Kỹ thuật cho lò sưởi đốt: Thiết kế, Luyện kim ống và Cung cấp EPC

Một máy chưng cất chân không có thể vượt qua sự cân bằng nhiệt của nó trên giấy và vẫn làm phồng các ống của nó trong vòng hai năm. Con số nghĩa vụ là chính xác. Điều thất bại là một quyết định được đưa ra trong một lĩnh vực khác: giới hạn từ thông được nâng lên để tiết kiệm diện tích bề mặt, khoảng cách giữa đầu đốt được thu hẹp để phù hợp với sơ đồ, giá đỡ ống được di chuyển để đơn giản hóa việc chế tạo.

Vì vậy, đây là câu trả lời ngắn trước chi tiết. Kỹ thuật chế tạo lò sưởi là một bài tập ghép nối, không phải là tính toán nhiệt. Nhiệm vụ của quy trình, luyện kim cuộn, cấu trúc cơ khí, giới hạn kiểm soát quá trình đốt cháy và vận chuyển phải gần nhau, vì điểm yếu nhất trong số chúng đặt ra khoảng thời gian bảo trì.

Kỹ thuật cho lò sưởi đốt: Phạm vi thực sự chứa đựng những gì

Khi một máy sưởi được mua dưới dạng xếp hạng nhiệt có gắn phần cứng, khoảng cách giữa các bộ phận sau đó sẽ xuất hiện trở lại dưới dạng các điểm nóng. Sáu luồng kỹ thuật phải được phát triển song song, mỗi luồng tạo ra thông tin mà các luồng khác phụ thuộc vào.

Bảng 1: Sáu luồng kỹ thuật trong gói lò sưởi đốt và sự cố mà mỗi luồng có mục đích ngăn ngừa.
Truyền phát	Sản phẩm tiêu biểu	Chế độ lỗi nếu thiết kế kém
Quy trình và thiết kế nhiệt	Cân bằng nhiệt, bố trí cuộn dây, cấu hình từ thông, tính toán dự thảo và dòng chảy	Than cốc, điểm nóng, tuổi thọ cuộn dây ngắn
Luyện kim cuộn và sản xuất ống	Lựa chọn hợp kim, đúc ly tâm, quy trình hàn, dung sai kích thước	Đường nứt, cacbon hóa, làm mỏng tường
Cơ khí, kết cấu và vật liệu chịu lửa	Vỏ, giá đỡ, khe co giãn, kết cấu thép ống khói và ống khói, thiết kế chống gió và địa chấn	Nứt, rò rỉ, hư hỏng rung
Đốt cháy và điều khiển	Lựa chọn và khoảng cách đầu đốt, tỷ lệ không khí/nhiên liệu, kiểm soát gió lùa và nhiệt độ, khóa liên động	Tiếp xúc với ngọn lửa, cháy sau, hoạt động không ổn định
Chế tạo, kiểm tra và QA	Hàn, xử lý nhiệt sau hàn, NDT, kiểm tra thủy tĩnh, kiểm soát kích thước	Làm lại trang web, khởi động chậm
Vận chuyển và lắp dựng	Mô-đun hóa, điểm nâng, vận chuyển cuộn/cuộn, trình tự lắp ráp địa điểm	Mô-đun bị hư hỏng, cần cẩu không hoạt động, trượt tiến độ

Trình tự cũng quan trọng như nội dung: bố cục cuộn dây cung cấp thiết kế cơ khí và thiết kế cơ khí cung cấp giới hạn vận chuyển. Trong các dự án được chia cho nhiều nhà thầu, khoảng trống giữa các luồng này chính là nơi phát sinh vấn đề.

Thông lượng nhiệt, không phải nhiệm vụ nhiệt, thiết lập tuổi thọ cuộn dây

Nhiệm vụ kích thước lò sưởi; dòng chảy quyết định nó kéo dài bao lâu. Thông lượng bức xạ trung bình là số liệu trong biểu dữ liệu, nhưng ống bị hỏng trước tiên nằm trong vùng thông lượng cực đại, thường bên cạnh đầu đốt hoặc ở các ống chắn nơi bắt đầu phần bức xạ.

Phương pháp thực hành tốt duy trì tỷ lệ đỉnh trên trung bình trong khoảng từ 1,3 đến 2,0 tùy thuộc vào dịch vụ và giữ mức đỉnh ở dưới mức trần thấp hơn nhiều đối với các dịch vụ chân không, luyện cốc và cặn so với dòng sạch, tốc độ cao. Tốc độ luyện cốc và hư hỏng do rão đều tăng mạnh theo nhiệt độ ống kim loại, do đó, một lượng dư thừa cục bộ nhỏ sẽ tiêu tốn rất nhiều năm trong thời gian vận hành.

Vận tốc khối lượng là đòn bẩy làm giảm nhiệt độ thành ống mà không thay đổi công suất. Hai cuộn dây có diện tích bề mặt giống hệt nhau có thể chạy ở nhiệt độ thành rất khác nhau nếu vận tốc bên trong của chúng khác nhau và cuộn dây chậm hơn thường trông rẻ hơn trên báo giá.

Tăng vận tốc trước khi thêm diện tích bề mặt, đồng thời theo dõi độ giảm áp suất cuộn dây và đầu bơm.
Đặt giới hạn thông lượng cao nhất cho mỗi dịch vụ thay vì mức trung bình cho mỗi dự án.
Kiểm tra lại dòng khi tắt, khi hình dạng ngọn lửa thay đổi.

Hình 1: Đường cong minh họa. Tuổi thọ của ống hợp kim đúc giảm khoảng một nửa khi nhiệt độ ống kim loại tăng liên tục từ 10 đến 15 °C; giá trị thực tế đến từ dữ liệu về sự gián đoạn của nhà cung cấp.

Ghi chú của chúng tôi về lựa chọn lò sưởi và ứng dụng kỹ thuật trong ngành hóa dầu bao gồm logic lựa chọn đó sâu hơn.

Luyện kim ống và con đường đúc

Lựa chọn hợp kim được đóng khung như một câu hỏi về nhiệt độ. Nó cũng là một câu hỏi về quá trình cacbon hóa, ăn mòn và khả năng hàn.

Đúc ly tâm mang lại cho ống cuộn cải cách, nứt và bức xạ một cấu trúc hạt dạng cột có khả năng chống rão tốt hơn so với đúc tĩnh, đó là lý do tại sao nó chiếm ưu thế trong dịch vụ nhiệt độ cao. Các lựa chọn điển hình bao gồm từ thép cacbon và 1,25Cr–2,25Cr ở nhiệt độ vừa phải, đến 9Cr–1Mo để xử lý hydro và cải tạo hơi nước, đến các loại austenit như 347H và hợp kim biến tính HP có nhiệt độ kim loại vượt quá khoảng 900 °C.

Các chi tiết quyết định liệu ngành luyện kim có tồn tại hay không ít được nhìn thấy hơn: quy trình hàn và xử lý nhiệt sau hàn đối với vật liệu 9Cr, dung sai về độ dày và độ bầu dục của thành cũng như độ sạch của lỗ khoan. Một vài phần trăm sự thay đổi độ dày thành ống sẽ làm thay đổi cả ứng suất và truyền nhiệt, và trên các ống chứa đầy chất xúc tác, nó sẽ làm thay đổi độ giảm áp suất của toàn bộ lò phản ứng.

Custom Cracking Tube for Radiant Coil Furnaces

Ống bẻ khóa tùy chỉnh cho lò cuộn bức xạ Ống cuộn bức xạ thay thế cho lò Cracking nhiệt độ cao; độ dày thành, độ ôvan, độ sạch của lỗ khoan và các chi tiết hàn ảnh hưởng đến ứng suất, truyền nhiệt và khoảng thời gian tắt máy. Xem sản phẩm →

Khi thay thế cuộn dây bị nứt hoặc bức xạ, ống không phải là phụ kiện của lò sưởi. Đây là thành phần xác định khoảng thời gian tắt máy.

Dịch vụ tinh chế: Nơi chế độ vận hành phù hợp

Lò sưởi của nhà máy lọc dầu trông giống nhau trên bản vẽ độ cao và hoạt động rất khác nhau trong quá trình sử dụng.

Đơn vị thô và chân không: quá trình luyện cốc là hạn chế, do đó vận tốc khối lượng cao và trần thông lượng bảo toàn quan trọng hơn hiệu suất nhiệt.
Máy gia nhiệt thức ăn bằng phương pháp hydrocracking và xử lý bằng hydro: áp suất riêng phần hydro và hợp kim dẫn động áp suất vận hành cũng như lựa chọn mối hàn, và thiết kế cơ khí thường quyết định chi phí chứ không phải đầu đốt.
Quá trình luyện cốc bị trì hoãn: chu kỳ đốt đối xứng và khử mùi có thể dự đoán được giúp duy trì tuổi thọ của ống ổn định; quá trình bắn không đối xứng xuất hiện dưới dạng một vòng phình ra.
Cải cách xúc tác: phân phối từ thông đồng đều và kiểm soát nhiệt độ đầu ra chặt chẽ trong các nhiệm vụ bức xạ và đối lưu kết hợp.

Lò sưởi đốt tùy chỉnh cho ADU và VDU Được thiết kế để chưng cất trong khí quyển và chân không, bộ gia nhiệt đốt này cung cấp khả năng gia nhiệt đa vùng đồng đều, hiệu suất nhiệt cao và kết cấu chống ăn mòn cho quá trình gia nhiệt sơ bộ thô của nhà máy lọc dầu. Xem sản phẩm →

Trong mọi trường hợp, kỹ sư quy trình thiết lập đường bao từ thông và vận tốc, và kỹ sư cơ khí phải cung cấp một cuộn dây để giữ nó mà không bị sụt áp quá mức.

Dịch vụ hóa chất và hóa dầu

Lò sưởi hóa học đẩy các thành phần tương tự mạnh hơn. Lò nung ethylene chạy nhiệt độ đầu ra của cuộn dây trong khoảng 800–870 °C với thời gian lưu trú ngắn, có nghĩa là thông lượng cao, ống hợp kim cao và bố trí đầu đốt giữ cấu hình nhiệt đồng đều dọc theo cuộn dây. Các thiết bị styrene bổ sung thêm bộ quá nhiệt bằng hơi nước, bộ khử hydro propan và bộ chuyển đổi olefin cần nhiệt phản ứng được cung cấp ở cấu hình được kiểm soát và các bộ chuyển hóa hydro phụ thuộc vào độ đồng đều nhiệt độ thành ống trên toàn bộ hộp bức xạ.

Custom Ethylene Cracking Furnace for Hydrocarbon Pyrolysis

Lò nung Ethylene tùy chỉnh cho quá trình nhiệt phân hydrocarbon Để sản xuất ethylene bằng phương pháp Cracking hơi nước, có các bộ phận bức xạ và đối lưu được tối ưu hóa cũng như đầu đốt tiên tiến để tạo ra nhiệt độ cao đồng đều, chính xác. Xem sản phẩm →

Bài học kỹ thuật là tính đồng nhất từ thông có thể được cung cấp theo đúng nghĩa của nó, được thể hiện ở giai đoạn bố trí đầu đốt thay vì được phát hiện khi vận hành thử.

Kỹ thuật Cơ khí, Kết cấu và Dự thảo

Sau khi thiết kế tản nhiệt được cố định, ba câu hỏi cơ học sẽ quyết định liệu nó có tồn tại được trong sử dụng hay không.

Mở rộng: cuộn dây, vỏ và ống dẫn phát triển với tốc độ khác nhau, do đó mọi hỗ trợ và xuyên thấu phải hấp thụ chênh lệch mà không bị rò rỉ.
Bản nháp: những thay đổi tự nhiên, cưỡng bức hoặc gây ra của luồng gió, chiều cao ống khói, biên dạng áp suất vỏ và đường dẫn rò rỉ không khí. Sự xâm nhập qua các khớp nối của vỏ là lý do phổ biến khiến máy sưởi không đảm bảo hiệu quả.
Tải: thiết kế chống gió và địa chấn tuân theo quy định tại vị trí nhà máy và khoảng cách giữa các đầu đốt phải đủ rộng để ngọn lửa không chạm vào các ống hoặc vật liệu chịu lửa liền kề.

Khả năng tiếp cận thuộc về danh sách này. Nếu không thể thay thế một ống mà không cắt một bộ phận kết cấu, lò sưởi sẽ có giá hơn hai mươi năm so với số tiền tiết kiệm được khi mua.

Chế tạo, kiểm tra và giao hàng tận nơi

Giai đoạn kỹ thuật cuối cùng thường quyết định tiến độ. Các phần bức xạ và mô-đun đối lưu được chế tạo tại xưởng trong phạm vi cho phép vận chuyển, giúp di chuyển mối hàn, xử lý nhiệt sau hàn, thử nghiệm không phá hủy và thử nghiệm thủy tĩnh vào môi trường được kiểm soát thay vì khu phức hợp tại chỗ.

Giới hạn vận chuyển là những hạn chế thiết kế thực sự. Cơ sở thiết bị nặng có diện tích khoảng 40.000 m2 với phòng lắp ráp rộng 20.000 m2 và sức nâng 150 tấn đặt ra giới hạn trên cho trọng lượng mô-đun; một cầu cảng chuyên dụng cho việc cuộn/cuốn, dài khoảng 200 m với độ sâu nước 8 m và có khả năng chịu được chuyển động cuộn lên 50.000 tấn, đặt ra giới hạn trên về kích thước mô-đun để giao hàng ra nước ngoài. Những con số đó thuộc về bản đánh giá thiết kế cơ khí chứ không phải trong báo giá vận chuyển được phát hành ba tháng sau đó.

Vận hành và năm hoạt động đầu tiên

Một máy sưởi đã vượt qua bài kiểm tra hiệu suất vẫn có thể bị hỏng trong năm đầu tiên sử dụng và các nguyên nhân hiếm khi lạ.

Điều chỉnh đầu đốt, gió lùa và quá trình đốt 30%

Ống bị rão và hư hỏng do nhiệt độ cao 25%

Rối loạn quy trình và nguồn cấp dữ liệu ngoài thiết kế 20%

Vật liệu chịu lửa, vỏ và hao mòn cơ học 15%

Lỗi thiết bị và điều khiển 10%

Hình 2: Sự phân chia minh họa được rút ra từ kinh nghiệm vận hành, được đưa ra như một lời nhắc nhở để xem xét thay vì một tuyên bố thống kê. Điều chỉnh đầu đốt, điều chỉnh oxy và kiểm soát gió lùa chiếm tỷ lệ lớn nhất trong các vấn đề ban đầu và cả ba đều là hoạt động vận hành chứ không phải lỗi thiết kế. Thiệt hại của ống đứng thứ hai vì đó là nơi cuối cùng xuất hiện những ảnh hưởng sớm hơn về từ thông, hợp kim và vận tốc. Phản ứng thực tế là khảo sát các điểm nóng có cấu trúc trong những tuần đầu tiên vận hành, được lặp lại sau lần ngừng hoạt động theo kế hoạch đầu tiên.

Danh sách kiểm tra đánh giá thực tế

Trước khi ban hành lệnh đốt lò sưởi, hãy trả lời từng câu hỏi này bằng văn bản thay vì ghi chú trong cuộc họp.

Giới hạn thông lượng bức xạ cực đại và dịch vụ được chọn.
Vận tốc khối lượng ở trường hợp thiết kế, bình thường và suy giảm.
Hợp kim ống, đường đúc, dung sai độ dày thành và quy trình hàn.
Khoảng cách giữa đầu đốt, chiều dài ngọn lửa và thông lượng dự kiến dọc theo cuộn dây.
Phụ cấp mở rộng ở mọi hỗ trợ cuộn dây và kết nối ống dẫn.
Trọng lượng và kích thước mô-đun tối đa được phép nâng và vận chuyển.
Phạm vi kiểm tra, thử nghiệm và lập tài liệu, bao gồm cả các điều kiện kiểm tra hiệu suất.

Câu hỏi thường gặp

Có phải công suất cao hơn luôn có nghĩa là máy sưởi lớn hơn không?

Không. Nhiệm vụ đặt ra lượng nhiệt được truyền đi; thông lượng và diện tích bề mặt quyết định kích thước hộp. Việc chấp nhận thông lượng cao hơn sẽ làm giảm diện tích bề mặt và chi phí ban đầu, đồng thời thường rút ngắn thời gian giữa quá trình khử màu hoặc thay thế ống.

Khi nào nên thắt chặt giới hạn thông lượng đỉnh?

Bất cứ khi nào quá trình có thể lắng đọng vật liệu trên thành ống, chẳng hạn như trong các dịch vụ chưng cất chân không, luyện cốc và cặn hoặc khi nhiệt độ đầu ra gần với giới hạn rão của hợp kim. Các luồng sạch, tốc độ cao có thể chịu đựng được các đỉnh cao hơn.

Biên độ nhiệt độ bao nhiêu là đủ?

Đủ để sự mất cân bằng từ thông thông thường, sự thay đổi đầu đốt và sự thay đổi lượng cấp liệu khiêm tốn không thể đẩy nhiệt độ ống kim loại vượt quá giá trị thiết kế. Trên ống hợp kim đúc, biên độ đo bằng hàng chục độ là không bảo toàn.

Nhà cung cấp có thể thể hiện những gì?

Cấu hình thông lượng, tính toán vận tốc, tài liệu về hợp kim và hàn, hồ sơ kiểm tra và kế hoạch vận chuyển được kiểm tra dựa trên giới hạn nâng và vận chuyển thực tế.

Kỹ thuật chế tạo lò sưởi không phải là một phép tính được lặp lại ở quy mô lớn hơn. Đó là một chuỗi các quyết định trong đó các câu trả lời về nhiệt, luyện kim, cơ khí và hậu cần phải được thống nhất trước khi bắt đầu chế tạo và trong đó lựa chọn rẻ nhất trên bất kỳ liên kết đơn lẻ nào có xu hướng xuất hiện lại sau đó dưới dạng chi phí vận hành.

Nếu bạn đang chỉ định một lò sưởi mới, thay thế cuộn dây hoặc tân trang lại, gửi cho đội ngũ kỹ thuật của chúng tôi nhiệm vụ, dịch vụ và tuyến đường vận chuyển và chúng tôi sẽ cho bạn biết liên kết nào có khả năng chi phối dự án của bạn.