و API 661 / ISO 13706 در صورت لزوم طراحی و تولید شده است.
در یک طرح جریان فرآیند واکنش کاتالیزوری معمولی:
مبدل پساب خوراک می تواند 70 تا 80 درصد از کل گرمای مورد نیاز برای پیش گرمایش خوراک را بازیابی کند. تعادل توسط هیتر روشن شده برای بالا بردن خوراک تا دمای ورودی راکتور تامین می شود.
مزیت ترمودینامیکی با قرار دادن منحنی گرمایش خوراک و منحنی خنککننده پساب اندازهگیری میشود. در حداقل دمای نزدیک 50 درجه سانتیگراد، یک مبدل پساب معمولی می تواند 20.8 مگاوات از 27.5 مگاوات کل تقاضای خوراک را بازیابی کند، با بخاری روشن شده 6.7 مگاوات باقی مانده را تامین می کند.
| پارامتر | محدوده | یادداشت ها |
|---|---|---|
| دمای ورودی خوراک | 20 تا 100 درجه سانتی گراد | تغذیه فاز مایع یا مخلوط از واحدهای ذخیره یا بالادست |
| دمای خروجی خوراک | 250 درجه سانتیگراد - 370 درجه سانتیگراد | ورود خوراک پیش گرم شده به بخاری روشن |
| دمای ورودی پساب | 400 درجه سانتیگراد - 600 درجه سانتیگراد | پساب رآکتور در خروجی کاتالیزور |
| دمای خروجی پساب | 120 تا 180 درجه سانتی گراد | پساب خنک شده به کندانسور/جداکننده پایین دست |
| فشار عملیاتی | 2.0 - 30.0 مگاپاسکال | بستگی به هیدرولیک مدار راکتور و فشار جزئی هیدروژن دارد |
| ترکیب خوراک | مایع + گاز غنی از H2 | جریان دو فاز در ورودی مبدل |
| کمک هزینه ΔP سمت پوسته | ≤ 35 کیلو پاسکال (5 psi) | معمولی در هر پوسته برای خدمات پالایشگاهی |
| کمک هزینه ΔP سمت لوله | ≤ 35 کیلو پاسکال (5 psi) | معمولی در هر پوسته |
مبدل پساب خوراک معمولاً با سه ناحیه انتقال حرارت مجزا در طول لوله کار می کند که هر کدام مکانیسم ها و ضرایب متفاوتی دارند:
| موقعیت مکانی | مکانیسم سمت پوسته | مکانیسم سمت لوله | تقریبا سهم وظیفه |
|---|---|---|---|
| بخش پایین (ورودی) | چگالش (خنک کننده پساب) | تبخیر (تبخیر خوراک) | 0-3 مگاوات |
| بخش میانی | گرمای زدایی (خنک کننده گازی) | تبخیر (تبخیر مداوم) | 3-11.7 مگاوات |
| بخش بالا (خروجی) | گرمای زدایی (خنک کننده گازی) | سوپرهیتینگ (گرمایش گاز تغذیه) | 11.7-20.8 مگاوات |
ضرایب انتقال حرارت کلی (OHTC) برای مبدلهای پساب خوراک فاز مخلوط معمولاً از 50 تا 70 W/m²·K برای اندازهگیری اولیه متغیر است، که مقادیر نهایی به سرعت جریان و عوامل رسوب بستگی دارد.
جهت گیری
نوع بسته لوله (TEMA)
طراحی بافل
خوراک ورودی به مبدل پساب خوراک معمولاً یک مخلوط دو فازی (هیدروکربن مایع + گاز غنی از هیدروژن) است. بسته نرم افزاری لوله مسیرهای جریان موازی متعددی را ارائه می دهد و دو فاز به گونه ای توزیع می شوند که افت فشار کلی به حداقل برسد. این می تواند منجر به توزیع نادرست شود، به طوری که مایع ترجیحاً از طریق لوله های خاص و گاز از طریق لوله های دیگر جریان می یابد.
برای رفع این چالش:
مبدل های پساب خوراک در محدوده دمایی وسیعی کار می کنند و ممکن است سیالات حاوی کلرید، سولفید هیدروژن، آمونیاک و آب را مدیریت کنند. انتخاب مواد بر اساس دمای عملیاتی مورد انتظار درجه بندی می شود:
| محدوده دما | مواد لوله | مواد پوسته | یادداشت ها |
|---|---|---|---|
| ≤ 315 درجه سانتی گراد (600 درجه فارنهایت) | کربن فولاد SA-179 / 106 Gr.B | کربن فولاد SA-516 Gr.70 | سرویس هیدروکربنی شیرین |
| 315 درجه سانتیگراد - 370 درجه سانتیگراد | 1.25Cr-0.5Mo یا 2.25Cr-1Mo | فولاد یا آلیاژ کربن | مقاومت در برابر خوردگی متوسط |
| 370 درجه سانتیگراد - 425 درجه سانتیگراد | 304/316L ضد زنگ | 304/316L یا فولاد کربنی روکش شده | خطر خوردگی کلرید زیر 425 درجه سانتیگراد |
| 425 درجه سانتیگراد - 540 درجه سانتیگراد | 347H یا آلیاژ 800 | روکش آلیاژی یا اینکونل | حفاظت در برابر خزش و نیترید شدن در دمای بالا |
برای خدماتی که آمونیاک و کلرید هیدروژن موجود است (مانند واحدهای NHT)، نمکهای کلرید آمونیوم ممکن است با سرد شدن پساب رسوب کنند. مبدل معمولاً با یک نقطه تزریق آب شستشوی متناوب در بالادست منطقه تشکیل نمک طراحی شده است تا در صورت کاهش عملکرد حرارتی یا هیدرولیکی امکان شستشو را فراهم کند.
حفاظت از نیترید شدن گاز خروجی: در خدماتی که دمای خروجی از 425 درجه سانتیگراد بیشتر می شود (مثلاً سنتز آمونیاک)، پوسته مجاور ورق لوله ممکن است نیاز به پوشش Inconel® یا سایر پوشش های مقاوم در برابر نیتریدینگ داشته باشد تا زمانی که گاز زیر آستانه نیتریدینگ خنک شود.
در سرویس پساب خوراک، اختلاف دما بین خوراک و پساب می تواند از 200 درجه سانتی گراد بیشتر شود. ساخت باندل U-tube انبساط حرارتی دیفرانسیل بین لوله ها و پوسته را بدون نیاز به اتصالات انبساط انجام می دهد.
برای طرح های لوله ثابت، محاسبه تنش حرارتی در ASME VIII-1 UG-23(c) اختلاف دمای مجاز را محدود می کند. در جایی که ΔT بیش از حد مجاز برای ترکیب مواد باشد، طراحی لوله U یا سر شناور مورد نیاز است.
رسوب در مبدل های پساب خوراک از موارد زیر رخ می دهد:
نظارت بر عملکرد: نشانگرهای فشار تفاضلی در هر دو طرف پوسته و لوله رسوب را تشخیص می دهند. تمیز کردن زمانی توصیه می شود که ΔP بیش از 30٪ از ΔP طراحی شده باشد یا دمای خروجی را نتوان حفظ کرد.
بررسی ابعادی
معاینه غیر مخرب
تست فشار
مبدل های پساب خوراک برای موارد زیر قابل استفاده نیستند:
