เครื่องแลกเปลี่ยนความร้อนน้ำทิ้งจากฟีด (หรือเรียกอีกอย่างว่าเครื่องแลกเปลี่ยนความร้อนแบบรวมหรือ Texas Tower) คือเครื่องแลกเปลี่ยนความร้อนแบบเปลือกและท่อที่อุ่นฟีดของเครื่องปฏิกรณ์โดยนำความร้อนกลับมาจากกระแสน้ำทิ้งของเครื่องปฏิกรณ์ร้อน อุปกรณ์นี้ตั้งอยู่ต้นทางของเครื่องทำความร้อนแบบใช้เชื้อเพลิงและทำหน้าที่เป็นอุปกรณ์นำความร้อนกลับมาใช้ใหม่ในกระบวนการปฏิกิริยาตัวเร่งปฏิกิริยา รวมถึงการบำบัดด้วยแนฟทาไฮโดรทรีต การปฏิรูปตัวเร่งปฏิกิริยา ดีไฮโดรจีเนชัน (เช่น กระบวนการคาโตฟิน™) การสังเคราะห์แอมโมเนีย และไฮโดรแคร็กกิ้ง
เครื่องแลกเปลี่ยนน้ำทิ้งที่ป้อนจะช่วยลดการใช้เชื้อเพลิงของเครื่องทำความร้อนแบบใช้เชื้อเพลิงโดยการนำพลังงานความร้อนกลับมาใช้ใหม่ ซึ่งมิฉะนั้นจะถูกปฏิเสธสู่ชั้นบรรยากาศหรือไปยังน้ำหล่อเย็น สำหรับเครื่องทำความร้อนแบบยิงที่มีความสามารถในการยิงคงที่ การนำความร้อนกลับมาใช้ใหม่ในตัวแลกเปลี่ยนน้ำทิ้งฟีดจะขยายระยะเวลาวงจรตัวเร่งปฏิกิริยา และปรับปรุงปริมาณงานโดยรวมของโรงงาน
ผลิตภัณฑ์นี้ได้รับการออกแบบและผลิตตาม TEMA Class R (บริการโรงกลั่น), ASME มาตรา VIII ส่วนที่ 1 หรือส่วนที่ 2 และ API 661 / ISO 13706 หากเกี่ยวข้อง
ในรูปแบบการไหลของกระบวนการปฏิกิริยาตัวเร่งปฏิกิริยาทั่วไป:
เครื่องแลกเปลี่ยนน้ำทิ้งจากฟีดสามารถกู้คืนได้ 70–80% ของหน้าที่ความร้อนทั้งหมดที่จำเป็นสำหรับการอุ่นฟีดก่อน เครื่องชั่งจะจ่ายให้โดยเครื่องทำความร้อนแบบยิงเพื่อเพิ่มอัตราป้อนให้เท่ากับอุณหภูมิขาเข้าของเครื่องปฏิกรณ์
ประโยชน์ทางอุณหพลศาสตร์สามารถหาปริมาณได้โดยการวางเส้นโค้งการให้ความร้อนของฟีดและเส้นโค้งการระบายความร้อนของน้ำทิ้งซ้อนทับกัน ที่อุณหภูมิเข้าใกล้ต่ำสุดที่ 50°C เครื่องแลกเปลี่ยนน้ำทิ้งฟีดทั่วไปสามารถกู้คืนได้ 20.8 MW จากความต้องการฟีดทั้งหมด 27.5 MW โดยเครื่องทำความร้อนแบบใช้เชื้อเพลิงจะจ่ายพลังงานที่เหลืออีก 6.7 MW
| พารามิเตอร์ | พิสัย | หมายเหตุ |
|---|---|---|
| อุณหภูมิขาเข้าของฟีด | 20°ซ – 100°ซ | ฟีดของเหลวหรือเฟสผสมจากหน่วยจัดเก็บหรือต้นน้ำ |
| อุณหภูมิทางออกของฟีด | 250°ซ – 370°ซ | อาหารที่อุ่นแล้วเข้าสู่เครื่องทำความร้อนแบบใช้เชื้อเพลิง |
| อุณหภูมิน้ำทิ้งที่ไหลเข้า | 400°ซ – 600°ซ | น้ำทิ้งจากเครื่องปฏิกรณ์ที่ทางออกของตัวเร่งปฏิกิริยา |
| อุณหภูมิทางออกของน้ำทิ้ง | 120°ซ – 180°ซ | ระบายความร้อนของทิ้งไปยังคอนเดนเซอร์/ตัวแยกปลายน้ำ |
| แรงดันใช้งาน | 2.0 – 30.0 เมกะปาสคาล | ขึ้นอยู่กับระบบไฮดรอลิกของวงจรเครื่องปฏิกรณ์และแรงดันย่อยของไฮโดรเจน |
| องค์ประกอบของฟีด | ของเหลว + ก๊าซที่อุดมด้วย H₂ | การไหลแบบสองเฟสที่ทางเข้าของตัวแลกเปลี่ยน |
| ค่าเผื่อ ΔP ฝั่งเชลล์ | ≤ 35 กิโลปาสคาล (5 ปอนด์ต่อตารางนิ้ว) | โดยทั่วไปต่อเชลล์สำหรับบริการโรงกลั่น |
| ค่าเผื่อ ΔP ฝั่งท่อ | ≤ 35 กิโลปาสคาล (5 ปอนด์ต่อตารางนิ้ว) | โดยทั่วไปต่อเปลือก |
โดยทั่วไปแล้ว เครื่องแลกเปลี่ยนน้ำเสียจะทำงานโดยมีโซนการถ่ายเทความร้อนที่แตกต่างกันสามโซนตลอดความยาวของท่อ โดยแต่ละโซนมีกลไกและค่าสัมประสิทธิ์ที่แตกต่างกัน:
| ที่ตั้งโซน | กลไกด้านเชลล์ | กลไกด้านข้างท่อ | ประมาณ ส่วนแบ่งหน้าที่ |
|---|---|---|---|
| ส่วนด้านล่าง (ทางเข้า) | การควบแน่น (การระบายความร้อนของน้ำทิ้ง) | การระเหย (การระเหยของฟีด) | 0–3 เมกะวัตต์ |
| ส่วนกลาง | Desuperheating (ระบายความร้อนด้วยแก๊ส) | การระเหย (การกลายเป็นไออย่างต่อเนื่อง) | 3–11.7 เมกะวัตต์ |
| ส่วนบน (ทางออก) | Desuperheating (ระบายความร้อนด้วยแก๊ส) | ความร้อนยวดยิ่ง (การให้ความร้อนด้วยแก๊สป้อน) | 11.7–20.8 เมกะวัตต์ |
ค่าสัมประสิทธิ์การถ่ายเทความร้อนโดยรวม (OHTC) สำหรับเครื่องแลกเปลี่ยนน้ำทิ้งแบบป้อนเฟสผสมโดยทั่วไปจะอยู่ในช่วง 50 ถึง 70 วัตต์/ม.²·K สำหรับการกำหนดขนาดเบื้องต้น โดยค่าสุดท้ายขึ้นอยู่กับความเร็วการไหลและปัจจัยการเปรอะเปื้อน
ปฐมนิเทศ
ประเภทมัดท่อ (TEMA)
การออกแบบแผ่นกั้น
โดยทั่วไปแล้ว ฟีดที่เข้าสู่เครื่องแลกเปลี่ยนน้ำทิ้งของฟีดจะเป็นส่วนผสมสองเฟส (ไฮโดรคาร์บอนเหลว + ก๊าซที่มีไฮโดรเจนสูง) มัดท่อนำเสนอเส้นทางการไหลแบบขนานหลายเส้นทาง และทั้งสองเฟสจะกระจายเพื่อลดแรงดันตกโดยรวมให้เหลือน้อยที่สุด ซึ่งอาจส่งผลให้เกิดการกระจายตัวที่ไม่ถูกต้อง โดยของเหลวจะไหลผ่านท่อบางชนิดมากกว่าและก๊าซผ่านท่ออื่นๆ
เพื่อจัดการกับความท้าทายนี้:
เครื่องแลกเปลี่ยนน้ำทิ้งที่ทำงานในช่วงอุณหภูมิที่กว้าง และอาจจัดการกับของเหลวที่มีคลอไรด์ ไฮโดรเจนซัลไฟด์ แอมโมเนีย และน้ำ การเลือกใช้วัสดุจะให้คะแนนตามอุณหภูมิในการทำงานที่คาดหวัง:
| ช่วงอุณหภูมิ | วัสดุท่อ | วัสดุเปลือก | หมายเหตุ |
|---|---|---|---|
| ≤ 315°C (600°F) | เหล็กคาร์บอน SA-179 / 106 Gr.B | เหล็กคาร์บอน SA-516 Gr.70 | บริการไฮโดรคาร์บอนหวาน |
| 315°ซ – 370°ซ | 1.25Cr-0.5Mo หรือ 2.25Cr-1Mo | เหล็กกล้าคาร์บอนหรือโลหะผสม | ความต้านทานการกัดกร่อนปานกลาง |
| 370°ซ – 425°ซ | สแตนเลส 304/316L | 304/316L หรือเหล็กกล้าคาร์บอนหุ้ม | ความเสี่ยงต่อการกัดกร่อนของคลอไรด์ต่ำกว่า 425°C |
| 425°ซ – 540°ซ | 347H หรืออัลลอย 800 | โลหะผสมหรือ Inconel ซ้อนทับ | การคืบคลานที่อุณหภูมิสูงและการป้องกันไนไตรด์ |
สำหรับบริการที่มีแอมโมเนียและไฮโดรเจนคลอไรด์ (เช่น หน่วย NHT) เกลือแอมโมเนียมคลอไรด์อาจตกตะกอนเมื่อน้ำทิ้งเย็นลง โดยทั่วไปตัวแลกเปลี่ยนได้รับการออกแบบให้มีจุดฉีดน้ำล้างเป็นระยะที่ต้นน้ำของโซนการก่อตัวของเกลือ เพื่อให้สามารถชะล้างได้หากประสิทธิภาพทางความร้อนหรือไฮดรอลิกลดลง
การป้องกันไนไตรดิงของก๊าซน้ำทิ้ง: ในบริการที่มีอุณหภูมิของน้ำทิ้งเกิน 425°C (เช่น การสังเคราะห์แอมโมเนีย) เปลือกที่อยู่ติดกับแผ่นท่ออาจต้องใช้ Inconel® หรือแผ่นปิดที่ทนต่อไนไตรด์อื่นๆ จนกว่าก๊าซจะเย็นลงต่ำกว่าขีดจำกัดของไนไตรด์
ในการบริการบำบัดน้ำเสีย ความแตกต่างของอุณหภูมิระหว่างอาหารและน้ำทิ้งอาจเกิน 200°C โครงสร้างมัดรวมท่อรูปตัว U รองรับการขยายตัวทางความร้อนที่แตกต่างกันระหว่างท่อและเปลือกโดยไม่ต้องใช้ข้อต่อขยาย
สำหรับการออกแบบแผ่นท่อแบบคงที่ การคำนวณความเครียดจากความร้อนต่อ ASME VIII-1 UG-23(c) จะจำกัดความแตกต่างของอุณหภูมิที่อนุญาต เมื่อ ΔT เกินค่าที่อนุญาตสำหรับการผสมวัสดุ จำเป็นต้องมีการออกแบบท่อรูปตัวยูหรือหัวลอย
การเปรอะเปื้อนในตัวแลกเปลี่ยนน้ำทิ้งอาหารสัตว์เกิดขึ้นจาก:
การตรวจสอบประสิทธิภาพ: ตัวบ่งชี้ความดันแตกต่างทั้งด้านเปลือกและท่อตรวจพบการเปรอะเปื้อน แนะนำให้ทำความสะอาดเมื่อ ΔP เกินการออกแบบ ΔP 30% หรือเมื่อไม่สามารถรักษาอุณหภูมิทางออกได้
การตรวจสอบมิติ
การตรวจสอบแบบไม่ทำลาย
การทดสอบแรงดัน
เครื่องแลกเปลี่ยนน้ำทิ้งอาหารสัตว์ไม่สามารถใช้ได้กับ:
