ساختار کوره گرمایشی لوله‌ای و مواد مقاوم در برابر حرارت مورد استفاده

Thread Content

در یک محفظه بسته و دارای پوشش، تعداد زیادی لوله فولادی بدون درز با کیفیت یا آلیاژی که به یکدیگر متصل هستند، قرار گرفته‌اند. محیط گرمایشی با سرعت بالا از میان این لوله‌های بدون درز عبور می‌کند؛ سوخت نیز در داخل محفظه می‌سوزد و دودهای با دمای بالا تولید می‌شود. این دودها از طریق تابش، همرفت و انتقال حرارت، گرما را به محیط گرمایشی منتقل کرده و آن را تا دمای مشخص شده در فرآیند تولید یا تا حد لازم برای انجام واکنش‌های شیمیایی مورد نظر، گرم می‌کنند； این نوع تجهیزات به طور کلی به عنوان کوره‌های گرمایشی لوله‌ای شناخته می‌شوند. کوره‌های گرمایشی لوله‌ای که امروز درباره‌شان صحبت می‌کنیم، کوره‌های گرمایشی مورد استفاده در فرآیندهای تولید در صنایع روغن‌کشی و پتروشیمی هستند؛ که به آن‌ها به اختصار کوره‌های گرمایشی فرآیندهای پتروشیمی گفته می‌شود. http://www.znhcl.com/uedits/c029a71236c5454cabf957f3dc755142.jpg کوره‌های گرمایشی نوع لوله‌ای در صنایع پتروشیمی، از بخش‌هایی مانند محفظه تابش، محفظه همرفت، دستگاه بازیابی گرمای باقی‌مانده، برافروزنده، سیستم تأمین هوا و سیستم دفع دود تشکیل شده‌اند. ۱. اتاق تابش: اتاق تابش بخشی است که نقش تعیین‌کننده‌ای در انتقال حرارت تابشی در کوره گرمایشی دارد. از آنجایی که این بخش محل مستقیم وجود شعله است، گرم‌ترین قسمت کوره گرمایشی محسوب می‌شود؛ بنابراین باید به ترکیب، استحکام، ضخامت و ساختار مکانیکی مواد مورد استفاده در آن با دقت توجه کرد. همچنین از نظر عملکردی، ۷۰ تا ۸۰ درصد از بار حرارتی کل کوره در اتاق تشعشع جذب می‌شود. در کوره‌هایی که در آن‌ها سیالات دچار تبدیل واکنشی و شکستن می‌شوند، واکنش‌ها و فرآیندهای شکستن معمولاً به طور کامل در محفظه تابش انجام می‌گیرند. بنابراین، گفتن اینکه کیفیت اتاق تشعشعات تعیین‌کننده کیفیت کوره گرمایشی است، اغراق نیست. ۲. محفظه همرفت: محفظه همرفت بخشی از کوره گرمایشی است که نقش تعیین‌کننده‌ای در انتقال حرارت به روش همرفت دارد. این محفظه دارای مجموعه‌ای از لوله‌هایی با فاصله بسیار کم از یکدیگر است؛ چنین ساختاری باعث می‌شود سرعت گازهای دودی در لوله‌های همرفت افزایش یابد و در نتیجه انتقال حرارت به روش همرفت به طور مؤثری صورت گیرد. معمولاً، اتاق همرفت، ۲۰ تا ۳۰ درصد از بار حرارتی کل کوره را جذب می‌کند. اتاق همرفت می‌تواند در بالای اتاق تابش قرار گیرد ； می‌توان آن را روی زمین نیز قرار داد و با یک دودکش به بدنه کوره متصل کرد، اما مکانیسم آن در اصل یکسان است. در محفظه همرفت، می‌توان از لوله‌های سرمیخی یا لوله‌های باله‌دار استفاده کرد. ۳. دستگاه بازیابی گرمای باقی‌مانده: دستگاه بازیابی گرمای باقی‌مانده، تجهیزاتی است که برای بازیابی گرمای دود حاصل از محفظه همرفت استفاده می‌شود؛ یا در صورت عدم وجود محفظه همرفت، برای بازیابی گرمای دود حاصل از محفظه تابشی به کار می‌رود. در حال حاضر، روش‌های بازیابی گرمای باقی‌مانده که توسط پالایشگاه‌های داخلی و خارجی مورد استفاده قرار می‌گیرند، عمدتاً از انواع زیر هستند: الف. با توجه به فرآیند تولید و تعادل کلی دستگاه‌ها، پیش‌گرم کردن هوا با روغن گرم – هوای سرد ورودی. ب. با توجه به بهبود و ساده‌سازی سیستم چرخش، چرخش حامل حرارتی وجود دارد – گرم کردن هوا با روغن حرارتی. شامل چرخه حامل‌های حرارتی با مسیر باز و بسته می‌شود. ج. با توجه به افزایش تجهیزات بازیافت فرعی، گزینه‌ها عبارتند از: ① نوع لوله‌ای فولادی ； ②لوله‌ای شیشه‌ای ； ③چرخشی ； ④لوله آهن آلیاژی ； ⑤نوع پرتابه‌ای ； ⑥لوله‌ای حرارتی ； ⑦پیش‌گرمکن‌های هوایی صفحه‌ای و غیره. د. از منظر صرفه‌جویی در مصرف انرژی همراه با سایر تجهیزات، شامل ۱. دیگ حرارت باقی‌مانده است ； ②تولید ترکیبی حرارت و برق. ۴. برنر: برنر یکی از اجزای مهم کوره‌های گرمایشی است؛ کیفیت فنی آن و همچنین تطابق آن با الزامات فرآیندی کوره، ساختار کوره و ویژگی‌های انتقال حرارت، تأثیر مستقیمی بر عملکرد کوره، مصرف انرژی و مسائل زیست‌محیطی دارد. استفاده از برشته‌هایی که از نظر عملکرد فنی با الزامات فرآیندی کوره، ساختار کوره و ویژگی‌های انتقال حرارت سازگار هستند، اهمیت زیادی در تضمین عملکرد کارآمد کوره یا عملکرد «با دوام، ایمن، پایدار و بهینه» آن دارد. ۵. دستگاه تهویه: وظیفه دستگاه تهویه، ورود هوای مورد نیاز برای احتراق و همزمان خارج کردن دود از داخل کوره است؛ این دستگاه‌ها به دو نوع تقسیم می‌شوند: تهویه طبیعی و تهویه مجبوری. نوع اول به قدرت تهویه دودکش وابسته است ； دسته دوم از پمپ‌های مکش برای مکش قدرتمند دود استفاده می‌کند. معمولاً هنگامی که اتلاف فشار در داخل کوره کم است، از روش تهویه طبیعی از طریق دودکش استفاده می‌شود؛ دودکش در بالای کوره نصب می‌شود و با کوره یکپارچه می‌گردد. ارتفاع دودکش باید به گونه‌ای باشد که بتواند اتلاف فشار در داخل کوره را جبران کرده و تهویه کافی را فراهم کند. کوره‌هایی که ساختار پیچیده‌ای دارند، یا در آن‌ها اتلاف فشار زیادی وجود دارد، یا کوره‌هایی که دارای دستگاه بازیابی گرمای تولید شده هستند، معمولاً از روش تهویه قدرتمند با نصب فن‌های مکش برای تأمین هوای کافی استفاده می‌کنند. ۶. لوله‌های کوره و اتصالات منحنی: لوله‌های کوره و اتصالات منحنی مهم‌ترین بخش‌های کوره‌های گرمایشی لوله‌ای هستند؛ آن‌ها ۴۰ درصد از کل مقدار فولاد مورد استفاده در این کوره‌ها و ۶۰ درصد از کل سرمایه‌گذاری‌های مربوط به آن‌ها را تشکیل می‌دهند. به دلیل نیاز به مقاومت در برابر فشار، خوردگی و گرمای مستقیم شعله، و همچنین برای انجام وظایف فرآیندی و ایمنی تولید، لوله‌های کوره بر اساس استانداردهای زیر طراحی می‌شوند: طول و تعداد کل لوله‌ها بسته به بار حرارتی، راندمان حرارتی و ساختار کوره‌های حرارتی تعیین می‌گردد. قطر لوله و تعداد مسیرهای لوله، بر اساس دبی، میزان افت فشار مجاز و زمان ماندن محلول تعیین می‌شود. ضخامت دیواره توسط فشار درونی، تنش‌های حرارتی، بارهای استاتیکی، دمای دیواره لوله، مقاومت مواد (از جمله خاصیت کرنش در دماهای بالا و شکنندگی) و میزان مقاومت در برابر خوردگی تعیین می‌شود. خواص مواد توسط دمای مجاز و استحکام در دماهای بالا (شامل استحکام کرپی)، مقاومت در برابر حرارت، مقاومت در برابر خوردگی و شکنندگی تعیین می‌شود. هنگامی که دمای لوله کوره کمتر از ۵۰۰ درجه سانتی‌گراد باشد، از لوله کوره فولاد کربنی استفاده می‌شود ； هنگامی که دمای لوله کوره بین ۵۰۰ درجه سانتی‌گراد تا ۷۰۰ درجه سانتی‌گراد باشد، از لوله‌های کوره فولاد کم‌آلیاژی (T9 تا T22) استفاده می‌شود ； هنگامی که دمای لوله‌های فر بین ۷۰۰ درجه سانتی‌گراد تا ۸۰۰ درجه سانتی‌گراد باشد، از لوله‌های فر از جنس فولاد ضدزنگ (۳۰۴، ۳۱۶) استفاده می‌شود ； هنگامی که دمای لوله کوره بین ۸۰۰ درجه سانتی‌گراد تا ۹۰۰ درجه سانتی‌گراد باشد، از لوله کوره ۳۰۹ استفاده می‌شود ； هنگامی که دمای لوله کوره بالاتر از ۹۰۰ درجه سانتی‌گراد باشد، از لوله کوره ریخته‌گری سانتریفوژی از فولاد آلیاژی با کیفیت بالا (HK-40) استفاده می‌شود. لوله‌های فرآورش حرارتی نوع لوله‌ای در کوره‌های تابشی از لوله‌های ساده استفاده می‌کنند، در حالی که در محفظه‌های همرفت، از لوله‌های دارای سر میخی یا باله‌دار بهره گرفته می‌شود. روش‌های اتصال لوله‌های کوره به اتصالات منحنی، جوشکاری و اتصال فشاری هستند. هنگام استفاده از جوشکاری، پیچ‌ها از لوله‌های فرآوری‌شده در کوره ساخته می‌شوند و پیچ‌های ۱۸۰ درجه نمونه‌های رایج آن‌ها هستند؛ پیچ‌های ریخته‌گری شده کمتر دیده می‌شوند. هنگام استفاده از روش پیوند با فشار، از تیوب‌های پیچیده‌شده ضدحرارتی با درپوش استفاده می‌شود؛ با برداشتن درپوش، می‌توان ذغال‌های موجود در داخل لوله را به صورت مکانیکی تمیز کرد. عیب این روش، قیمت بالاتر آن است؛ همچنین مواد مورد استفاده در این تیوب‌ها، همان مواد مورد استفاده در لوله‌های کوره است. در صورتی که روغنی که قرار است گرم شود سبک باشد، لوله‌های کوره به راحتی دچار تشکیل زغال نمی‌شوند؛ بنابراین می‌توان از پیچ‌های تند در تمام بخش‌های کوره استفاده کرد. اما اگر روغن سنگین باشد و لوله‌های کوره به راحتی دچار تشکیل زغال شوند، و در کوره‌هایی که از فناوری پاکسازی زغال در حین کار استفاده نمی‌شود، می‌توان از پیچ‌های فلزی در بخش‌های مربوط به اتاق تابش استفاده کرد. ۷. تکیه‌گاه لوله و راهنمای لوله: تکیه‌گاه لوله، وزن لوله‌های گرمایشی درون کوره را تحمل کرده و آن وزن را به چارچوب کوره منتقل می‌کند. شرایط لازم برای تکیه‌گاه لوله عبارتند از: عملکرد برتر در برابر اکسیداسیون و خوردگی، استحکام بالا در دماهای بالا، و اینکه از نظر ساختاری، تکیه‌گاه لوله بتواند با تغییر دمای لوله، به راحتی کشیده یا جمع شود. ماده پایه‌های لوله، در اتاق تشعشعات و بخش پایینی اتاق همرفت، از فولاد ۲۵Cr—۱۲Ni یا فولاد ۲۵Cr—۲۰Ni استفاده می‌شود. در بخش بالایی محفظه همرفت، از چدن ضدحرارتی «HR» و فولاد آلیایی ۵Cr استفاده شده است. مشکلات استفاده از فولاد پرکروم، شکنندگی در دماهای بالا و همچنین خوردگی ناشی از وجود وانادیوم و گوگرد در سوخت است. در چنین مواردی، سازه‌های حمایتی باید به گونه‌ای طراحی شوند که قابلیت تعویض داشته باشند؛ برای جلوگیری از شکنندگی در دماهای بالا، باید از فریت استفاده کرد، و برای مقابله با خوردگی ناشی از وانادیوم، می‌توان از لایه‌های محافظ ریخته‌گری شده استفاده کرد. معمولاً در اتاق تشعشعات از تکیه‌گاه‌های لوله‌ای به شکل قیچی استفاده می‌شود و در اتاق همرفت، از تکیه‌گاه‌های لوله‌ای به شکل صفحه‌سوراخ استفاده می‌گردد؛ ساختار راهنمای لوله‌ها تنها وظیفه راهنمایی لوله‌ها را بر عهده دارد. ۸. مواد مقاوم در برابر حرارت: مواد مقاوم در برابر حرارت، مواد ضروری برای کوره‌های گرمایشی هستند و به طور کلی به دو دسته مواد فرم‌داده‌شده و مواد بدون فرم تقسیم می‌شوند. الف. مواد مقاوم به حرارت با شکل ثابت: این مواد شامل آجرهای مقاوم به حرارت سنگین، آجرهای مقاوم به حرارت سبک و آجرهای عایق‌بندی هستند. آجرهای مقاوم به حرارت سنگین عمدتاً بر مقاومت در برابر حرارت تمرکز دارند و برای کانال‌های احتراق در برش‌های احتراقی و پوشش سطوحی که در معرض دمای بالا قرار دارند، استفاده می‌شوند. آجرهای سبک مقاوم در برابر حرارت، هم دارای خواص مقاومت در برابر حرارت و هم خواص عایق‌بندی هستند و اغلب برای دیواره‌های جانبی و سقف کوره‌ها استفاده می‌شوند. مقاومت حرارتی آجرهای عایق‌بندی بسیار پایین است و عمدتاً برای پوشش دیواره‌های داخلی ته و دیواره‌های کوره استفاده می‌شوند و مقدار زیادی از آن‌ها به کار نمی‌رود. کسانی که به محصولات مصالح مقاوم در برابر حرارت مانند آجرهای مقاوم در برابر حرارت نیاز دارند، می‌توانند به وب‌سایت http://www.znhcl.com مراجعه کنند. تأمین‌کنندگانی از سراسر کشور در این وب‌سایت وجود دارند؛ همچنین خرید از طریق پلتفرم آلیپای با پرداخت نقد نیز امکان‌پذیر است. ب. مواد مقاوم در برابر حرارت غیرشکل‌دار، عموماً به موادی اطلاق می‌شود که از مصالح ریزدانه‌ای و سیمان، همراه با آب، تهیه شده و مانند بتن پی ریخته می‌شوند؛ به این مواد، به اختصار، مواد ریخته‌گری‌شوند گفته می‌شود. به دو دسته مواد ریخته‌گری که عمدتاً دارای مقاومت در برابر حرارت هستند و در عین حال دارای خواص عایق‌بندی نیز می‌باشند (مواد ریخته‌گری سنگین)، و مواد ریخته‌گری عایق‌بندی‌کننده (مواد ریخته‌گری سبک) تقسیم می‌شوند. روش‌های استفاده از این مواد شامل تزریق، پوشاندن و اسپری کردن است. برای کوره‌های گرمایشی لوله‌ای، از مواد ریخته‌گری پلاستیکی با مقاومت بالا در برابر حرارت و خواص عایق‌بندی مناسب استفاده می‌شود که برای سقف، دیواره‌ها و کف کوره به کار می‌روند. برای پوشش دودکش‌ها و شومینه‌ها، همچنین پوشش دیواره‌های جانبی، از مواد ریخته‌گری پلاستیکی با خواص عایق‌بندی استفاده می‌شود. تکه‌های سرامیکی، فوم پشم سنگی و اسپری سرامیکی نیز جزو مواد مقاوم در برابر حرارت غیرفرم‌دار محسوب می‌شوند. ۹. چارچوب کوره، دیواره‌های جانبی و سکو: چارچوب کوره، سازه‌ای فلزی است که تمام بارهای کوره گرمایشی را تحمل می‌کند؛ مواد مورد استفاده، فولاد کربنی معمولی است و اغلب از میلگردهای شیاردار و میلگردهای I شکل استفاده می‌شود. صفحات جانبی، همان ورق‌های فولادی موجود در سطح خارجی دیواره کوره هستند؛ کارکرد آن‌ها جلوگیری از ورود باران و گرد و غبار، و در عین حال ممانعت از نفوذ هوای اضافی به داخل کوره است. بر اساس کارکردشان، می‌توان آن‌ها را به دو دسته تقسیم کرد: دسته‌ای که بخشی از بار ساختاری فولادی را تحمل می‌کنند، و دسته‌ای که تنها نقش پوششی دارند. پلتفرم‌ها و نردبان‌ها برای عملیات و تعمیرات در نظر گرفته شده‌اند و برای عملیات روزمره، تعمیرات و بازرسی‌ها استفاده می‌شوند.