デザイン

高温ガス対ガス熱交換器は硫酸プラント内で一般的に見られ、触媒床の交換器または予熱器として、また硫黄炉の予熱器として機能します。

これらの復熱装置では、非常に高い温度と高い温度差が発生します。 通常、両方ではないにしても少なくとも一方のガス流は、凝縮すると非常に腐食性が高くなります。

一般的な故障モード

標準的なシェルとチューブの設計が採用されている場合、いくつかの故障モードが発生する可能性が高くなります。 これらには次のものが含まれます。

コールドエンド腐食 – 冷たいガス流は、多くの場合、高温ガス流に含まれる成分の露点より低い温度で熱交換器に流入します。 これにより、材料の表面温度がその露点を下回る可能性が生じます。 これらは一般にコールド スポットと呼ばれます。 ガス流がコールドスポットに接触すると、結露が発生します。 結果として生じる酸は、一般にコールドエンド腐食と呼ばれる局所的な腐食を引き起こします。

コールドエンドのファウリング – SO3 が豊富なガス流が存在する場合、コールドスポットにより SO3 が沈殿します。 SO3 は金属管壁との強力な結合を形成します。 これらの堆積物は蓄積し続けるため、メンテナンスのためにユニットを停止しないと、結果としてガス流が遮断され、明らかな容量の問題が発生します。

ストレスによる故障 – 高温のガス対ガス復熱装置は、急速かつ極端な温度変化にさらされます。 これにより、材料は急速かつ大幅に膨張および収縮します。 標準的なシェルとチューブの設計では、チューブ束内の温度分布が不均一であるため、チューブは異なる速度で膨張する可能性が高くなります。 これにより、管によって管板に不均一な力が加わり、最終的には管板の溶接が破損します。

予期せぬ圧力降下 - 圧力降下が予想よりも高い場合、動作流量も予想よりも少なくなります。

これらの故障モードはすべて、再生熱交換器の性能を妨げ、最終的にはプラント全体の性能を妨げます。 一度稼働すると、修復や修理には非常に費用と時間がかかります。 改善しない場合、動作寿命が数年程度短くなる可能性があります。

ソリューション

意図した用途を徹底的に評価し、これらの動作上の要求と上記の故障モードを念頭に置いて復熱器を設計することが不可欠です。 信頼性と効率を回復熱交換器に設計できるように、設計段階で問題に対処する必要があります。

コストのかかる調整や修理を回避し、全体的な動作寿命と生産性を最大化するには、ユニットの製造前にコールド スポット、不均一な応力、圧力降下に対処するためにユニットの徹底的な分析が不可欠です。

経験と専門知識があれば、解決策は簡単です。 目標は、ユニット内に熱対称性を作り出すことです。 次の機能は、その目標を達成するのに役立ちます。

可変ピッチのチューブ束 – ピッチ、つまりチューブ間の距離は列ごとに異なります。 これにより、管束全体にわたってより均一な流量分布が可能になり、管板全体の温度が均一になります。 これにより、圧力損失の低減と熱効率の向上にも貢献します。

ユニークなバッフル配置 – 標準的なシェルとチューブの配置とは異なり、一般的な向流に加えてクロスフローとパラレルフローの組み合わせとなる入口の位置とバッフル配置がすべて利用されています。 複数のパスが組み込まれているため、冷たいガス入口の流れを既存の熱いガスの流れから遠ざけることができ、それによって問題となるコールドスポットを回避できます。 この配置により、温度の均一性がさらに高まります。

完全な環状入口プレナム – プレナムにより、ガス流が低速で復熱装置に流入できるようになり、均一性が促進され、コールド スポットがさらに回避されます。 この設計はまた、接続部で一般的な圧力損失の高い孤立した領域を回避し、ユニットの効率を高めます。