Rurka cewkowa jako podstawowa powierzchnia przenoszenia ciepła
Węzeł ciepłownicy jest ciągłym rurowym zestawem, przez który płyn procesowy przepływa, gdy jest podgrzany przez gazy spalania w ciepłownicy.Zwoja rurkowa jest podstawową powierzchnią przesyłu ciepła grzejnika wypalonego, wchłaniając energię cieplną z promieniowania płomienia (sekcja promieniowania) i konwekcji gorących gazów spalinowych (sekcja konwekcji).
Podgrzewacz pod paleniem to urządzenie grzewcze pod paleniem bezpośrednim, w którym płyn procesowy przepływa wewnątrz rur, podczas gdy spalanie paliwa odbywa się na zewnątrz rur.Rurka cewkowa jest kluczowym elementem zawierającym ciśnienie grzejnika spalinowego i jest zaprojektowana i wytwarzana zgodnie z API 560 (grzejniki spalinowe dla ogólnej służby rafinerii), ASME B31.3 (rurociągi procesowe) i GB/T 16507 (kotły wodociągowe) do zastosowań domowych.
Sekcje grzejników pod paleniem Konfiguracja cewki według lokalizacji
Węzeł sekcji promieniowania
Sekcja promieniowania (składnik ogniowy) jest miejscem, w którym płyn procesowy otrzymuje większość ciepła poprzez bezpośrednie promieniowanie płomienia.Rury w sekcji promieniowania są narażone na najwyższy przepływ ciepła i temperatury metalu rury.
Rozmieszczenie rur: pionowe (helikusowe lub wędrówkowe) lub poziome (jednorzędowe lub wielorzędowe)
Podstawa rury: Rury promieniowania są podtrzymywane za pomocą zawiasów rury, wsparć przewodników lub ogniotrwałych kotwic
Przepływ ciepła: przeważająca jest przenoszenie ciepła przez promieniowanie; temperatura metalu w rurze jest zazwyczaj 50°C-100°C wyższa niż temperatura wyjścia płynu procesowego
Wspólne konfiguracje:
Spiralna cewka: Rury spiralne wokół obwodu komory; powszechne w ogrzewaniach cylindrycznych
Węzeł serpentynowy: Rury rozmieszczone w wielu przejściach poziomych lub pionowych z zakrętami powrotnymi łączącymi sąsiednie rury
Jednoprzejściowa cewka: Każda rurka biegnie od wejścia do wyjścia bez skrętów pośrednich
Wieloprzechodnia cewka: płyn procesowy przechodzi wiele razy przez sekcję promieniującą poprzez zakręty zwrotne
Węzeł sekcji konwekcyjnej
Sekcja konwekcyjna znajduje się powyżej sekcji promieniowania, gdzie transfer ciepła następuje głównie przez przymusową konwekcję z gorących gazów dymnych.Rury w sekcji konwekcyjnej działają przy niższym strumieniu ciepła i temperaturze metalu rury.
Rozmieszczenie rur: poziome lub pionowe rzędy z rozkładem lub w linii rur
Rozszerzona powierzchnia: Rury konwekcyjne są często wyposażone w płetwy lub kłęby, aby zwiększyć powierzchnię przenoszenia ciepła
Rury osłonowe: Pierwsze 2 ̇3 rzędy rur konwekcyjnych narażonych na promieniowanie ciepła z komory ogniowej są zazwyczaj gołe (bez płetw), aby zapobiec uszkodzeniu płetw z powodu wysokiej temperatury
Powszechne rodzaje rur: rury gołe, rury z płetwami, rury z zaciskami (rury z zaciskami)
Przejściowe / przejściowe rurociągi
Przewody krzyżowe łączą wyjście sekcji konwekcyjnej z wejściem sekcji promieniowania (lub odwrotnie), zazwyczaj znajdujące się poza obudową grzejnika.Rury krzyżowe muszą umożliwiać rozszerzenie cieplne między sekcjami.
Parametry projektowania cewki Per API 560 / ASME B31.3
| Parametry | Zakres | Standardowa / Uwaga |
|---|---|---|
| Przedawkowanie rur | 50.8mm 273.1mm (2" 10.75") | Zgodnie z API 560 tabela 4 |
| Grubość ścian rur | 30,0 mm 25,0 mm | Zgodnie z API 530 (obliczenie grubości rur) |
| Długość rur (na przecinek prosty) | 3.0m 15.0m | Ograniczone transportem i obsługą |
| Ciśnienie projektowe | Do 35 MPa | Zgodnie z ASME B31.3 / API 560 |
| Temperatura konstrukcyjna (metal rury) | Do 590°C | Zależne od materiału; Cr-Mo dla temperatury > 425°C |
| Dopuszczalność do korozji | Zgodnie z API 560 7.1.2 | Minimalna specyfikacja na nabywcę |
| Odległość rury (od środka do środka) | 2 × OD rurki (standardowy krótki promień) | Zgodnie z API 560 tabela 4 |
| Maksymalny dopuszczalny przepływ ciepła | Zgodnie z API 560 / projekt sekcji promieniowania | Określa temperaturę metalu rurki |
Wybór materiału Materiale cewki rurkowej (według tabeli 5 API 560)
Stalo węglowe
| Klasa | Specyfikacja | Maksymalna temperatura | Zastosowanie |
|---|---|---|---|
| SA-106 Gr.B / SA-192 | ASTM A106 / A192 | ~425°C | Ogólna usługa rafinerii, umiarkowana temperatura |
| SA-210 Gr.A1 | ASTM A210 | ~425°C | Obsługa kotłów i rur grzewczych |
| 20# | GB 9948 | ~425°C | Normy krajowe dotyczące usług krakingu ropy naftowej |
Stali stopowe z chromu i molibdenu
| Klasa | Skład | Maksymalna temperatura | Zastosowanie |
|---|---|---|---|
| SA-209 T1a | 0.5Cr-0.5Mo | ~540°C | Umiarkowana podwyższona temperatura |
| SA-213 T11 | 10,25Cr-0,5Mo | ~ 590°C | Rury grzejników rafinerii; umiarkowana odporność na ślizganie się |
| SA-213 T22 | 2.25Cr-1Mo | ~ 590°C | Hydrokraker, reformator, wysokiej temperatury/wysokiego ciśnienia |
| SA-213 T5 | 5Cr-0,5Mo | ~ 590°C | Usługa korozyjna w wysokiej temperaturze |
| SA-213 T9 | 9Cr-1Mo | ~ 590°C | Usługa erozji wysokotemperaturowej |
| SA-213 T91 | 9Cr-1Mo-V | ~ 590°C | Zaawansowana wysokotemperaturowa usługa pełzania |
Wyroby z stali nierdzewnej
| Klasa | Maksymalna temperatura | Zastosowanie |
|---|---|---|
| TP304H / TP321H | ~ 600°C | Podwyższona temperatura, odporność na korozję, odporność na pełzanie |
| TP316L | ~ 450°C | Podawanie zawierające chlor (umiarkowane) |
| TP347H | ~ 600°C | Odporność na wkręcanie w wysokiej temperaturze; stopień stabilizowany |
| SUS310S | ~ 700°C | Ekstremalna odporność na utlenianie w wysokich temperaturach |
Zestawy niklu
| Klasa | Maksymalna temperatura | Zastosowanie |
|---|---|---|
| Stopy 800H / 800HT | ~ 600°C | Wykorzystanie żrącego w wysokiej temperaturze; gaz kwaśny |
Konfiguracja cewki
Zgodnie z normą API 560 potrzebne są wsparcie rur w celu utrzymania ustawienia rur i zapobiegania opuszczeniu lub wibracjom:
Sekcja promieniowa: obwieszki rurowe (dla rur pionowych), wsparcia przewodzące (dla rur poziomych) lub kotwice ogniotrwałe
Sekcja konwekcyjna: płyty podtrzymujące lub arkusze rur z otworami do przyjmowania rur
Odległość między podtrzymańami: określona przez rozmiar rur, materiał i temperaturę pracy
Wskazówki rur: umożliwiają rozszerzenie termiczne osiowe przy jednoczesnym ograniczeniu ruchu bocznego
Zarządzanie rozszerzeniem cieplnym
Węzły grzejników pod paleniem doświadczają znaczącej ekspansji termicznej z powodu różnic temperatur między warunkami uruchomienia i pracy
Rozszerzenie realizowane jest poprzez:
Zwrotne zakręty: elementy o kształcie U, które absorbują rozszerzenie różnicowe między sąsiednimi rurami
Pętle rozszerzające: konfiguracje rur absorbujące rozszerzenie osiowe
Podpory kierowane: pozwalają na przesuwanie rur ośniowo przy zachowaniu ustawienia
Pływające zbiorniki: nagłówki, które poruszają się z cewką, aby wchłonąć rozszerzenie
Powierzchnia rozszerzona ️ płetwy i sztywki (sekcja konwekcyjna)
Aby zwiększyć przenoszenie ciepła w sekcji konwekcyjnej, rury są często wyposażone w rozszerzoną powierzchnię:
| Typ powierzchni rozszerzonej | Opis | Zastosowanie |
|---|---|---|
| Rury z płetwami | Płetwy spiralne spawane lub wytłuszczone na rurze OD | Sekcja konwekcyjna; zwiększa powierzchnię o 5×10 × |
| Rury z zaciskiem | Włókna, o masie przekraczającej 50 cm3 | Usługa oczyszczania; umożliwia oddychanie sadzy bez uszkodzenia płetwy |
| Płetwy żółte | Płytki lub płetwy zębowe dla większego współczynnika przenoszenia ciepła | Usługa konwekcji o wysokiej wydajności |
Typowe parametry płetwy/płetwy:
Wysokość płetwy: 12 mm ∼ 25 mm
Odległość płetw: 4 12 płetw na cal (FPI)
Materiał płetw: stal węglowa, stal nierdzewna lub stal stopowa
Materiał odnośnik: zazwyczaj taki sam jak materiał rur lub zgodny stop
Zwrotne zgięcia
Zwrotne zakręty łączą sąsiadujące rury w cewkach wielokrotnych, odwracając kierunek przepływu o 180°:
Miejsce: wewnątrz komory ogniowej (sekcja promieniowania) lub w komorze głowicowej (izolowane pomieszczenie poza komorą ogniową)
Ciśnienie i temperatura projektowe: zakręty zwrotne wewnątrz komory ogniowej, takie same jak w przypadku rur łączących; wewnątrz komory nagłówkowej, takie same ciśnienie projektowe, temperatura płynu +30°C
Grubość: co najmniej taką samą grubość co rury łącznikowe
Wyroby: nie stosuje się narzędzi spawanych wzdłużnie.
Standardy: SH/T 3065 (Petrokemia Tubular Heater Return Bends), ASME B16.9
Zwrot wymiarów zakrętu od środka do środka (według tabeli 4 API 560):
| OD rurki (mm) | Główka od środka do środka (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 |
Nagłówki i wielokrotności
Głowice (zbiorniki wejściowe i wyjściowe) dystrybuują płyn procesowy do cewki rur i z niej:
Głowice wtyczek: Wtyczki odnośne do dostępu do rur; używane do obsługi czystości
Głowice płytek pokrywczych: Głowice z przyrządem śrubkowym dla pełnego dostępu do rur; stosowane do obsługi zanieczyszczenia
Głowice zbiorników rurowych: konstrukcja spawana; stosowane do pracy pod wysokim ciśnieniem
Ciśnienie konstrukcyjne: takie samo jak w przypadku rur łącznikowych
Temperatura konstrukcyjna: temperatura płynu w tym miejscu +30°C dla instalacji w pudełku nagłówkowym
Proces wytwarzania
Przygotowanie rur: Rury obcięte na długość; końce zawieszone według normy ASME B16.25 do spawania przyciskowego
Przymocowanie zwrotnego zakrętu: zakręty zwrotne spawane do końców rur (korzeń GTAW + wypełnienie SMAW) zgodnie z sekcją IX normy ASME
Spawanie płetwami/pręgami: płetwy lub pręgi spawane do rur konwekcyjnych (spawanie wysokiej częstotliwości lub spawanie oporowe)
Zgromadzenie cewki: Rury złożone w rzędy i przymocowane do nośników
Przymocowanie głowicy: głowice spawane do wejścia/wyjścia na cewce
PWHT: wymagane dla stopów Cr-Mo i sekcji z grubej ściany ze stali węglowej (zgodnie z normą ASME B31.3 / API 560)
Badanie hydrostatyczne: 1,5 × ciśnienie projektowe (zgodnie z API 560 / ASME B31.3)
Aplikacja ogniotrwała/izolacyjna: stosowana na obudowach i podłogach rur (instalowana w terenie)
Kontrola i badania (według API 560 / ASME B31.3)
Badanie nieniszczące (NDE)
| Badanie | Metoda | Zakres | Kryteria akceptacji |
|---|---|---|---|
| Powierzchnia rur | PT lub MT | 100% spań i gięć | Zgodnie z ASME / API 560 |
| Wyroby z pieczarkami | RT lub UT | 100% (zgodnie z API 560 / ASME B31.3) | Zgodnie z sekcją ASME VIII / B31.3 |
| Złoty zwrotne | PT + RT | 100% | Zgodnie z SH/T 3065 / ASME B16.9 |
| Złoty płetwy/przęsie | Badanie wzrokowe + ciąg | Próbka na partię | Brak pęknięć; wytrzymałość ciągnięcia ≥ określona |
| Wymiarowe | Wzór / CMM | Na rysunek cewki | Zgodnie z ASME B16.9 / SH/T 3065 |
| PZP | Spektrometr XRF | 100% partii materiału | Świadectwo zgodności materiału |
Badanie hydrostatyczne
Ciśnienie badawcze: 1,5 × ciśnienie projektowe (według API 560 / ASME B31.3)
Środek badawczy: czysta woda z inhibitorem korozji
Czas trwania: ≥ 30 minut
Akceptacja: zerowa spadek ciśnienia; brak widocznych wycieków w żadnym spawaniu lub montażu
Badanie wycieku pneumatycznego (jeśli określono)
Ciśnienie badawcze: 0,6 MPa powietrza lub azotu
Wykrywanie wycieków: spektrometria mas mydłowych bąbelków lub helu
Akceptacja: Brak pęcherzyków; szybkość wycieku ≤ 1×10−5 Pa·m3/s
Profile zastosowań Konfiguracje cewki według typu grzejnika
Ogrzewacz cylindryczny (pionowy)
Rodzaj cewki: cewka spiralna + cewka konwekcyjna
Układ rur: rurki pionowe w koncentrycznych kółkach; zakręty zwrotne na górze i na dole
Wykorzystanie: Ogrzewacze w małych i średnich rafineriach; powtórnie ogrzewacze; ogrzewacze procesowe
Ogrzewacz pudełkowy (horyzontalny)
Rodzaj cewki: cewka promieniowania serpentyna (przechodzenia poziome lub pionowe) + cewka konwekcji poziomej
Rozmieszczenie rur: Rury w wielu rzędach; zakręty zwrotne w skrzyniach nagłówkowych poza skrzynką ogniową
Zastosowanie: duże grzejniki rafinerii; grzejniki surowca; grzejniki próżniowe
Podgrzewacz podwójny / wielokomórkowy
Rodzaj cewki: podwójne sekcje promieniowe dzielące wspólną sekcję konwekcyjną
Rozmieszczenie rur: rurki wystrzelone z obu stron
Zastosowanie: Ogrzewacze rafinerii o dużej pojemności; piece reformerowe
Specjalne grzejniki
Piece reformatorskie: rurki wypełnione katalizatorem (wertikalne) z zakrętami w kształcie U; materiały stopowe o wysokiej temperaturze
Piece krakingowe etylenowe: Rury wysokobudowe o specjalistycznej geometrii cewkowej
Piece do wytwarzania wodoru: Rury reformatorskie z katalizatorem; usługa wodorowa pod wysokim ciśnieniem
Dokumentacja dla każdej przesyłki
Świadectwa badania materiałów (EN 10204 3.1 lub 3.2)
Strona danych API 560 / ASME B31.3
Sprawozdanie z inspekcji wymiarowej (zawartość rur, grubość ściany, pasmo, promień zakrętu, od środka do środka)
Raporty o NDE w stosownych przypadkach
Sprawozdanie z badania hydrostatycznego (z zapisami ciśnienia i czasu)
Sprawozdanie z badania przecieku pneumatycznego (jeśli wykonane)
Specyfikacja procedury spawania (WPS) i dokumentacja kwalifikacyjna procedury (PQR)
wykres PWHT (rejestracja czasu i temperatury)
Rysunek cewki w stanie konstrukcyjnym z liczbą rur, konfiguracją przejścia, wymiarami nagłówka
Procedura spawania płetwy/płytki i zapisy badania ciągnięcia (jeśli jest wyposażone w płetwy/płytki)
Lista kontrolna wyboru
Rodzaj grzejnika Zębowy / Pudełkowy / Podwójny / Reformator / Pęknięcie
Sekcja cewki Radiant / Konwekcja / Obie
OD i grubość ścian rur Per API 560 / ASME B31.3
Stopień materiału rurowego: CS/Cr-Mo/SS/stopek: według API 560 tabela 5
Ciśnienie i temperatura projektowe Per API 560 / ASME B31.3
Konfiguracja cewki Serpentine / Helical / Single-pass / Multi-pass
Liczba przechodów Determinuje ilość zakrętu powrotnego i układ
Wymaga się rozszerzonej powierzchni
Rodzaj zakrętu powrotnego Króty promień (2× OD rurki) / Długi promień (3× OD rurki)
Rodzaj nagłówka Plug / Płytka pokrywająca / Zbiornik rur
Dopuszczalny poziom korozji: według API 560 7.1.2
Wymagania dotyczące PWHT
Wymóg NDE Per API 560 lub specyfikacja projektu
Metoda czyszczenia
Oświadczenie o ograniczeniu projektowania
Węzeł cieplnej rurki grzejnika podlega następującym ograniczeniom:
Jest przeznaczony wyłącznie dla ciśnienia projektowego i temperatury określonej na arkuszu danych; działanie poza tymi limitami unieważnia projekt
Temperatura metalu rury nie może przekraczać maksymalnej dopuszczalnej temperatury eksploatacyjnej materiału przy określonej ciśnieniu projektowym
Wymagania w zakresie bezpieczeństwa w przypadku pojazdów silnikowych3.4
Węzeł musi być zaprojektowany do rozszerzania termicznego; nieodpowiednie dopasowanie rozszerzania prowadzi do zniekształcenia rur, uszkodzenia podtrzymania lub awarii spawania
Nie nadaje się do płynów o wysokiej zawartości substancji stałych (> 2% masy) bez wyboru materiału odpornego na erozję lub zwiększonej grubości ściany
Rury z płetwami w sekcjach konwekcyjnych wymagają dmuchania sadzami lub czyszczenia, aby utrzymać wydajność; skażenie zwiększa spadek ciśnienia i zmniejsza transfer ciepła
Zmiana cewki wymaga starannego dopasowania do istniejącej geometrii grzejnika (przełożenie rury, konfiguracja przejścia, wymiary nagłówka)
