Abstrak
Kanthi perkembangan industrialisasi modern, industri-rendah karbon wis dadi tren sing ora bisa dihindari. Ing macem-macem lapangan industri, penukar panas sing -efisiensi lan hemat energi-dhuwur wis dikembangake kanggo ngganti peralatan pertukaran panas tradisional. Nanging, ningkatake kinerja penukar panas mung ora bisa entuk efek ngirit energi-optimal kanggo kabeh sistem produksi.
Adhedhasar kahanan operasi nyata ing industri petrokimia, makalah iki nliti lingkungan aplikasi saka macem-macem jinis penukar panas, pangembangan teknologi hemat energi-, uga kemajuan riset babagan mbusak fouling lan perawatan fault. Arah riset anyar uga diusulake.
A exchanger panas, uga dikenal minangka exchanger termal, iku piranti utamané dipigunakaké kanggo entuk transfer panas antarane cairan beda. Sajrone produksi petrokimia, media proses asring kudu digawe panas utawa adhem. Miturut kahanan operasi lan syarat produksi sing beda, macem-macem jinis penukar panas bisa dipilih kanggo mesthekake yen cairan proses tekan tingkat suhu sing dibutuhake lan nyukupi syarat proses reaksi kimia.
Amarga prinsip lan fungsi operasi, penukar panas nduweni peran penting ing kabeh proses panyulingan. Iki minangka peralatan utama kanggo mesthekake kontrol suhu sing tepat kanggo cairan proses, njaga operasi stabil sistem panyulingan, lan mbalekake panas sampah kanggo konservasi energi. Kajaba iku, amarga peralatan ijol-ijolan panas digunakake ing industri petrokimia, iki nuduhake proporsi biaya investasi peralatan sing signifikan. Konsumsi energi sing gegandhengan lan kerugian logam uga dadi faktor utama sing mbutuhake perhatian.
1. Kemajuan Aplikasi Penukar Panas ing Industri Petrokimia
1.1 Aplikasi saka Heat Pipe Heat Exchanger ing Limbah Panas Recovery
Penukar panas pipa panas wis kasil ditrapake ing kahanan pemulihan panas sampah ing industri petroleum, utamane ing proses sing nglibatake bahan bakar belerang -dhuwur.
Ing proses produksi petrokimia, -suhu dhuwur peralatan pemanasan lan cracking penting. Contone, ing produksi olefin entheng, tungku retak naphtha petroleum suhu dhuwur biasane digunakake. Suhu gas exhaust saka tungku iki bisa tekan 200-400 derajat. Amarga lingkungan operasi sing abot, gas sampah sing diasilake ora bisa langsung dibuwang menyang atmosfer.
Air preheating heat pipe exchangers panas bisa nggunakke panas ampas saka gas exhaust kanggo preheat udhara pembakaran, Ngapikake efficiency energi nalika ngurangi polusi lingkungan.
Ing taun-taun pungkasan, macem-macem kombinasi penukar panas tubular wis diadopsi sacara wiyar ing domestik lan internasional kanggo entuk efisiensi energi sing luwih apik- lan kinerja pemulihan panas sampah. Proses produksi utama ditampilake ing Gambar 1.
1.2 Aplikasi saka Helical Baffle Heat Exchanger ing Cooling lan Proses Exchange Kalor
Helical baffle heat exchanger iku jinis anyar saka -efisiensi dhuwur peralatan exchanger panas. Konsep kasebut asale saka struktur penukar panas piring spiral sing diusulake dening perusahaan Rosenbland Swedia ing taun 1930, sing banjur dipatenake. Banjur, negara-negara kalebu Inggris, Amerika Serikat, Jerman, lan tilas Uni Soviet ngembangake lan nggawe peralatan sing padha.
China wiwit ngenalake lan ngetrapake teknologi iki ing industri kimia nalika taun 1950-an. Ing pertengahan 1960-an, manufaktur domestik wis entuk produksi massal liwat proses rolling. Ing taun 1973, China nyusunManual Pilihan kanggo Spiral Plate Heat Exchanger Gambar. Standar paling anyar, JB/T4751Spiral Plate Heat Exchanger(edisi 2003), nggambarake tingkat pangembangan teknologi penukar panas piring spiral ing China.
Dibandhingake karo penukar panas tradisional, penukar panas piring spiral nduweni kaluwihan kalebu koefisien transfer panas sing luwih dhuwur lan kemampuan ngresiki dhewe sing disebabake dening turbulensi cairan, sing mbantu nyegah akumulasi sedimen.
Mulane, ing industri petrokimia, penukar panas piring spiral utamane digunakake kanggo proses pemanasan lan pendinginan sing nglibatake bensin, bahan bakar diesel, banyu amonia, banyu klorin, brine, asam kuat, alkali kuat, lan gas campuran nitrogen-hidrogen-ammonia.
Padha uga digunakake digunakake ing sistem pemanasan, pendinginan, kondensasi, lan reboiling kanggo alkohol, resin, urea, monomer molekul cilik, olefin polimerisasi, lan produk penengah sing gegandhengan.
Hao Zhenliang et al. eksperimen nyinaoni hubungan antarane cangkang -pencet tekanan sisih lan laju aliran, variasi shell -kinerja transfer panas convective sisih karo Reynolds nomer (Re) lan nomer Nusselt (Nu), lan cangkang -koefisien transfer panas sisih ing kahanan drop tekanan unit kanggo helical baffle lan baffle exchanger panas segmental.
Riset kasebut menehi pandhuan kanggo milih peralatan ing kahanan operasi sing beda-beda. Kesimpulan utama yaiku:
(1) Ing kondisi nomer Reynolds sing padha, koefisien perpindahan panas konvektif cangkang -sisi saka penukar panas baffle segmental luwih dhuwur tinimbang penukar panas baffle heliks.
(2) Ing diameter cangkang lan kondisi laju aliran sing padha, cangkang -penurunan tekanan sisih saka penukar panas baffle heliks ana hubungane negatif karo sudut heliks. Nanging, preduli saka sudut heliks sing dipilih, penurunan tekanan tetep luwih murah tinimbang penukar panas baffle segmental.
(3) Beda saka rong kesimpulan ing ndhuwur, nalika ngelingi kinerja transfer panas saben penurunan tekanan unit, koefisien transfer panas konvektif cangkang -sisi saka penukar panas baffle helical luwih dhuwur. Nalika sudut heliks kira-kira 40 derajat, koefisien transfer panas konvektif tekan nilai maksimal, ngasilake kinerja transfer panas sakabèhé sing paling dhuwur.
1.3 Energi-Aplikasi Ngirit-Penukar Panas Plat Efisiensi Tinggi ing Pemurnian Minyak
Ing kilang minyak -skala medium lan gedhe, bisa ana kira-kira 400 penukar panas saka macem-macem jinis. Sistem iki asring digunakake ing tekanan dhuwur lan kahanan suhu dhuwur. Sacara internasional, penukar panas cangkang -lan-tube wis tekan tingkat operasi 8,4 MPa tekanan lan suhu 1500 derajat, kanthi area transfer panas nganti 6.700 m².
Amarga biaya konstruksi platform minyak lepas pantai sing dhuwur, penukar panas piring sing dilas wis akeh digunakake ing produksi minyak lepas pantai amarga struktur kompak, desain entheng, kinerja transfer panas sing apik, lan biaya murah.
Aplikasi utama kalebu lenga pelumas mekanik lan banyu tawar (kayata banyu pendingin jaket mesin). Ing lapangan minyak, uga bisa digunakake kanggo pemanasan minyak mentah lan proses liyane.
Tantangan utama dumunung ing desain lan pitungan sistem proses. Ing produksi nyata, mundhut energi asring disebabake desain proses sing ora wajar.
Chen Jianwei et al. nganakake riset teoretis babagan pitungan penurunan tekanan saka penukar panas piring pendingin sing digunakake ing aplikasi petrokimia. Adhedhasar karakteristik penukar panas lan prinsip transfer panas, dheweke nganggep yen fase cair ing sadawane saluran aliran mundhak kanthi linear lan nggawe hubungan antarane dawa saluran aliran, kualitas uap massa nyata, lan kualitas uap volumetrik. Asil pitungan padha karo data operasi praktis.
Kesimpulan utama yaiku:
(1) Ing kahanan owah-owahan fase -, nalika ngitung penurunan tekanan fluida, cairan kasebut kudu dianggep minangka aliran rong fase utawa multifase. Aliran fase siji utawa model aliran homogen ora kena digunakake minangka pengganti kanggo petungan aliran multifase. Model aliran sing kapisah kudu ditrapake.
(2) Sajrone proses pendinginan ing industri petrokimia, kondensasi parsial bisa kedadeyan, nyebabake pembentukan film cair ing permukaan transfer panas. Mulane, nalika milih penukar panas kompak kayata piring -penukar panas sirip, entuk desain sing cukup lan ekonomi mbutuhake pertimbangan paramèter struktural. Mung nambah area transfer panas lan nambah margin safety ora cukup.
1.4 Aplikasi Evaporator Film Tipis ing Konsentrasi lan Proses Pangatusan
Evaporator film tipis umume digunakake ing proses petrokimia kayata konsentrasi soda kaustik, penguapan natrium sulfida, pangatusan resin, lan pangatusan karet. Padha nyedhiyakake keuntungan ekonomi sing signifikan.
Dibandhingake karo peralatan tradisional kayata panci penguapan wesi, penukar panas evaporative film tipis sing digawe panas karo tungku minyak termal duwe kaluwihan ing ngisor iki:
(1) Jejak peralatan bisa dikurangi meh 6%. Proses kasebut mbisakake penguapan mekanis, nyederhanakake operasi, lan ngowahi produksi intermiten dadi produksi sing terus-terusan, saéngga ningkatake efisiensi industri.
(2) Didorong dening scraper puteran, kinerja transfer panas wis apik. Wektu penguapan ing permukaan bisa dikurangi dadi kurang saka siji menit, nyuda skala lan deposisi karbon. Prodhuk iki cenderung kurang rusak lan cocok kanggo bahan sensitif-panas. Ing wektu sing padha, pambentukan endapan suda, saéngga luwih gampang pangopènan lan reresik.
(3) Dibandhingake karo panci penguapan wesi, tungku lenga termal sing ndhukung bisa nyuda konsumsi batubara kira-kira 50%. Bisa digunakake ing suhu nganti 300 derajat nalika njaga operasi sing aman ing kahanan sing ora-bertekanan.
(4) Peralatan kasebut trep kanggo desain skala proses-lan bisa ngganti pengering jinis ketel-tradisional. Sajrone ekspansi produksi skala gedhe -, panyimpangan sing disebabake dening skala munggah relatif cilik.
Nanging, sawetara tantangan teknis isih ana ing aplikasi praktis.
For example, scraper grooves are usually made of polytetrafluoroethylene (PTFE), which has excellent corrosion resistance but limited high-temperature resistance. One possible solution is to use materials such as graphite that provide both corrosion resistance and high-temperature resistance (>280 derajat).
Pipa proses biasane digawe saka pipa sing mulus, sing mbutuhake panggantos kira-kira saben 30 dina. Peningkatan sing bisa ditindakake yaiku nggunakake pipa baja tahan karat utawa pipa kanthi lapisan internal tahan karat, kayata pipa penukar panas sing dilapisi fluoroplastik-.
Kajaba iku, masalah korosi sing ana gandhengane karo pompa sirkulasi uga mbutuhake solusi luwih lanjut.
2. Penghapusan Fouling lan Penanggulangan kanggo Peralatan Pertukaran Panas ing Industri Petrokimia
Miturut Steinhagen et al., survey saka 3.000 macem-macem jinis penukar panas ing Selandia Anyar nuduhake yen luwih saka 90% penukar panas ngalami masalah fouling. Perbandingan kondisi fouling ing antarane macem-macem jinis penukar panas ditampilake ing Gambar 2.
Pasinaon domestik lan internasional nuduhake manawa biaya taunan sing ana gandhengane karo perawatan fouling ing industri pemurnian minyak bumi lan kimia udakara udakara udakara 15,6 yuta, nyebabake kerugian ekonomi lan konsumsi sumber daya sing signifikan.
Ing kahanan operasi nyata ing industri petrokimia, mekanisme pambentukan lan klasifikasi fouling utamane bisa dipérang dadi kategori ing ngisor iki:
Model corrosion fouling
Model fouling solidifikasi
Materi lumahing -model fouling
Model gas -fase fouling
Model fouling reaksi kimia
Sajrone prediksi lan analisis operasi praktis, fouling bisa diklasifikasikake miturut mekanisme kasebut. Kanthi milih jinis penukar panas sing cocog miturut kahanan operasi sing beda-beda lan ngitung interval reresik sing optimal, kerugian ekonomi bisa dikurangi.
Salajengipun, nganggep lingkungan operasi -suhu dhuwur lan{1}}tekanan dhuwur ing aplikasi petrokimia, cara perawatan utama kalebu:
Peningkatan transfer panas
Metode pembersihan mekanik
Cara ngresiki kimia
Pemantauan online lan-teknologi reresik wektu nyata
3. Analisis Gagal lan Pangopènan Penukar Panas ing Industri Petrokimia
3.1 Nyegah saka Korosi lan nyandhang ing Heat Exchanger
Sajrone operasi penukar panas ing industri petrokimia, kacilakan bocor korosi asring kedadeyan. Gagal kasebut bisa ngganggu produksi stabil lan dianggep minangka salah sawijining masalah peralatan utama ing sistem petrokimia.
Masalah bocor kasebut utamane diklasifikasikake dadi bocor erosi lan bocor korosi. Solusi saiki utamane fokus kanggo ndandani peralatan sing rusak sawise kedadeyan kegagalan, ningkatake proses produksi kanggo nyegah kegagalan, lan nyuda degradasi peralatan liwat pilihan bahan lan jinis penukar panas sing tepat.
3.1.1 Panyebab Korosi lan Nyandhang ing Penukar Panas
Analisis saka perspektif bahan mentah
Bahan mentah sing digunakake ing produksi petrokimia, utamane minyak mentah, ngemot komponen kimia sing kompleks. Kajaba iku, lenga mentah umume nduweni viskositas dhuwur lan ngemot partikel padhet sing ukurane ora teratur.
Akibaté, medium kerja ing kontak karo lumahing exchanger panas banget Komplek. Peralatan kasebut asring ngalami karusakan mekanik sing disebabake gesekan fisik lan korosi kimia sing abot.
Analisis saka perspektif pangolahan kimia
The entire petrochemical production chain often involves high-temperature (>1000 derajat ) lan kondisi operasi-tekanan dhuwur. Macem-macem bentuk korosi bisa kedadeyan bebarengan lan saling berinteraksi.
Contone, kecepatan aliran dhuwur sing dibutuhake sajrone proses produksi minangka panyebab langsung karat erosi, lan uga nyepetake masalah bocor korosi sing ana.
Mulane, ing gagal exchanger panas, bocor lan karat biasane raket lan bisa nggawe efek synergistic sing accelerates rusak peralatan.
3.1.2 Klasifikasi Korosi Penukar Panas lan Wear lan Penanggulangan ing Industri Petrokimia
(1) Korosi lumahing lan nyandhang exchanger panas
Korosi lumahing minangka panyebab paling umum saka bocor tabung penukar panas, kira-kira 90% kasus.
Media proses sing digunakake ing produksi petrokimia asring duwe tingkat viskositas lan adhesi tartamtu. Cairan kacepetan-dhuwur sing ngemot partikel padhet lan gelembung terus-terusan nyebabake permukaan transfer panas, ngasilake tekanan permukaan lokal nganti 10 MPa, sing bisa nyebabake erosi kesel lan karusakan permukaan logam.
Mulane, syarat proses asring nemtokake manawa kecepatan aliran medium kudu luwih saka 2 m / s.
(2) Korosi elektrokimia sing disebabake dening endapan permukaan
Sajrone proses panyulingan petroleum, media proses biasane duwe viskositas dhuwur lan bisa ngalami solidifikasi ing kahanan tartamtu. Iki bisa nyebabake bahan nglumpukake ing permukaan penukar panas lan mbentuk celengan.
Karakteristik celengan sing ora stabil, ora terus-terusan, lan ora rata bisa nyebabake retakan lan kesenjangan. Beda konsentrasi oksigen ing antarane njero lan njaba celah kasebut bisa nyebabake korosi elektrokimia.
Reaksi korosi sing gegandhengan utamane kalebu:
Reaksi pelarutan logam, yaiku oksidasi anodik;
Reaksi reduksi katodik;
Ekspansi progresif karat sing disebabake ketidakseimbangan elektrokimia.
(3) Korosi ing lumahing sisih banyu saka tabung exchanger panas
Ing sistem ijol-ijolan panas, banyu kerep digunakake minangka media transfer panas, nggawe banyu -karat sisih dadi masalah umum.
Mekanisme korosi utama kalebu:
Ngurangi nilai pH;
penetrasi uap banyu;
Serangan sing disebabake dening oksigen terlarut;
Karat ion klorida (Cl⁻);
Korosi ion sulfida (S²⁻).
Reaksi kasebut umume bisa dipérang dadi korosi kimia lan korosi elektrokimia.
Persyaratan kanggo bahan tahan karat- ing sisih banyu tabung penukar panas kalebu:
Konduktivitas termal sing apik lan adhesi permukaan sing kuwat;
Resistance banget kanggo variasi suhu lan atose cukup;
resistance kuwat kanggo karat ion;
Kinerja anti{0}}skala apik;
Resistance banget kanggo penetrasi uap banyu.
3.1.3 Cara Proteksi Korosi kanggo Penukar Panas
Saiki, cara perlindungan karat kanggo penukar panas ing industri petrokimia utamane kalebu:
(1) Proteksi anoda kurban
Cara iki nglindhungi bahan penukar panas kanthi nggunakake logam sing luwih aktif minangka anoda kurban kanggo nyegah korosi peralatan utama.
(2) Pangembangan lan aplikasi lapisan anti-karat
Lapisan anti-karat digunakake ing proteksi penukar panas. Kanthi nglamar lapisan logam sing tipis banget utawa lapisan anorganik ing permukaan kontak, zat-zat mbebayani lan celengan fouling bisa diisolasi kanthi efektif.
Lapisan sing umum digunakake yaiku sistem lapisan anti-karat epoksi amino CH-784.
(3) Peningkatan bahan penukar panas
Kanggo nyegah karat amarga kualitas banyu lan media agresif, bahan sing luwih apik bisa dipilih.
Penukar panas sing digawe saka baja tahan karat, paduan tembaga, lan paduan titanium umume nyedhiyakake ketahanan korosi sing apik. Nanging, biaya materi sing luwih dhuwur mbatesi aplikasi ing sawetara industri.
3.2 Teknologi Welding kanggo Heat Exchanger Flange Crack Repair
Saiki, teknologi ndandani welding fusi kadhemen digunakake kanggo pangopènan lapangan industri.
Teknologi las fusi dingin minangka teknologi ndandani anyar sing dikembangake adhedhasar teknik las -gas. Asring ditrapake ing ndandani lan pangopènan penukar panas sing rusak ing industri petrokimia.
Karakteristik utamane kalebu:
(1) Input panas kurang lan wektu welding cendhak
Panas sing diasilake sajrone welding arang banget. Proses welding mung njupuk sawetara puluhan milliseconds, Nyingkiri masalah kayata annealing discoloration.
(2) Kolam welding cilik lan kualitas perbaikan sing apik
Volume blumbang welding kurang saka 2 mm³. Distribusi stres disebarake, nyuda stres konsentrasi ing komponen sing didandani.
Proses kasebut ora nyebabake retak utawa deformasi. Kajaba iku, pangayoman gas inert ngalangi tatanan saka pori lan umpluk, asil ing lumahing Gamelan lan resik didandani.
(3) Perlengkapan sing kompak lan cocog kanggo-dandani situs
Peralatan las cilik lan cocok kanggo ndandani lapangan -wektu nyata.
A sawetara saka sudhut welding kabel bisa milih, saéngga ndandani exchanger panas digawe saka bahan beda.
4. Pangembangan Masa Depan
Wigati dicathet yen syarat proses sing beda mbutuhake macem-macem jinis penukar panas. Kajaba iku, susunan paralel utawa seri penukar panas duwe pengaruh sing signifikan marang kinerja operasi kabeh sistem proses.
Pilihan lan cocog komponen uga faktor kritis. Desain berorientasi linuwih{1}}merlukake komponen nduweni kemampuan adaptasi sing cukup kanggo nahan macem-macem kondisi operasi, owah-owahan muatan acak, lan variasi stres sing umum ditemoni ing industri petrokimia. Konsep desain iki menehi dandan liwat watesan saka cara desain conventional.
Ing babagan konservasi energi lan pengurangan emisi, pangembangan mangsa ngarep ora mung kudu fokus kanggo ningkatake struktur penukar panas, nanging uga menehi perhatian luwih akeh babagan pangembangan bahan penukar panas sing maju.
Ing antarane wilayah riset kasebut, teknologi lapisan permukaan penukar panas duweni potensi sing signifikan. Arah pembangunan lapisan ing mangsa ngarep kalebu:
Desain entheng;
Dhuwur -suhu lan dhuwur-tahan tekanan;
resistance karat banget;
Biaya produksi sing luwih murah;
Operasi lan pangopènan sing luwih ekonomis.
Saiki, pangembangan teknologi simulasi lan piranti lunak teknik uga dadi arah riset sing penting. Teknologi kasebut bisa menehi pandhuan sing efektif kanggo prediksi kesalahan, optimasi siklus reresik, lan evaluasi kinerja operasional.
