لوله میخ‌دار ASTM A312 TP316L با پره‌های میخ‌دار 11-13Cr برای گرم‌کننده‌های پالایشگاه

لولهٔ میخ‌دار ASTM A312 TP316L با پره‌های میخ‌دار 11-13Cr برای گرم‌کننده‌های پالایشگاه

این یک لولهٔ مبدل حرارتی با عملکرد بالا است. این لوله از یک لولهٔ هسته‌ای ساخته شده از فولاد ضد زنگ مقاوم در برابر خوردگی (TP316L) تشکیل شده است که دارای پره‌های کوچک و میخ‌مانند (ساخته شده از فولاد 11-13٪ کروم) است که به سطح بیرونی آن جوش داده شده‌اند. هدف اصلی این است که سطح انتقال حرارت را در محیط‌های پرتقاضا، به‌ویژه در کاربردهای با دمای بالا و خورنده مانند گرم‌کننده‌های پالایشگاه و دیگ‌های بخار، به‌طور قابل توجهی افزایش دهد.

جزئیات دقیق

1. جنس لولهٔ پایه: ASTM A312 TP316L

(1). ترکیب شیمیایی (درصد وزنی)

ترکیب در جدول 1 ASTM A312 مشخص شده است. مقادیر TP316L در زیر نشان داده شده است.

توجه: استاندارد همچنین مستلزم آن است که ماده باید حداقل 5 × %C تا حداکثر 0.10% مس (Cu) برای لولهٔ بدون درز داشته باشد. این یک جزئیات کمتر ذکر شده اما مهم برای تأیید محصول است.

(2). خواص مکانیکی

خواص مکانیکی در جدول 2 ASTM A312 مشخص شده است. اینها حداقل مقادیر مورد نیاز هستند.

2. لولهٔ میخ‌دار

این فرم فیزیکی و ساختار را توصیف می‌کند.

این یک لولهٔ خالی (لولهٔ هسته‌ای) است که دارای میخ (پین‌های کوتاه و میله‌ای) است که به سطح خارجی آن متصل شده است. این میخ‌ها صرفاً چسبانده نمی‌شوند. آنها با استفاده از یک فرآیند خودکار تخصصی جوش مقاومتی می‌شوند. این یک پیوند متالورژیکی ایجاد می‌کند که بسیار قوی و در انتقال حرارت کارآمد است.

3. پره‌های میخ‌دار 11-13Cr

این مادهٔ میخ‌ها (پره‌ها) را مشخص می‌کند.

11-13Cr به این معنی است که میخ‌ها از یک آلیاژ فولادی حاوی 11٪ تا 13٪ کروم ساخته شده‌اند.

چرا یک مادهٔ متفاوت؟ در حالی که لولهٔ پایهٔ 316L برای مقاومت در برابر خوردگی انتخاب شده است، میخ‌ها به دلایل مختلفی انتخاب می‌شوند:

• مقاومت در برابر دمای بالا: فولاد 11-13٪ کروم (اغلب شبیه به درجه‌هایی مانند SA 213 T11) استحکام خود را حفظ می‌کند و در برابر اکسیداسیون (پوسته‌پوسته شدن) در دماهای بسیار بالا بهتر از فولاد ضد زنگ مانند 316L مقاومت می‌کند.
• صرفهٔ اقتصادی: این ماده معمولاً ارزان‌تر از فولاد ضد زنگ 316L است. از آنجایی که میخ‌ها متعدد هستند، استفاده از یک مادهٔ مناسب برای هدف، عملکرد و هزینه را بهینه می‌کند.
• سازگاری: سرعت انبساط حرارتی فولاد 11-13Cr به فولاد کربنی نزدیک‌تر از فولاد ضد زنگ آستنیتی است، که می‌تواند یک ملاحظهٔ طراحی در برخی از مجموعه‌ها باشد. جوش‌پذیری بین این دو ماده به خوبی تثبیت شده است.

نحوهٔ عملکرد (عملکرد)

کل هدف این مؤلفه، انتقال حرارت بهبود یافته است:

• لولهٔ هسته‌ای یک سیال را در داخل حمل می‌کند (به عنوان مثال، آب، روغن، سیال فرآیند).
• گازهای احتراق داغ یا منبع حرارت دیگری از بیرون لوله و میخ‌ها عبور می‌کنند.
• میخ‌ها سطح لوله را که در معرض منبع حرارت قرار دارد (3 تا 8 برابر یا بیشتر) به طرز چشمگیری افزایش می‌دهند.
• این به حرارت اجازه می‌دهد تا بسیار کارآمدتر از یک لولهٔ صاف و خالی جذب یا دفع شود.

کاربرد اصلی: گرم‌کننده‌های مشتعل در پالایشگاه‌ها و کارخانه‌های پتروشیمی

این کلاسیک‌ترین و حیاتی‌ترین کاربرد است. این لوله‌ها جزء اصلی در بخش تابشی یا بخش همرفت کوره‌های صنعتی بزرگ هستند که اغلب گرم‌کننده‌های مشتعل نامیده می‌شوند.

نحوهٔ عملکرد:

• لولهٔ هسته‌ای TP316L سیال فرآیندی را که باید گرم شود (به عنوان مثال، نفت خام، هیدروکربن‌ها، مواد اولیهٔ شیمیایی) تحت فشار بالا حمل می‌کند.
• بیرون بانک لوله در معرض گرمای تابشی شدید و گازهای احتراق داغ و خورنده (بیش از 1000 درجه سانتی‌گراد / 1800 درجه فارنهایت) از مشعل‌ها قرار دارد.
• میخ‌های 11-13Cr این گرمای شدید را جذب کرده و آن را به طور موثر به سیال داخل لوله منتقل می‌کنند.

چرا این ترکیب مواد خاص عالی است:

• مقاومت در برابر خوردگی داخلی (TP316L): سیال فرآیند داخل می‌تواند خورنده باشد. مقاومت عالی TP316L در برابر خوردگی از سطح داخلی لوله در برابر حمله محافظت می‌کند، یکپارچگی را تضمین می‌کند و از آلودگی سیال فرآیند جلوگیری می‌کند.
• استحکام خارجی در دمای بالا (میخ‌های 11-13Cr): میخ‌ها از ماده‌ای ساخته شده‌اند که استحکام خود را حفظ می‌کند و در برابر اکسیداسیون (پوسته‌پوسته شدن) در دماهای شدید در خارج از لوله مقاومت می‌کند. فولاد ضد زنگ آستنیتی مانند 316L ضعیف‌تر خواهد بود و می‌تواند در این محیط تسلیم «خوردگی داغ» یا اکسیداسیون شود.
• انتقال حرارت بهبود یافته: میخ‌ها سطح خارجی لوله را 3 تا 8 برابر افزایش می‌دهند و به طور چشمگیری راندمان جذب گرما از گازهای دودکش را بهبود می‌بخشند.

سایر کاربردهای کلیدی

همین اصل در مورد سایر سناریوهای انتقال حرارت پرتقاضا صدق می‌کند:

• دیگ‌های تولید برق:
  • در بخش‌هایی مانند اکونومایزر (برای پیش‌گرم کردن آب تغذیه) یا سوپرهیتر (برای گرم کردن بخار فراتر از نقطهٔ اشباع آن) استفاده می‌شود.
  • آنها آب/بخار پرفشار را در داخل (مقاوم در برابر خوردگی توسط 316L) مدیریت می‌کنند و در معرض گازهای دودکش داغ از احتراق زغال سنگ، گاز یا نفت در بیرون قرار دارند (که توسط میخ‌ها مدیریت می‌شود).
• واحدهای بازیابی حرارت اتلافی (WHRUs):
  • این سیستم‌ها انرژی حرارتی را از جریان‌های اگزوز داغ توربین‌های گازی، زباله‌سوزها یا سایر فرآیندهای صنعتی که در غیر این صورت هدر می‌روند، جذب می‌کنند.
  • لوله‌های میخ‌دار برای استخراج کارآمد گرما از این گازهای اگزوز که اغلب کثیف و خورنده هستند، ایده‌آل هستند.
• صنایع فرآوری شیمیایی:
  • در راکتورهای با دمای بالا، اصلاح‌کننده‌ها و کوره‌های کراکر که در آن یک فرآیند شیمیایی نیاز به گرمایش دقیق و کارآمد در یک محیط خورنده دارد.
• گرم‌کننده‌های هوا / پیش‌گرم‌کننده‌های هوای احتراق:
  • برای پیش‌گرم کردن هوای احتراق که به کوره تغذیه می‌شود استفاده می‌شود. گاز دودکش اگزوز داغ از روی لوله‌های میخ‌دار عبور می‌کند و گرمای باقیماندهٔ خود را به هوای ورودی منتقل می‌کند که به طور قابل توجهی راندمان کلی سوخت کوره را بهبود می‌بخشد.