製油所のターンアラウンドには 6 週間のダウンタイムがあり、ダクト開口部は 2.4 m で、340 ℃ で入って 155 ℃ で出なければならない排ガス流が発生します。標準的な直径とチューブ長を中心に構築されたカタログのシェルアンドチューブ ユニットでは、バンドルが大きくなりすぎるか、ガス側の圧力降下が誘引通風ファンで賄える以上に大きくなります。データシートと実際のダクトの間のギャップは、カスタム熱交換器が指定される場所です。
このガイドでは、産業用熱回収のためのカスタム熱交換器の設計を実際に推進するもの、つまりデューティーエンベロープ、チューブとフィンの形状、材料とコードの決定、購入者が発注書を発行する前に実行する必要があるチェックについて説明します。
熱交換器をカスタム化するもの
カスタム熱交換器は、固定されたサイズ範囲から選択されるのではなく、負荷範囲に基づいて設計されます。エンベロープは、質量流量、入口と出口の温度、許容圧力降下、汚れの挙動、およびユニットが収まる必要のあるスペースを決定します。チューブの直径、フィンのタイプ、フィンのピッチ、材質、ヘッダーのレイアウトはすべてこれらの数値に従います。
カスタム熱交換器は、標準サイズのカタログから選択されるのではなく、1 つの特定のガスまたは液体の流れと 1 つの特定の設置エンベロープに合わせて表面積、形状、および材料が計算される熱ユニットです。
違いは 3 か所に現れます。表面積は、次の標準バンドルに切り上げられるのではなく、義務に一致します。ガス側の圧力降下は、選択の副産物ではなく、厳しい制約として扱われます。また、チューブのレイアウトは、所定の位置に持ち上げるルートも含め、実際にあるダクト開口部を中心に構築されます。
カタログ単位
- 標準のシェル直径とチューブ長さに合わせたサイズ
- 圧力損失は選択に応じて変化します
- 標準設計で定められた汚れ代
- 固定された製品範囲からお届けします
カスタム単位
- 熱負荷から計算される表面積
- 圧力損失はファン曲線内に保持されます
- 粉塵負荷によって設定されるフィンピッチとクリーニングアクセス
- 限界、重量、持ち上げ限界に合わせて設計
設計を推進する 6 つの入力
カスタム熱交換器設計の約 80% は、質量流量、入口温度、出口温度目標、許容ガス側圧力降下、粉塵または汚れの負荷、および設置範囲の 6 つの入力によって決まります。引用文中のその他すべては、これら 6 つの数字の結果です。
| 入力 | 代表的な範囲 | 何が変わるのか |
| ガスの質量流量 | 5～200t/h | チューブ数、フェイス面積、ガス速度 |
| 入口温度 | 180～600℃ | 材質グレードと伸び代 |
| 出口温度目標 | 120～200℃ | 熱回収と露点マージンのバランス |
| ガス側圧力降下 | 200～1200Pa | フィンピッチ、列数、面速度 |
| 粉塵や汚れの負荷 | 低～300 g/Nm3 | フィンのタイプ、フィンのピッチ、クリーニングアクセス |
| 設置用封筒 | ダクトまたは開口部のサイズ | モジュール寸法と吊り上げルート |
そのうちの 1 つを省略すると、大きすぎる見積もりまたは楽観的な見積もりが返されます。出口温度は通常のトラップです。排ガスを硫黄含有燃料の酸露点以下に冷却すると、数シーズン以内に熱回収プロジェクトが腐食プロジェクトに変わります。
経験則: スタック温度が 20℃下がるごとに、ボイラー燃料投入量の約 1% が回復しますが、実際に燃焼する燃料の酸露点までしか回復しません。
フィン付きチューブが熱バジェットを設定
ガス側では、フィン付きチューブが熱量を伝達します。適切に選択されたフィン付きチューブは、外表面積が同じ直径の裸チューブの約 3 ～ 6 倍になります。これにより、低圧の大量の燃焼排ガス流から熱を回収することが現実的になります。
- H型フィンチューブです。 長方形のフィンがチューブに沿ってペアで溶接されており、灰のブリッジを防ぎ、スートブロワーで簡単に掃除できる広いガスレーンを残します。これは、粉塵の多い作業や固形燃料を使用する場合に通常選択されます。
- スパイラルフィン付きチューブ。 連続したストリップをチューブの周りに巻き付けて溶接することで、1 メートルあたりの表面積が最大となり、実用的なピッチが最も狭くなります。ブリッジの危険性がない、よりクリーンなガスで最高のパフォーマンスを発揮します。
- ヒートパイプ。 密封された真空管は、相互汚染なしに 2 つの流れの間で熱を等温的に移動させます。これは、排ガスと製品の間の漏れが許容できない場合に重要になります。
ボイラーおよび熱交換器用途向けの H タイプ フィン付きチューブ フィンを高周波溶接したH型フィン付きチューブで、粉塵を多く含む排ガスやボイラーや工業用熱交換器の低抵抗熱伝達に適しています。 製品を見る→ 3～6倍 外表面積と裸チューブの比較
2～6mm ボイラー使用時の一般的なフィンピッチ
10～20mm エコノマイザーチューブの一般的なフィンの高さ
フィンのピッチは妥協です。ピッチを狭くすると、同じボックスにより多くの面を詰めることができますが、灰の橋渡しのリスクが高まり、掃除の頻度が増えるため、ほこりの多いサービスでは、通常、ピッチを少し広めにするほうが良いでしょう。
エコノマイザーがテールエンドで熱を回収
ボイラーから排出されるガスは、コンパクトで低コストのユニットが機能する温度で依然として有用な熱を保持しているため、ボイラー尾部排ガスエコノマイザーは、通常、熱回収を追加する最も安価な場所です。
給水は通常約 105 ℃で入り、130 ～ 150 ℃で出ます。その熱は追加の燃料からではなくガス流から出ます。同じ原則が 3 つの共通の義務にも適用されます。
- ボイラーのテール排ガス。排気は比較的クリーンで、主な制約は酸露点です。
- 工業用キルンの排ガス。粉塵やアルカリ分がフィンのピッチを変化させ、多くの場合チューブの材質を変化させます。
- プロセス装置の排ガス。バッチごとに組成が変化するため、ユニットは変動しても安定していなければなりません。
給水加熱用ボイラーテール排ガスエコノマイザ サーペンタインまたはスパイラルフィン付きチューブ構造により、ボイラー排気から熱を回収して給水温度を上昇させ、燃料使用量を削減します。 製品を見る→ エコノマイザーは返済のために珍しい材料を必要としません。適切なフィンピッチ、露点に耐えるチューブグレード、およびモーターを交換せずに既存のファンが吸収できる圧力降下が必要です。
廃熱ボイラーおよびHRSGシステム
回収熱が顕熱ではなく蒸気として必要な場合、カスタムユニットは、燃料入力ではなく排気流に合わせたサイズの廃熱ボイラーまたは熱回収蒸気発生器になります。設計はガス側から始まります。流量、温度、組成によって蒸発器表面、ドラム圧力、蒸気出力が決まります。
産業用廃熱ボイラーは、キルンやプロセスラインから蒸気を回収します。発電所ユニットは、コンバインド サイクル プラントのガス タービンの後ろに設置されます。廃棄物処理ボイラーは焼却からの排ガスを処理しますが、熱負荷よりも腐食や汚れがレイアウトを形成します。
蒸気回収用産業廃熱ボイラー 粉塵、腐食性ガス、さまざまな温度に適応した設計で、鉄鋼、化学、セメント、製錬作業の排ガスから蒸気を生成します。 製品を見る→ HRSG のサイジングに関する議論のほとんどは、ピンチ ポイントという 1 つの数字で決まります。ピンチを強くするとより多くの熱が回収されますが、その熱はより多くの表面積とより大きなガス側の圧力降下によって購入されます。
材料、規格、溶接品質
材料の選択は、設計圧力だけではなく、金属の温度とガスの化学反応に従います。以下のバンドは、ほとんどの排ガスとプロセスガスの義務をカバーしています。
| 材質 | 実用的な金属温度 | 代表的なサービス |
| 炭素鋼 | 約425℃まで | クリーンで乾燥した排ガス。最低コストのオプション |
| 1.25Cr-0.5Mo | 425～540℃ | 適度なクリープ要求を伴う高温のガス経路 |
| 2.25Cr-1Mo | 540～580℃ | 高温HRSGおよびプロセスサービス |
| オーステナイト系ステンレス鋼 | 最高600℃以上 | 湿ったガスまたは軽度の腐食性ガス、優れた耐露点性 |
| 二相合金以上の合金 | 職務固有の | 塩化物を含むまたは酸性の凝縮水条件 |
製造はチューブのグレードと同じくらい重要です。圧力部品は、認識されたボイラーまたは圧力容器の規格に基づいて構築され、溶接は認定されて文書化され、溶接の品質は目視検査だけではなく X 線撮影またはリアルタイム画像によって検証されます。そのレビューを検討している購入者はこれを使用できます エンジニアのための ASME 圧力部品コンプライアンス ガイド チェックリストとして。
チューブ材質、フィン材質、溶接消耗品は別途図面記載をお願い致します。それらは異なるグレードであることが多く、これらを 1 つの品目として扱うことは、排煙サービスにおけるチューブの早期故障の最も一般的な原因の 1 つです。
カスタム熱交換器のサプライヤーを精査する方法
価格を問い合わせる前に、熱計算、圧力降下曲線、溶接手順について問い合わせてください。これら 3 つの文書は、プロジェクトを実行できるメーカーと、1 つの見積もりしかできないメーカーを区別します。
関税データシートを読む
流量、温度、ガス組成、粉塵負荷、設計圧力、現場条件が 1 ページに収まる必要があります。サプライヤーがそれらすべてを要求していない場合、熱設計は推測になります。
熱出力と油圧出力を確認する
表面積、面速度、フィンピッチ、設計時および 110% 負荷時の予測ガス側圧力降下。設計点でのみ機能する設計では、コールド スタートには耐えられません。
材質と腐食事例の確認
酸露点に対する最低金属温度、腐食代、およびチューブのレイアウトで実際に許可される洗浄方法。
製造と検査のレビュー
溶接手順、NDT 法、水圧試験圧力、検査リリースポイント。確認済み 認定された圧力部品の製造 能力と社内の X 線検査により、承認までの道のりが大幅に短縮されます。
工場に合わせてスケジュールを調整する
モジュールの寸法、持ち上げ重量、現場での組み立て範囲、および停止期間に対する納品マイルストーン。
最初の技術パスで熱バランス、圧力降下曲線、溶接検査計画を提示できるサプライヤーは、価格だけを提示するサプライヤーとは非常に異なるリスクプロファイルを持ちます。
よくある質問
カスタム熱交換器とは何ですか?
これは、表面積、形状、材料が 1 つの特定の流れと 1 つの設置エンベロープに対して計算される熱ユニットです。標準的なサイズ範囲から選択するのではなく、任務に合わせて設計されています。
カスタムユニットが標準ユニットより安いのはどのような場合ですか?
圧力降下、粉塵負荷、ガスの化学的性質、または利用可能なスペースが標準単位の範囲外にある場合。通常、単価は高くなりますが、ファンの電力、クリーニングのダウンタイム、耐用年数によって、総コストは通常逆に変動します。
見積依頼には何が含まれますか?
質量流量、入口と出口の温度、硫黄と水分を含むガス組成、ダスト負荷、許容圧力降下、設計圧力と温度、腐食代、および吊り上げ制約のある設置エンベロープ。
義務範囲を正しく把握すれば、残りのカスタム熱交換器の見積もりをサプライヤー間で比較できるようになります。スキップすると、3 つの異なる仮定を比較することになります。
