ท่อขดเป็นพื้นผิวถ่ายเทความร้อนหลัก
ท่อขดของเตาเผาแบบใช้เชื้อเพลิงคือชุดท่อต่อเนื่องที่ของไหลกระบวนการไหลผ่านขณะที่ได้รับความร้อนจากก๊าซจากการเผาไหม้ภายในเตาเผาแบบใช้เชื้อเพลิง ท่อขดเป็นพื้นผิวถ่ายเทความร้อนหลักของเตาเผาแบบใช้เชื้อเพลิง โดยดูดซับพลังงานความร้อนจากการแผ่รังสีของเปลวไฟ (ส่วนรังสี) และการพาความร้อนจากก๊าซไอเสียร้อน (ส่วนการพาความร้อน)
เตาเผาแบบใช้เชื้อเพลิงเป็นอุปกรณ์ให้ความร้อนแบบเผาไหม้โดยตรง ซึ่งของไหลกระบวนการไหลอยู่ภายในท่อในขณะที่การเผาไหม้เชื้อเพลิงเกิดขึ้นภายนอกท่อ ท่อขดเป็นส่วนประกอบที่สำคัญในการกักเก็บแรงดันของเตาเผาแบบใช้เชื้อเพลิง และได้รับการออกแบบและผลิตตาม API 560 (เตาเผาแบบใช้เชื้อเพลิงสำหรับบริการโรงกลั่นทั่วไป), ASME B31.3 (ท่อกระบวนการ) และ GB/T 16507 (หม้อไอน้ำแบบท่อน้ำ) สำหรับการใช้งานภายในประเทศ
ส่วนประกอบเตาเผาแบบใช้เชื้อเพลิง – การกำหนดค่าขดตามตำแหน่ง
ขดส่วนรังสี
ส่วนรังสี (ห้องเผาไหม้) คือส่วนที่ของไหลกระบวนการได้รับความร้อนส่วนใหญ่ผ่านการแผ่รังสีของเปลวไฟโดยตรง ท่อในส่วนรังสีจะสัมผัสกับฟลักซ์ความร้อนและอุณหภูมิโลหะท่อสูงสุด
-
การจัดเรียงท่อ: แนวตั้ง (เกลียวหรือคดเคี้ยว) หรือแนวนอน (แถวเดียวหรือหลายแถว)
-
การรองรับท่อ: ท่อรังสีได้รับการรองรับโดยที่แขวนท่อ, ตัวรองรับนำทาง, หรือสมอถ่วงน้ำหนักทนไฟ
-
ฟลักซ์ความร้อน: การถ่ายเทความร้อนแบบรังสีมีอิทธิพลเหนือกว่า; อุณหภูมิโลหะท่อโดยทั่วไปจะสูงกว่าอุณหภูมิทางออกของของไหลกระบวนการ 50°C–100°C
-
การกำหนดค่าทั่วไป:
-
ขดเกลียว: ท่อพันรอบเส้นรอบวงของห้องเผาไหม้; พบได้ทั่วไปในเตาเผาแบบทรงกระบอก
-
ขดคดเคี้ยว: ท่อจัดเรียงเป็นหลายทางผ่านแนวนอนหรือแนวตั้ง โดยมีข้อต่อกลับเชื่อมต่อท่อที่อยู่ติดกัน
-
ขดทางเดียว: ท่อแต่ละเส้นวิ่งจากทางเข้าออกโดยไม่มีข้อต่อระหว่างทาง
-
ขดหลายทาง: ของไหลกระบวนการไหลหลายรอบผ่านส่วนรังสีผ่านข้อต่อกลับ
ขดส่วนการพาความร้อน
ส่วนการพาความร้อนตั้งอยู่เหนือส่วนรังสี ซึ่งการถ่ายเทความร้อนเกิดขึ้นส่วนใหญ่จากการพาความร้อนแบบบังคับจากก๊าซไอเสียร้อน ท่อในส่วนการพาความร้อนทำงานที่ฟลักซ์ความร้อนและอุณหภูมิโลหะท่อต่ำกว่า
-
การจัดเรียงท่อ: แถวแนวนอนหรือแนวตั้งที่มีระยะห่างระหว่างท่อแบบสลับหรือแบบแถวตรง
-
พื้นผิวขยาย: ท่อการพาความร้อนมักจะมีครีบหรือสตัดเพื่อเพิ่มพื้นที่ถ่ายเทความร้อน
-
ท่อป้องกัน: ท่อการพาความร้อน 2–3 แถวแรกที่สัมผัสกับความร้อนจากการแผ่รังสีจากห้องเผาไหม้ โดยทั่วไปจะเป็นท่อเปล่า (ไม่มีครีบ) เพื่อป้องกันความเสียหายของครีบจากการสัมผัสอุณหภูมิสูง
-
ประเภทท่อทั่วไป: ท่อเปล่า, ท่อมีครีบ, ท่อมีสตัด (ท่อหมุด)
ท่อส่งผ่าน / ท่อเชื่อมต่อ
ท่อเชื่อมต่อเชื่อมต่อส่วนการพาความร้อนทางออกกับส่วนรังสีทางเข้า (หรือกลับกัน) โดยทั่วไปจะอยู่ภายนอกตัวเรือนเตาเผา ท่อเชื่อมต่อต้องรองรับการขยายตัวเนื่องจากความร้อนระหว่างส่วนประกอบ
พารามิเตอร์การออกแบบขด – ตาม API 560 / ASME B31.3
การเลือกวัสดุ – วัสดุท่อขด (ตาม API 560 ตารางที่ 5)
เหล็กกล้าคาร์บอน
เหล็กกล้าอัลลอยโครเมียม-โมลิบดีนัม
เหล็กกล้าไร้สนิมออสเทนไนต์
นิกเกิลอัลลอย
การกำหนดค่าขด – ตัวรองรับและตัวนำท่อ
ตาม API 560, จำเป็นต้องมีตัวรองรับท่อเพื่อรักษาแนวท่อและป้องกันการหย่อนหรือการสั่นสะเทือน:
-
ส่วนรังสี: ที่แขวนท่อ (สำหรับท่อแนวตั้ง), ตัวรองรับนำทาง (สำหรับท่อแนวนอน), หรือสมอถ่วงน้ำหนักทนไฟ
-
ส่วนการพาความร้อน: แผ่นรองรับหรือแผ่นท่อที่มีรูเจาะเพื่อรับท่อ
-
ระยะห่างตัวรองรับ: กำหนดโดยขนาดท่อ, วัสดุ, และอุณหภูมิใช้งาน – โดยทั่วไป 1.5 ม. – 3.0 ม.
-
ตัวนำท่อ: อนุญาตให้ท่อขยายตัวตามแนวแกนในขณะที่จำกัดการเคลื่อนที่ในแนวข้าง
การจัดการการขยายตัวเนื่องจากความร้อน
พื้นผิวขยาย – ครีบและสตัด (ส่วนการพาความร้อน)
เพื่อเพิ่มการถ่ายเทความร้อนในส่วนการพาความร้อน ท่อจะมักจะมีพื้นผิวขยาย:
พารามิเตอร์ครีบ/สตัดทั่วไป:
-
ความสูงครีบ: 12 มม. – 25 มม.
-
ระยะห่างครีบ: 4 – 12 ครีบต่อ นิ้ว (FPI)
-
วัสดุครีบ: เหล็กกล้าคาร์บอน, เหล็กกล้าไร้สนิม, หรือเหล็กกล้าอัลลอย
-
วัสดุสตัด: โดยทั่วไปใช้วัสดุเดียวกับท่อหรืออัลลอยที่เข้ากันได้
ข้อต่อกลับ – การเชื่อมต่อขด
ข้อต่อกลับเชื่อมต่อท่อที่อยู่ติดกันในขดหลายทาง โดยเปลี่ยนทิศทางการไหล 180°:
-
ตำแหน่ง: ภายในห้องเผาไหม้ (ส่วนรังสี) หรือภายในกล่องหัวจ่าย (ช่องบุฉนวนภายนอกห้องเผาไหม้)
-
แรงดันและอุณหภูมิออกแบบ: ข้อต่อกลับภายในห้องเผาไหม้ – เหมือนกับท่อที่เชื่อมต่อ; ภายในกล่องหัวจ่าย – แรงดันออกแบบเดียวกัน, อุณหภูมิของไหล +30°C
-
ความหนา: อย่างน้อยเท่ากับความหนาของท่อที่เชื่อมต่อ
-
อุปกรณ์: ห้ามใช้อุปกรณ์เชื่อมตามยาว
-
มาตรฐาน: SH/T 3065 (ข้อต่อกลับเตาเผาท่อปิโตรเคมี), ASME B16.9
มิติศูนย์กลางถึงศูนย์กลางของข้อต่อกลับ (ตาม API 560 ตารางที่ 4):
หัวจ่ายและแมนิโฟลด์
หัวจ่าย (แมนิโฟลด์ทางเข้าและทางออก) กระจายของไหลกระบวนการเข้าและออกจากขดท่อ:
-
หัวจ่ายแบบปลั๊ก: ปลั๊กที่ถอดออกได้สำหรับเข้าถึงท่อ; ใช้สำหรับบริการที่สะอาด
-
หัวจ่ายแบบฝาปิด: ฝาปิดแบบขันสกรูสำหรับเข้าถึงท่อได้เต็มที่; ใช้สำหรับบริการที่มีการสะสมคราบสกปรก
-
หัวจ่ายแบบท่อ: โครงสร้างเชื่อม; ใช้สำหรับบริการแรงดันสูง
-
แรงดันออกแบบ: เหมือนกับท่อที่เชื่อมต่อ
-
อุณหภูมิออกแบบ: อุณหภูมิของไหล ณ ตำแหน่งนั้น +30°C สำหรับการติดตั้งในกล่องหัวจ่าย
กระบวนการผลิต – การประกอบขดท่อ
-
การเตรียมท่อ: ตัดท่อตามความยาว; ปลายท่อทำมุมตาม ASME B16.25 สำหรับการเชื่อมชน
-
การติดข้อต่อกลับ: ข้อต่อกลับเชื่อมติดกับปลายท่อ (GTAW รูท + SMAW เติม) ตาม ASME Section IX
-
การเชื่อมครีบ/สตัด: ครีบหรือสตัดเชื่อมติดกับท่อการพาความร้อน (การเชื่อมความถี่สูงหรือการเชื่อมแบบต้านทาน)
-
การประกอบขด: ประกอบท่อเป็นแถวและยึดติดกับตัวรองรับ
-
การติดหัวจ่าย: หัวจ่ายเชื่อมติดกับทางเข้า/ทางออกของขด
-
PWHT: จำเป็นสำหรับอัลลอย Cr-Mo และส่วนท่อผนังหนาเหล็กกล้าคาร์บอน (ตาม ASME B31.3 / API 560)
-
การทดสอบแรงดันน้ำ: 1.5 × แรงดันออกแบบ (ตาม API 560 / ASME B31.3)
-
การใช้ทนไฟ/ฉนวน: ใช้กับตัวเรือนและตัวรองรับท่อ (ติดตั้งในสนาม)
การตรวจสอบและทดสอบ (ตาม API 560 / ASME B31.3)
การตรวจสอบแบบไม่ทำลาย (NDE)
การทดสอบแรงดันน้ำ
-
แรงดันทดสอบ: 1.5 × แรงดันออกแบบ (ตาม API 560 / ASME B31.3)
-
สารทดสอบ: น้ำสะอาดผสมสารยับยั้งการกัดกร่อน
-
เวลาคงแรงดัน: ≥ 30 นาที
-
การยอมรับ: ไม่มีการลดลงของแรงดัน; ไม่มีการรั่วซึมที่มองเห็นได้ที่รอยเชื่อมหรืออุปกรณ์ใดๆ
การทดสอบการรั่วซึมด้วยลม (หากระบุ)
-
แรงดันทดสอบ: อากาศหรือไนโตรเจน 0.6 MPa
-
การตรวจจับการรั่ว: ฟองสบู่หรือแมสสเปกโตรมิเตอร์ฮีเลียม
-
การยอมรับ: ไม่มีฟอง; อัตราการรั่ว ≤ 1×10⁻⁵ Pa·m³/s
โปรไฟล์การใช้งาน – การกำหนดค่าขดตามประเภทเตาเผา
เตาเผาแบบทรงกระบอก (แนวตั้ง)
-
ประเภทขด: ขดรังสีแบบเกลียว (ขดเป็นวง) + ขดการพาความร้อนแนวนอน
-
การจัดเรียงท่อ: ท่อแนวตั้งเป็นวงกลมซ้อนกัน; ข้อต่อกลับที่ด้านบนและด้านล่าง
-
การใช้งาน: เตาเผาโรงกลั่นขนาดเล็กถึงขนาดกลาง; เครื่องควบแน่น; เตาเผากระบวนการ
เตาเผาแบบกล่อง (แนวนอน)
-
ประเภทขด: ขดรังสีแบบคดเคี้ยว (ทางผ่านแนวนอนหรือแนวตั้ง) + ขดการพาความร้อนแนวนอน
-
การจัดเรียงท่อ: ท่อหลายแถว; ข้อต่อกลับในกล่องหัวจ่ายนอกห้องเผาไหม้
-
การใช้งาน: เตาเผาโรงกลั่นขนาดใหญ่; เตาเผาวัตถุดิบ; เตาเผาสุญญากาศ
เตาเผาแบบสองชั้น / หลายเซลล์
-
ประเภทขด: ส่วนรังสีคู่ใช้ส่วนการพาความร้อนร่วมกัน
-
การจัดเรียงท่อ: ท่อเผาไหม้จากทั้งสองด้าน
-
การใช้งาน: เตาเผาโรงกลั่นกำลังการผลิตสูง; เตาเผารีฟอร์มเมอร์
เตาเผาพิเศษ
-
เตาเผารีฟอร์มเมอร์: ท่อบรรจุตัวเร่งปฏิกิริยา (แนวตั้ง) พร้อมข้อต่อรูปตัวยู; วัสดุอัลลอยอุณหภูมิสูง
-
เตาเผาแตกตัวเอทิลีน: ท่ออัลลอยสูงพร้อมรูปทรงขดพิเศษ
-
เตาเผาผลิตไฮโดรเจน: ท่อรีฟอร์มเมอร์พร้อมตัวเร่งปฏิกิริยา; บริการไฮโดรเจนแรงดันสูง
เอกสารประกอบการจัดส่ง
-
ใบรับรองการทดสอบวัสดุ (EN 10204 3.1 หรือ 3.2) – ท่อ, อุปกรณ์, หัวจ่าย, ครีบ/สตัด
-
เอกสารข้อมูล API 560 / ASME B31.3
-
รายงานการตรวจสอบมิติ (OD ท่อ, ความหนาผนัง, ระยะห่าง, รัศมีข้อต่อ, ศูนย์กลางถึงศูนย์กลาง)
-
รายงาน NDE – PT/MT/RT/UT/PMI ตามที่เกี่ยวข้อง
-
รายงานการทดสอบแรงดันน้ำ (พร้อมบันทึกแรงดันและเวลา)
-
รายงานการทดสอบการรั่วซึมด้วยลม (หากดำเนินการ)
-
ข้อกำหนดกระบวนการเชื่อม (WPS) และบันทึกคุณสมบัติกระบวนการ (PQR)
-
แผนภูมิ PWHT (บันทึกเวลา-อุณหภูมิ) – หากดำเนินการ
-
แบบขดที่สร้างเสร็จแล้ว – พร้อมจำนวนท่อ, การกำหนดค่าทางผ่าน, มิติหัวจ่าย
-
ขั้นตอนการเชื่อมครีบ/สตัดและบันทึกการทดสอบแรงดึง (หากมีครีบ/สตัด)
รายการตรวจสอบ – ขดท่อเตาเผาแบบใช้เชื้อเพลิง
-
ประเภทเตาเผา – ทรงกระบอก / กล่อง / สองชั้น / รีฟอร์มเมอร์ / แตกตัว
-
ส่วนขด – รังสี / การพาความร้อน / ทั้งสองส่วน
-
OD ท่อและความหนาผนัง – ตาม API 560 / ASME B31.3
-
เกรดวัสดุท่อ – CS / Cr-Mo / SS / Alloy – ตาม API 560 ตารางที่ 5
-
แรงดันและอุณหภูมิออกแบบ – ตาม API 560 / ASME B31.3
-
การกำหนดค่าขด – คดเคี้ยว / เกลียว / ทางเดียว / หลายทาง
-
จำนวนทางผ่าน – กำหนดปริมาณและรูปแบบข้อต่อกลับ
-
ต้องการพื้นผิวขยาย – เปล่า / มีครีบ / มีสตัด – ระบุพารามิเตอร์ครีบ/สตัด
-
ประเภทข้อต่อกลับ – รัศมีสั้น (2× OD ท่อ) / รัศมียาว (3× OD ท่อ)
-
ประเภทหัวจ่าย – ปลั๊ก / ฝาปิด / ท่อแมนิโฟลด์
-
เผื่อการกัดกร่อน – ตาม API 560 7.1.2
-
ข้อกำหนด PWHT – ขึ้นอยู่กับวัสดุและความหนา
-
ข้อกำหนด NDE – ตาม API 560 หรือข้อกำหนดโครงการ
-
วิธีการทำความสะอาด – การกำจัดคราบด้วยไอน้ำ-อากาศ / การใช้ลูกสูบกล – ส่งผลต่อการออกแบบขด
ข้อจำกัดการออกแบบ – ขดท่อเตาเผาแบบใช้เชื้อเพลิง
ขดท่อเตาเผาแบบใช้เชื้อเพลิงอยู่ภายใต้ข้อจำกัดดังต่อไปนี้:
-
ได้รับการจัดอันดับเฉพาะสำหรับแรงดันและอุณหภูมิออกแบบที่ระบุในเอกสารข้อมูลเท่านั้น การใช้งานนอกขีดจำกัดเหล่านี้จะทำให้การออกแบบเป็นโมฆะ
-
อุณหภูมิโลหะท่อต้องไม่เกินอุณหภูมิบริการสูงสุดที่อนุญาตของวัสดุที่แรงดันออกแบบที่ระบุ
-
ห้ามใช้อุปกรณ์เชื่อมตามยาว (ข้อต่อกลับ) ตาม API 560 8.3.4
-
ขดต้องได้รับการออกแบบสำหรับการขยายตัวเนื่องจากความร้อน การรองรับการขยายตัวไม่เพียงพอจะนำไปสู่การบิดเบี้ยวของท่อ, ความเสียหายของตัวรองรับ, หรือการแตกหักของรอยเชื่อม
-
ไม่เหมาะสำหรับของไหลที่มีปริมาณของแข็งสูง (> 2% โดยน้ำหนัก) หากไม่ใช้วัสดุที่ทนต่อการสึกกร่อนหรือเพิ่มความหนาผนัง
-
ท่อมีครีบ/สตัดในส่วนการพาความร้อนต้องการการเป่าเขม่าหรือการทำความสะอาดเพื่อรักษาประสิทธิภาพ การสะสมคราบสกปรกจะเพิ่มแรงดันตกและลดการถ่ายเทความร้อน
-
การเปลี่ยนขดท่อต้องจับคู่กับรูปทรงเรขาคณิตของเตาเผาที่มีอยู่ (ระยะห่างท่อ, การกำหนดค่าทางผ่าน, มิติหัวจ่าย) อย่างระมัดระวัง – การปรับเปลี่ยนภาคสนามอาจต้องมีการจัดอันดับใหม่