سیم پیچ لوله به عنوان سطح اصلی انتقال گرما
یک سیم پیچ لوله گرم کننده سوخته، مجموعه لوله ای مستمر است که مایع فرآیند از طریق آن جریان می یابد زیرا با گاز های احتراق در یک گرم کننده سوخته گرم می شود.کویل لوله سطح اصلی انتقال گرما از گرم کننده سوخته است، جذب انرژی حرارتی از اشعه شعله (بخش تابش) و کنوکشن گاز دود گرم (بخش کنوکشن).
بخارگر گرم کننده یک دستگاه گرمایشی مستقیم است که در آن مایع فرآیند در داخل لوله ها جریان دارد در حالی که احتراق سوخت در خارج از لوله ها رخ می دهد.سیم پیچ لوله، قطعه ی حیاتی حاوی فشار گرم کننده ی سوخته شده است و مطابق با API 560 (گرم کننده های سوخته شده برای خدمات پالایشگاه عمومی) طراحی و تولید شده است.، ASME B31.3 (پایپینگ فرآیند) و GB / T 16507 (تولید آب لوله) برای کاربردهای خانگی.
بخش های بخاری گرم شده ️ پیکربندی کویل بر اساس محل
سیم پیچ قطب شعاعی
بخش تابش دهنده (فایر باکس) جایی است که مایع فرآیند بیشتر حرارت خود را از طریق تابش مستقیم شعله دریافت می کند.لوله ها در بخش تابش در معرض بالاترین جریان گرما و دمای فلز لوله.
ترتیب لوله: عمودی (حلقوی یا مارپیچی) یا افقی (یک یا چند ردیف)
پشتیبانی لوله: لوله های تابشی با آویزان لوله، پشتیبانی های راهنما یا لنگر های آتش گیر پشتیبانی می شوند
جریان گرما: انتقال گرما تابشی غالب است؛ دمای فلز لوله معمولاً 50°C~100°C بالاتر از دمای خروجی مایع فرآیند است
پیکربندی های رایج:
سیم پیچ: لوله هایی که در اطراف دایره جعبه آتش می چرخند؛ در بخاری های استوانه ای رایج است
سیم پیچ مارپیچی: لوله هایی که در چندین گذرگاه افقی یا عمودی با خم های بازگشت متصل به لوله های مجاور مرتب شده اند
کپسول تک گذر: هر لوله از ورودی به ورودی بدون خم های میانگین می گذرد
کپسول چند گذر: مایع فرآیند چندین گذر از طریق بخش تابش را از طریق خم های بازگشت انجام می دهد
سیم پیچ بخش کنوکشن
بخش کنوکشن در بالای بخش تابش قرار دارد، جایی که انتقال گرما عمدتاً با کنوکشن اجباری از گاز های دود گرم اتفاق می افتد.لوله ها در بخش کنوکشن در جریان گرما و دمای فلز لوله پایین تر کار می کنند.
ترتیب لوله: ردیف های افقی یا عمودی با تراز لوله یا در خط
سطح گسترش یافته: لوله های کنوکشن اغلب با باله ها یا دنده ها برای افزایش منطقه انتقال گرما فراهم می شود
لوله های محافظ: اولین 2 × 3 ردیف لوله های محرک که در معرض گرما تابش از جعبه آتش قرار دارند، به طور معمول لخت هستند (بدون باله) برای جلوگیری از آسیب باله از قرار گرفتن در معرض درجه حرارت بالا
انواع رایج لوله ها: لوله های برهنه، لوله های بالدار، لوله های پُر (پین لوله)
انتقال / لوله کشی متقاطع
لوله های متقاطع خروجی بخش کنوکسیون را به ورودی بخش تابش متصل می کنند (یا برعکس) ، که معمولاً خارج از محفظه گرم کننده قرار دارد.لوله های متقاطع باید به گسترش حرارتی بین بخش ها اجازه دهند..
پارامترهای طراحی کویل ️ بر اساس API 560 / ASME B313
| پارامتر | محدوده | استاندارد / یادداشت |
|---|---|---|
| مصرف بیش از حد لوله | 50.8 میلیمتر 273.1 میلیمتر (2" 10.75") | بر اساس API 560 جدول 4 |
| ضخامت دیواره لوله | 3.0mm 25.0mm | بر اساس API 530 (حساب ضخامت لوله) |
| طول لوله (به هر بخش مستقیم) | 3.0 متر 15.0 متر | محدود به حمل و نقل |
| فشار طراحی | تا 35 MPa | طبق ASME B31.3 / API 560 |
| دمای طراحی (معدنی لوله) | تا ۵۹۰ درجه سانتیگراد | وابسته به مواد؛ Cr-Mo برای > 425 °C |
| اجازه خوردگی | طبق API 56071.2 | حداقل مشخصات هر خریدار |
| ارتفاع لوله (از مرکز به مرکز) | 2 × OD لوله (نقطه کوتاه استاندارد) | بر اساس API 560 جدول 4 |
| حداکثر جریان گرمایی مجاز | بر اساس API 560 / طراحی بخش تابش | درجه حرارت فلز لوله را تعیین می کند |
انتخاب مواد ️ مواد لوله لوله (بر اساس جدول 5 API 560)
فولاد کربن
| درجه | مشخصات | دمای حداکثر | درخواست |
|---|---|---|---|
| SA-106 Gr.B / SA-192 | ASTM A106 / A192 | ~425°C | خدمات عمومی پالایشگاه، دمای متوسط |
| SA-210 Gr.A1 | ASTM A210 | ~425°C | خدمات لوله های بخار و بخار |
| 20# | GB 9948 | ~425°C | استاندارد داخلی برای سرویس کرک نفت |
فولاد های آلیاژ کرومیوم مولیبدن
| درجه | ترکیب | دمای حداکثر | درخواست |
|---|---|---|---|
| SA-209 T1a | 0.5Cr-0.5Mo | ~540°C | دمای متوسط بالا |
| SA-213 T11 | 1.25Cr-0.5Mo | ~590°C | لوله های گرم کننده پالایشگاه؛ مقاومت متوسط در برابر خزیدن |
| SA-213 T22 | 2.25Cr-1Mo | ~590°C | هیدروکرکر، رفرمر، دمای بالا/دسترسی بالا |
| SA-213 T5 | 5Cr-0.5Mo | ~590°C | خدمات خوردگی در دمای بالا |
| SA-213 T9 | 9Cr-1Mo | ~590°C | خدمات فرسایش در دمای بالا |
| SA-213 T91 | 9Cr-1Mo-V | ~590°C | خدمات پیشرفته ارتعاش در دمای بالا |
فولاد های استنیتی
| درجه | دمای حداکثر | درخواست |
|---|---|---|
| TP304H / TP321H | ~600 درجه سانتیگراد | دمای بالا، مقاومت در برابر خوردگی، مقاومت در برابر خزیدن |
| TP316L | ~ 450 درجه سانتیگراد | مصرف حاوی کلرید (معتدل) |
| TP347H | ~600 درجه سانتیگراد | مقاومت در برابر خزیدن در دمای بالا؛ درجه ثبات یافته |
| SUS310S | ~ 700 درجه سانتیگراد | مقاومت شدید در برابر اکسیداسیون در دمای بالا |
آلیاژ های نیکل
| درجه | دمای حداکثر | درخواست |
|---|---|---|
| آلیاژ 800H / 800HT | ~600 درجه سانتیگراد | سرویس خوردگی در دمای بالا؛ گاز ترش |
پیکربندی کپسول
بر اساس API 560، پشتیبانی لوله برای حفظ تراز لوله و جلوگیری از خم شدن یا لرزش مورد نیاز است:
بخش شعاعی: آویزان های لوله (برای لوله های عمودی) ، پشتیبانی های راهنما (برای لوله های افقی) یا لنگرهای آتش گیر
بخش کنوکسیون: صفحه های پشتیبان یا ورق های لوله ای با سوراخ های سوراخ شده برای پذیرش لوله ها
فاصله پشتیبان: با اندازه لوله، ماده و دمای کار مشخص می شود
راهنمای لوله: اجازه گسترش حرارتی محوری در حالی که محدود کردن حرکت جانبی
مدیریت گسترش حرارتی
طناب های گرم کننده آتش به دلیل تفاوت دمای بین شرایط راه اندازی و عملکرد، گسترش حرارتی قابل توجهی را تجربه می کنند.
گسترش از طریق:
خم های بازگشت: لوازم U شکل که گسترش تفاوتی بین لوله های مجاور را جذب می کنند
حلقه های گسترش: پیکربندی لوله ای که گسترش محوری را جذب می کند
پشتیبانی های هدایت شده: اجازه دهید لوله ها در حالی که موازی را حفظ می کنند به صورت محوری حرکت کنند
انبوهی شناور: کلاهک هایی که با کویل حرکت می کنند تا گسترش را جذب کنند
سطح گسترش یافته ️ باله ها و بندها (بخش کنوکشن)
برای افزایش انتقال گرما در بخش کنوکشن، لوله ها اغلب با سطح گسترده ای فراهم می شوند:
| نوع سطح گسترش یافته | توضیحات | درخواست |
|---|---|---|
| لوله های بالدار | باله های مارپیچی جوشیده یا به لوله OD فشار داده شده اند | بخش کنوکسیون؛ سطح را 5×10× افزایش می دهد |
| لوله های پُر شده | پود ها (پین ها) بر روی سطح لوله جوش داده شده اند | خدمات آلودگی؛ اجازه می دهد تا دود بدون آسیب به باله ها |
| باله ی میله دار | باله های شکسته یا دنده دار برای یک ضریب انتقال گرما بالاتر | خدمات کنوکشن با کارایی بالا |
پارامترهای معمولی باله/پوش:
ارتفاع باله: 12mm 25mm
ارتفاع باله: 4 × 12 باله در اینچ (FPI)
مواد باله: فولاد کربن، فولاد ضد زنگ یا فولاد آلیاژ
مواد استودی: معمولاً مشابه مواد لوله یا آلیاژ سازگار است
پیچ های بازگشت اتصال کویل
خم های بازگشت لوله های مجاور را در کویل های چند گذر متصل می کنند و جهت جریان را 180 درجه معکوس می کنند:
مکان: داخل جعبه آتش (بخش تابش) یا داخل جعبه سر (محفظه ای عایق شده خارج از جعبه آتش)
فشار و دمای طراحی شده: خم های بازگشت در داخل جعبه آتش ، مشابه لوله های اتصال ، در داخل جعبه سر ، فشار طراحی مشابه ، دمای مایع +30 °C
ضخامت: حداقل همان ضخامت لوله های اتصال
لوازم: لوازم درخشانی جوشیده شده نباید استفاده شود.
استانداردها: SH/T 3065 (پرتروشیمیک لوله ای گرماگردانی گرماگردانی) ، ASME B16.9
ابعاد منحنی مرکز به مرکز (بر اساس جدول 4 API 560):
| OD لوله (ملی متر) | هدر مرکز به مرکز (ملی متر) |
|---|---|
| 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 |
عنوان ها و دسته های مختلف
سرپوش ها (مجموعه های ورودی و خروجی) مایع فرآیند را به داخل و خارج از سیم پیچ لوله توزیع می کنند:
کلاهک های پلاگین: پلاگین های قابل برداشت برای دسترسی به لوله؛ برای سرویس تمیز استفاده می شود
سرپوش های صفحه پوشش: پوشش پیچ دار برای دسترسی کامل لوله؛ برای سرویس آلودگی استفاده می شود
سر دسته های لوله: ساخت و ساز جوشیده شده؛ برای خدمات با فشار بالا استفاده می شود
فشار طراحی: مشابه لوله های اتصال
دمای طراحی: دمای مایع در آن مکان +30°C برای نصب جعبه سر
فرآیند ساخت ️ مونتاژ سیم کشی لوله
آماده سازی لوله ها: لوله های برش به طول؛ پایان ها بر اساس ASME B16.25 برای جوشیدن با تکه
چسباندن خم برگشت: خم های برگشت به انتهای لوله جوش داده شده (GTAW root + SMAW fill) بر اساس بخش IX ASME
جوشکاری باله/پنجه: باله ها یا پنجه های جوشکاری به لوله های کنوکشن (جوشکاری با فرکانس بالا یا جوشکاری با مقاومت)
جمع آوری کویل: لوله ها در ردیف ها جمع شده و به پشتیبانان متصل می شوند
اتصال سر: سر که به ورودی یا خروجی کویل جوش داده شده است
PWHT: برای آلیاژ های Cr-Mo و بخش های فولاد کربن با دیواره ضخیم مورد نیاز است (بر اساس ASME B31.3 / API 560)
آزمایش هیدروستاتیک: 1.5 × فشار طراحی (بر اساس API 560 / ASME B31.3)
کاربرد آتش شکن / عایق بندی: در پوشش و پشتیبانی لوله ها اعمال می شود (در زمینه نصب شده)
بازرسی و آزمایش (بر اساس API 560 / ASME B31.3)
بررسی غیر مخرب (NDE)
| بررسی | روش | دامنه | معیارهای پذیرش |
|---|---|---|---|
| سطح لوله | PT یا MT | 100٪ از جوش و خم | طبق ASME / API 560 |
| جوش های پشت | RT یا UT | 100٪ (بر اساس API 560 / ASME B31.3) | طبق بخش VIII / B31 ASME.3 |
| جوش های خم برگشت | PT + RT | 100 درصد | طبق SH/T 3065 / ASME B16.9 |
| جوشکاری باله ها | آزمایش بصری + کشش | نمونه در هر دسته | هیچ ترک و شکافی وجود ندارد؛ قدرت کشش ≥ مشخص شده |
| ابعاد | قالب / CMM | در هر نقشه کویل | طبق ASME B16.9 / SH/T 3065 |
| PMI | طیف سنج XRF | 100 درصد از دسته های مواد | گواهی مواد تطابق |
آزمایش هیدروستاتیک
فشار آزمایش: 1.5 × فشار طراحی (بر اساس API 560 / ASME B31.3)
محیط آزمایش: آب تمیز با مهار کننده خوردگی
زمان نگه داری: ≥30 دقیقه
پذیرش: کاهش فشار صفر؛ هیچ نشت قابل مشاهده ای در هر جوش و یا اتصال
آزمایش نشت پنوماتیک (اگر مشخص شده باشد)
فشار آزمایش: 0.6 MPa هوا یا نیتروژن
تشخیص نشت: طیف سنجی جرم حباب صابون یا هلیوم
پذیرش: هیچ حباب وجود ندارد؛ نرخ نشت ≤ 1 × 10-5 Pa·m3/s
پروفایل های کاربرد ️ پیکربندی های کویل بر اساس نوع بخاری
بخاری استوانه ای (عمودی)
نوع کپسول: کپسول تابشی مارپیچی (گرده ای) + کپسول کنوکشن افقی
ترتیب لوله ها: لوله های عمودی در دایره های متمرکز؛ خم های بازگشت در بالا و پایین
کاربرد: گرمایشگاه های پالایشگاه کوچک و متوسط؛ آبگرمکن های مجدد؛ گرمایشگاه های فرآیند
بخاری جعبه (افقی)
نوع کویل: کویل شعاعی سرپنتین (درخشش افقی یا عمودی) + کویل محرک افقی
ترتیب لوله: لوله ها در ردیف های متعدد؛ خم های بازگشت در جعبه های سر در خارج از جعبه آتش
کاربرد: گرمایشگاه های پالایشگاه بزرگ؛ گرمایشگاه های خام؛ گرمایشگاه های خلاء
بخاری دوقلو / چند سلول
نوع کویل: دو قطب شعاعی که یک قطب محرک مشترک دارند
ترتیب لوله: لوله ها از هر دو طرف شلیک می شوند
کاربرد: گرمایشگاه های پالایشگاه با ظرفیت بالا؛ کوره های اصلاح کننده
بخاری های تخصصی
کوره اصلاح کننده: لوله های پر از کاتالیزور (عمودی) با خم های U؛ مواد آلیاژ با دمای بالا
کوره ترکابی اتیلن: لوله های آلیاژ بالا با هندسه ای خاص
کوره تولید هیدروژن: لوله های اصلاح کننده با کاتالیزور؛ خدمات هیدروژن با فشار بالا
مدارک برای هر محموله
گواهینامه های آزمایش مواد (EN 10204 3.1 یا 3.2)
ورق داده های API 560 / ASME B31.3
گزارش بازرسی ابعاد (OD لوله، ضخامت دیوار، ارتفاع، شعاع خم، مرکز به مرکز)
گزارش های NDE ️ PT/MT/RT/UT/PMI
گزارش آزمایش هیدروستاتیک (با ثبت فشار و زمان)
گزارش آزمایش نشت پنوماتیک (اگر انجام شده باشد)
مشخصات روش جوش (WPS) و سوابق صلاحیت فرآیند (PQR)
نمودار PWHT (سنجش زمان و دمای)
نقشه کویل به عنوان ساخته شده با تعداد لوله ها، پیکربندی عبور، ابعاد سر
روش جوشکاری باله/پست و سوابق آزمایش کشش (اگر باله/پست داشته باشد)
فهرست چک انتخاب ️ سیم پیچ لوله گرم کننده
نوع بخار دهنده ️ استوانه ای / جعبه / دوقلو / اصلاح کننده / ترک
بخش کویل تابش دهنده / محرک / هر دو
OD لوله و ضخامت دیواره ️ مطابق API 560 / ASME B313
درجه مواد لوله ٪ CS / Cr-Mo / SS / آلیاژ ٪ بر اساس API 560 جدول 5
فشار و دما طراحی شده مطابق با API 560 / ASME B313
پیکربندی کویل Serpentine / Helical / Single-pass / Multi-pass
تعداد گذرگاه ها تعیین مقدار و ترتیب پیچ بازگشت
سطح گسترده مورد نیاز ️ برهنه / پرنده دار / پرنده دار ️ پارامترهای پرنده / پرنده را مشخص کنید
نوع خم برگشت عرض کوتاه (2 × OD لوله) / عرض طولانی (3 × OD لوله)
نوع سرپوش ️ پلگ / صفحه پوشش / دسته لوله
اجازه خوردگی ️ بر اساس API 560 7.1.2
الزامات PWHT ️ بر اساس مواد و ضخامت
الزامات NDE Per API 560 یا مشخصات پروژه
روش تمیز کردن ️ پاکسازی بخار-هوا / خرگوش گیری مکانیکی ️ بر طراحی کویل تاثیر می گذارد
اعلامیه محدودیت طراحی ️ سیم پیچ لوله گرم کننده
کپسول لوله گرم کننده ی سوخته تحت محدودیت های زیر قرار می گیرد:
فقط برای فشار و دمای طراحی که در ورق داده مشخص شده است، مجاز است. کار کردن خارج از این محدودیت ها طراحی را باطل می کند.
دمای فلز لوله نباید از حداکثر دمای مجاز استفاده از مواد در فشار طراحی مشخص شده بیشتر باشد.
لوازم درخشانی جوشیده شده (گروه های بازگشت) نباید طبق API 560 8 استفاده شوند.3.4
کویل باید برای گسترش حرارتی طراحی شده باشد؛ عدم مناسب شدن گسترش منجر به تحریف لوله، آسیب پشتیبانی یا شکست جوش می شود
مناسب برای مایعات با محتوای جامد بالا (> 2٪ در وزن) بدون انتخاب مواد مقاوم به فرسایش یا افزایش ضخامت دیوار نیست
لوله های بالدار / پر شده در بخش های کنوکسیون نیاز به دمیدن دود یا تمیز کردن برای حفظ عملکرد دارند؛ آلودگی باعث کاهش فشار و کاهش انتقال گرما می شود
تعویض کویل نیاز به تطابق دقیق با هندسه گرم کننده موجود دارد (پیچ لوله، پیکربندی عبور، ابعاد سرپوش)
