Máy trao đổi nước thải thức ăn như đơn vị phục hồi nhiệt quan trọng
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 streamThiết bị này được đặt phía trên của máy sưởi nóng và phục vụ như là thiết bị phục hồi nhiệt chính trong các quy trình phản ứng xúc tác, bao gồm xử lý hydro naphtha, cải tạo xúc tác,mất nước (e. ví dụ, quy trình Catofin TM), tổng hợp amoniac và hydrocracking.
Máy trao đổi nước thải thức ăn làm giảm tiêu thụ nhiên liệu máy sưởi bằng cách thu hồi năng lượng nhiệt mà nếu không sẽ bị thải ra bầu khí quyển hoặc nước làm mát.Đối với máy sưởi nóng có công suất sưởi cố định, phục hồi nhiệt cao hơn trong bộ trao đổi nước thải thức ăn kéo dài thời gian chu kỳ xúc tác và cải thiện tổng thể công suất của nhà máy.
Sản phẩm này được thiết kế và sản xuất theo TEMA Class R (Dịch vụ lọc dầu), ASME Section VIII Division 1 hoặc Division 2, và API 661 / ISO 13706 khi áp dụng.
Chức năng quá trình Khôi phục nhiệt và tích hợp năng lượng
Trong một sơ đồ dòng chảy quy trình phản ứng xúc tác điển hình:
- Nguồn cung cấp lò phản ứng lạnh (lỏng hoặc pha hỗn hợp) đi vào bên vỏ hoặc phía ống của bộ trao đổi nước thải cung cấp
- Dòng nước thải lò phản ứng nóng (khí hoặc pha hỗn hợp ở 400 °C ∼ 600 °C) chảy ở phía đối diện
- Nhiệt được chuyển từ nước thải sang thức ăn, làm nóng trước thức ăn trước khi nó đi vào lò sưởi
- Nước thải được làm mát, làm ngưng tụ một phần các sản phẩm có giá trị để tách hạ lưu
Máy trao đổi nước thải thức ăn có thể thu hồi 70~80% tổng công suất nhiệt cần thiết cho việc làm nóng trước thức ăn.
Lợi ích nhiệt động lực được định lượng bằng cách chồng chéo đường cong làm nóng nguồn cấp và đường cong làm mát nước thải..8 MW trong tổng nhu cầu cấp 27,5 MW, với máy sưởi đốt cung cấp 6,7 MW còn lại.
Điều kiện dịch vụ ️ Phạm vi được tham số hóa
| Parameter |
Phạm vi |
Chú ý |
| Nhiệt độ vào thức ăn |
20°C ️ 100°C |
Chế độ thức ăn lỏng hoặc pha hỗn hợp từ các đơn vị lưu trữ hoặc phía trên |
| Nhiệt độ đầu ra thức ăn |
250°C ¥ 370°C |
Chăn nuôi được làm nóng trước đi vào lò sưởi |
| Nhiệt độ nước thải vào |
400°C ∼ 600°C |
Nước thải lò phản ứng tại cửa ra xúc tác |
| Nhiệt độ thoát nước |
120°C ️ 180°C |
Dòng nước thải được làm mát đến tụ/separator hạ lưu |
| Áp suất hoạt động |
2.0 ️ 30.0 MPa |
Tùy thuộc vào thủy lực mạch lò phản ứng và áp suất một phần hydro |
| Thành phần thức ăn |
Dầu lỏng + khí giàu H2 |
Dòng chảy hai giai đoạn tại lối vào trao đổi |
| Phí ΔP bên vỏ |
≤ 35 kPa (5 psi) |
Thông thường cho mỗi vỏ cho dịch vụ lọc dầu |
| Phí ΔP bên ống |
≤ 35 kPa (5 psi) |
Thông thường cho mỗi vỏ |
Thiết kế nhiệt
Máy trao đổi nước thải thức ăn thường hoạt động với ba vùng truyền nhiệt riêng biệt dọc theo chiều dài ống, mỗi vùng có cơ chế và hệ số khác nhau:
| Vị trí khu vực |
Cơ chế bên vỏ |
Cơ chế bên ống |
Khoảng. |
| Phần dưới cùng (cổng vào) |
Chất ngưng tụ (bầu lạnh nước thải) |
Khử hơi (khử hơi thức ăn) |
0 ¢3 MW |
| Phân giữa |
Khả năng làm lạnh bằng khí |
Khử hơi (khử hơi liên tục) |
3 ¥ 11,7 MW |
| Phần trên cùng (cửa ra) |
Khả năng làm lạnh bằng khí |
Tăng nhiệt (nâng nhiệt bằng khí cung cấp) |
11.7 ¢ 20,8 MW |
Các hệ số chuyển nhiệt tổng thể (OHTC) cho các bộ trao đổi nước thải hỗn hợp pha thường dao động từ 50 đến 70 W/m2·K cho kích thước sơ bộ,với các giá trị cuối cùng phụ thuộc vào tốc độ dòng chảy và các yếu tố bẩn.
Cấu hình xây dựng
Định hướng
- Dọc (Tháp Texas) phổ biến cho nguồn cấp hai pha với sự bốc hơi ở phía ống, cho phép phân phối chất lỏng được hỗ trợ bởi trọng lực
- Phân hình ngang được sử dụng cho dịch vụ khí- khí hoặc khi độ cao thấp hơn được ưa thích cho việc truy cập bảo trì
Loại gói ống (TEMA)
- BEU (bộ ống U) khuyến cáo cho dịch vụ hydro (nhu cầu hydro ≥ 3,5 MPa hoặc hàm lượng H2 ≥ 90 vol),như thiết kế ống U giảm thiểu các khớp ống-đường ống và chứa sự mở rộng nhiệt
- BEM / AEM (bảng ống cố định) ️ áp dụng khi chênh lệch nhiệt độ nằm trong giới hạn cho phép
- Đầu nổi ️ tùy chọn cho dịch vụ bẩn nghiêm trọng
Thiết kế Baffle
- cắt dọc (các bộ đệm phân đoạn định hướng dọc) được khuyến cáo cho nguồn cấp hai giai đoạn để đảm bảo sự phân bố đồng đều của các giai đoạn chất lỏng và hơi xung quanh mỗi bộ đệm, giảm nguy cơ dòng chảy slug
- √ Thiết kế thay thế cho việc phân phối dòng chảy được cải thiện và cắt giảm bypass
- Các bộ đệm kiểu khiên và cánh với các niêm phong xung quanh được sử dụng trong các thiết kế khí khí hiệu quả cao để giảm thiểu rò rỉ và cải thiện phân phối
Phân phối luồng Xem xét thiết kế quan trọng
Các thức ăn nhập vào một bộ trao đổi nước thải thức ăn thường là một hỗn hợp hai pha (hydrocarbon lỏng + khí giàu hydro).và hai giai đoạn sẽ phân phối để giảm áp suất tổng thể là tối thiểuĐiều này có thể dẫn đến sự phân phối sai, với chất lỏng chảy ưu tiên thông qua một số ống và khí thông qua các ống khác.
Để giải quyết thách thức này:
- Lựa chọn số ống: Thiết lập để gradient áp suất của một dòng hai pha trộn tốt là nhỏ hơn so với đầu thủy tĩnh của pha lỏng một mình. Điều này đảm bảo chất lỏng chỉ có thể được vận chuyển như là một phần của một hỗn hợp hai pha.
- Máy phân phối pha: Các tấm đục được lắp đặt trong đầu máy trao đổi đảm bảo khí có mặt bên dưới tất cả các ống.
- Máy phân phối vỏ nhồi vào: Các vết cắt theo góc (10 ̊30 độ) tại vỏ đầu vào trực tiếp dòng chảy khí vào ống để phân phối đồng đều.
- Các niêm phong vòng tròn linh hoạt: Được lắp đặt trên các phao để giảm thiểu các con đường rò rỉ và cải thiện phân phối dòng chảy trên các gói.
Lựa chọn vật liệu
Máy trao đổi nước thải thức ăn hoạt động trong phạm vi nhiệt độ rộng và có thể xử lý chất lỏng có chứa clorua, hydro sulfure, amoniac và nước.Việc lựa chọn vật liệu được phân loại theo nhiệt độ hoạt động dự kiến:
| Phạm vi nhiệt độ |
Vật liệu ống |
Vật liệu vỏ |
Chú ý |
| ≤ 315°C (600°F) |
Thép carbon SA-179 / 106 Gr.B |
Thép carbon SA-516 Gr.70 |
Dịch vụ hydrocarbon ngọt |
| 315°C ¥ 370°C |
1.25Cr-0.5Mo hoặc 2.25Cr-1Mo |
Thép carbon hoặc hợp kim |
Chống ăn mòn vừa phải |
| 370°C ️ 425°C |
304/316L không gỉ |
304/316L hoặc thép carbon bọc |
Nguy cơ ăn mòn clorua dưới 425°C |
| 425°C ️ 540°C |
347H hoặc hợp kim 800 |
Đồng hợp kim hoặc Inconel phủ |
Bảo vệ chống bò và nitrid hóa ở nhiệt độ cao |
Đối với các dịch vụ có amoniac và hydro clorua có mặt (ví dụ, các đơn vị NHT), muối amoniac clorua có thể kết tủa khi nước thải làm mát.Máy trao đổi thường được thiết kế với một điểm phun nước rửa gián đoạn phía trên dòng chảy của vùng hình thành muối để cho phép rửa nếu hiệu suất nhiệt hoặc thủy lực giảm.
Bảo vệ chống nitrid khí thải: Trong các dịch vụ có nhiệt độ nước thải vượt quá 425°C (ví dụ, tổng hợp amoniac),vỏ bên cạnh tấm ống có thể yêu cầu một lớp phủ Inconel® hoặc lớp phủ kháng nitriding khác cho đến khi khí làm mát dưới ngưỡng nitriding.
Thiết kế cho sự mở rộng nhiệt
Trong dịch vụ nước thải thức ăn, sự khác biệt nhiệt độ giữa thức ăn và nước thải có thể vượt quá 200 °C.Xây dựng gói ống U phù hợp với sự mở rộng nhiệt khác nhau giữa ống và vỏ mà không cần các khớp mở rộng.
Đối với các thiết kế tấm ống cố định, tính toán căng thẳng nhiệt theo ASME VIII-1 UG-23 ((c) giới hạn chênh lệch nhiệt độ cho phép.Thiết kế ống U hoặc đầu nổi được yêu cầu.
Sự suy giảm hiệu suất
Sự bẩn trong các bộ trao đổi nước thải thức ăn xảy ra từ:
- Sự lắng đọng muối amoniac clorua: Rụt khi nước thải lò phản ứng nguội xuống dưới điểm sương muối. Giảm thiểu bằng cách phun nước rửa xuống dòng của bộ trao đổi hoặc xả ngưng ngưng.
- Sự hình thành cốc cốc hoặc kẹo cao su: Từ các hợp chất olefinic hoặc diolefinic trong thức ăn naphtha.Thiết bị loại bỏ oxy phía trên của đơn vị được khuyến cáo khi thức ăn được vận chuyển đến nhà máy lọc dầu.
- Sự tích lũy quy mô: Từ chất xúc tác hoặc các sản phẩm ăn mòn.
Giám sát hiệu suất: Các chỉ số áp suất khác nhau trên cả hai mặt vỏ và ống phát hiện sự bẩn.Cần làm sạch khi ΔP vượt quá ΔP thiết kế 30% hoặc khi nhiệt độ đầu ra không thể duy trì.
Kiểm tra và kiểm tra từng gói
Kiểm tra kích thước
- Độ khoan dung OD của ống: ±0,11mm mỗi ASTM B730
- Độ khoan dung chiều dài gói: ± 1,5 mm cho mỗi TEMA RCB-8
- Độ khoan dung khoảng cách phao: ±1,5mm
Kiểm tra không phá hoại
- Các khớp ống với tấm ống: 100% chất thâm nhập chất lỏng (PT) cho các khớp hàn (theo ASME VIII-1 UW-51)
- Các lớp vỏ theo chiều dọc và đường viền: X quang điểm (RT) theo ASME UW-52 hoặc RT đầy đủ theo thông số kỹ thuật
- Các dây hàn đầu: 100% RT hoặc PT cho mỗi thiết kế
- Các niêm phong xung quanh trên các phaffle: Kiểm tra trực quan để phù hợp và linh hoạt
Kiểm tra áp suất
- Xét nghiệm thủy tĩnh (bên ống và vỏ): 1,3 × áp suất thiết kế theo ASME VIII-1 UG-99, giữ 30 phút, giảm áp suất bằng không
- Thử nghiệm rò rỉ khí nén (nếu được chỉ định): 0,6 MPa không khí hoặc nitơ; tỷ lệ rò rỉ ≤ 1 × 10−5 Pa·m3/s mỗi phụ lục VI của ASME
Tài liệu cho mỗi lô hàng
- Giấy chứng nhận thử nghiệm vật liệu (EN 10204 3.1 hoặc 3.2)
- Báo cáo dữ liệu dấu U của ASME (nếu có)
- Bảng dữ liệu TEMA (Lớp R hoặc B, theo quy định)
- Báo cáo kiểm tra kích thước
- Báo cáo thử nghiệm thủy tĩnh với bản ghi biểu đồ áp suất
- Báo cáo NDE (PT/RT/MT nếu có)
- Thông số kỹ thuật quy trình hàn (WPS) và hồ sơ trình độ (PQR)
- Xét vẽ gói ống như được xây dựng
- Báo cáo thiết kế nhiệt (nhiệm vụ nhiệt, điều chỉnh LMTD, OHTC, tính toán giảm áp suất)
Danh sách kiểm tra lựa chọn
- Cung cấp sơ đồ dòng chảy quy trình cho thấy dòng chảy nguồn cung cấp và nước thải, nhiệt độ, áp suất và dòng chảy.
- Xác định thành phần thức ăn (những hydrocarbon lỏng, H2, khí tái chế, chất gây ô nhiễm).
- Xác định thành phần nước thải (bao gồm H2S, NH3, HCl, hàm lượng nước).
- Cung cấp nhiệt độ đầu vào lò phản ứng và nhiệm vụ sưởi ấm.
- Xác định mức giảm áp suất cho phép (bên vỏ và bên ống).
- Xác định các cơ chế bẩn dự kiến (muối, coke, vảy).
- Xác định liệu việc tiêm nước rửa có cần thiết và ở vị trí nào.
- Chọn lớp vật liệu dựa trên nhiệt độ hoạt động tối đa và khả năng ăn mòn.
- Xác định loại TEMA (BEU được khuyến cáo cho dịch vụ hydro).
- Cung cấp điều kiện môi trường tại địa điểm để đánh giá khởi động lạnh.
Tuyên bố giới hạn thiết kế
Máy trao đổi nước thải thức ăn không áp dụng cho:
- Dịch vụ có hàm lượng chất rắn cao (> 2% theo trọng lượng) mà không có lọc phía trên vì xói mòn và bẩn bên ống
- Các phản ứng đòi hỏi phải tắt ngay lập tức sau khi giường xúc tác ️ bộ trao đổi nước thải thức ăn đi trước máy sưởi và không thể cung cấp điều khiển nhiệt độ vào lò phản ứng
- Áp suất một phần hydro rất thấp (< 1,0 MPa) khi cuộn dây sưởi trong máy sưởi được đốt trở thành một hạn chế thiết kế
- Các dịch vụ trong đó nước thải chứa các hợp chất phân hủy hoặc phân hủy ở nhiệt độ hoạt động của máy trao đổi, dẫn đến sự bẩn nhanh chóng
