Теплообменник для труб и оболочек - обменник для подачи сточных вод с стандартами 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 streamЭто оборудование расположено вверх по течению от нагревателя и служит основным устройством восстановления тепла в процессах каталитических реакций, включая гидрообработку нефти, каталитическое реформирование,обезвоживание (e.г., процесс CatofinTM), синтез аммиака и гидрокрекинг.

Обменник сточных вод снижает расход топлива на обогревателе, восстанавливая тепловую энергию, которая в противном случае выделяется в атмосферу или охлаждающую воду.Для нагревателя с фиксированной мощностью, более высокая тепловозвратность в обменнике сточных вод питания увеличивает длину цикла катализатора и улучшает общую пропускную способность установки.

Данный продукт разработан и изготовлен в соответствии с требованиями TEMA класса R (услуги в нефтеперерабатывающих заводах), ASME раздел VIII раздел 1 или раздел 2 и API 661 / ISO 13706, где это применимо.

В типичной схеме потока процесса каталитической реакции:

• Ввод холодной реакции (жидкой или смешанной фазы) в сторону оболочки или трубы обменника сточных вод питания
• Горячие отходы реактора (газовые или смешаннофазные при 400°C-600°C) протекают по противоположной стороне
• Тепло переводится из сточных вод в корм, предварительно нагревая корм, прежде чем он попадает в нагреватель с огней
• Выброс охлаждается, частично конденсируя ценные продукты для разделения ниже

Обменник сточных вод питания может восстановить 70~80% от общей тепловой нагрузки, необходимой для предварительного нагрева питания.

Термодинамическая выгода определяется путем наложения кривой нагрева подачи и кривой охлаждения сточных вод. При минимальной температуре приближения 50°C типичный обменник сточных вод может восстановить 20.8 МВт из 27,5 МВт общего спроса на питание, причем остальные 6,7 МВт обеспечивают нагреватели.

Обменник сточных вод питания обычно работает с тремя различными зонами теплопередачи вдоль длины трубы, каждая из которых имеет различные механизмы и коэффициенты:

Общий коэффициент теплопередачи (OHTC) для смешаннофазных обменников сточных вод обычно составляет от 50 до 70 Вт/м2·К для предварительного размещения,с конечными значениями, зависящими от скорости потока и факторов загрязнения.

Ориентация

• Вертикальная (техасская башня)
• Горизонтальный

Тип узла труб (TEMA)

• BEU (U-tube bundle) - рекомендуется для водородного обслуживания (частичное давление водорода ≥ 3,5 МПа или содержание H2 ≥ 90 объёмов),поскольку конструкция U-трубки минимизирует соединения трубки с трубкой и обеспечивает тепловое расширение
• BEM / AEM (фиксированный трубчатый лист) применяется при температурной дифференциации в пределах допустимых пределов
• Плавучая головка не обязательна для службы сильного загрязнения

Дизайн баффла

• Вертикальный разрез (сегментальные баффлы, ориентированные вертикально) рекомендуется для двухфазного питания, чтобы обеспечить равномерное распределение фаз жидкости и пара вокруг каждого баффла, уменьшая риск потока слизи
• Спиральные баффлы ∙ альтернативная конструкция для улучшения распределения потока и уменьшения обхода
• Защитные и крыловые баффли с окружностью уплотнений используются в высокоэффективных газо-газовых конструкциях для минимизации утечки и улучшения распределения

Питание, поступающее в обменник сточных вод, обычно представляет собой двуфазную смесь (жидкий углеводород + газообразный водород).и две фазы будут распределяться так, что общее падение давления минимизированоЭто может привести к неправильному распределению, причем жидкость предпочтительно протекает через определенные трубы и газ через другие.

Чтобы решить эту проблему:

• Выбор количества труб: Установите так, чтобы градиент давления хорошо смешанного двухфазного потока был меньше, чем гидростатическая головка только жидкой фазы. Это гарантирует, что жидкость может транспортироваться только как часть двухфазной смеси.
• Распределители фаз: Перфорированные пластины, установленные в заголовках обменника, обеспечивают присутствие газа под всеми трубами.
• Дистрибьюторы для впускных оболочек: Угловые разрезы (10°30°) на впускной оболочке направляют поток подающего газа к трубке для равномерного распределения.
• Гибкие плотины окружности: устанавливается на баффле, чтобы минимизировать утечки и улучшить распределение потока по пучке.

Обменники сточных вод работают в широком диапазоне температур и могут обрабатывать жидкости, содержащие хлориды, сероводород, аммиак и воду.Выбор материала классифицируется по ожидаемой температуре работы:

Для служб, в которых присутствуют аммиак и хлорид водорода (например, NHT-установки), соли хлорида аммония могут оседать при охлаждении сточных вод.Обменник, как правило, спроектирован с перерывной точкой впрыска воды для мытья вверх по течению от зоны образования соли, чтобы позволить смыть, если тепловая или гидравлическая производительность снижается.

Защита от нитрирования сточных газов: В отраслях, где температура сточных вод превышает 425°C (например, синтез аммиака),на оболочке, прилегающей к листовой трубе, может потребоваться покрытие Inconel® или другим антинитридным покрытием до тех пор, пока газ не остынет ниже порога нитридации.

При подаче сточных вод для кормов разница температуры между кормом и сточными водами может превышать 200°C.Конструкция узла U-трубы обеспечивает дифференциальное тепловое расширение между трубами и оболочкой без необходимости расширения соединений.

Для фиксированных конструкций трубных листов расчет теплового напряжения по ASME VIII-1 UG-23 ((c) ограничивает допустимую температурную дифференциальную величину.Требуется конструкция U-трубки или плавучей головы.

Окрашивание в обменниках сточных вод для кормов происходит из-за:

• Осаждение соли хлорида аммония: осаждается, когда сток реактора охлаждается ниже точки соленой росы. смягчается путем впрыска воды вниз по течению обменника или периодического промывания вверх по течению.
• Формирование кокаина или жвачки: из олефиновых или диолефиновых соединений в нефти.При транспортировке кормов в нефтеперерабатывающий завод рекомендуется использовать кислородные стриппиры вверх по течению от установки..
• Степень накопления: из металлических катализаторов или продуктов коррозии.

Мониторинг производительности: индикаторы дифференциального давления по обеим сторонам оболочки и трубы обнаруживают загрязнение.Рекомендуется очищать, когда ΔP превышает проектную ΔP на 30% или когда температура выхода не может быть поддерживаема..

Проверка размеров

• Толерантность OD трубы: ±0,11 мм на ASTM B730
• Толерантность длины узла: ±1,5 мм на TEMA RCB-8
• Допустимость расстояния между баффлами: ±1,5 мм

Неразрушающее исследование

• Соединения трубы с листовой трубой: 100% жидкий проницательный материал (PT) для сварных соединений (по ASME VIII-1 UW-51)
• Продольные и окружности швов оболочки: точечная рентгенография (RT) по ASME UW-52 или полная RT по спецификации
• Сварки головки: 100% RT или PT по конструкции
• Окружное уплотнение на баффелях: визуальный осмотр на правильность приспособления и гибкость

Испытание давления

• Гидростатическое испытание (стороны труб и оболочек): 1,3 × проектное давление по ASME VIII-1 UG-99, стойкость 30 минут, падение давления - нулевое.
• Пневматическое испытание утечки (если указано): 0,6 МПа воздуха или азота; скорость утечки ≤ 1 × 10−5 Pa·m3/s на ASME Приложение VI

• Сертификаты испытаний материалов (EN 10204 3.1 или 3.2) √ материалы для труб, оболочек, голов и фланцев
• Отчет о данных ASME U-штамп (при необходимости)
• Лист данных TEMA (класс R или B, как указано)
• Доклад о измерениях
• Отчет о гидростатическом испытании с записью диаграммы давления
• Отчеты о НЭП (PT/RT/MT в зависимости от случая)
• Спецификация процедуры сварки (WPS) и запись квалификации (PQR)
• Нарисование трубной группы по конструкции
• Отчет о тепловой конструкции (нагрузка на тепло, коррекция LMTD, OHTC, расчеты падения давления)

1. Предоставьте схему потока процесса, показывающую потоки питания и сточных вод, температуру, давление и скорость потока.
2. Укажите состав кормов (жидкий углеводород, H2, газ переработки, загрязнители).
3. Укажите состав сточных вод (включая содержание H2S, NH3, HCl, воды).
4. Укажите температуру входа в реактор и нагрузку на нагреватель.
5. Укажите допустимые падения давления (боки корпуса и трубки).
6. Определить возможные механизмы загрязнения (соли, кокс, шкала).
7. Укажите, требуется ли инъекция воды для мытья и в каком месте.
8. Выбирать класс материала на основе максимальной рабочей температуры и коррозионности.
9. Укажите тип TEMA (BEU рекомендуется для водородного обслуживания).
10. Предоставить условия окружающей среды для оценки холодной загрузки.

Обменники сточных вод не применяются для:

• Услуги с высоким содержанием твердых веществ (> 2 мас. %) без фильтрации вверх по течению
• Реакции, требующие немедленного потушения после катализаторного слоя ∙ обменник сточных вод питания предшествует нагревателю и не может обеспечить регулирование температуры входа в реактор
• Очень низкое частичное давление водорода (< 1,0 МПа), когда загрязнение нагревательной катушки в нагнетаемом нагревателе становится конструкционным ограничением
• Услуги, в которых сточные воды содержат соединения, которые полимеризируются или разлагаются при рабочей температуре обменника, что приводит к быстрому загрязнению