perpan

studi kasus dalam mengembangkan desain kulit utuh dan tabung penukar panas dengan tabung titanium bersirip

abstrak

Penggunaan tabung titanium yang utuh dalam desain penukar panas dengan kulit dan tabung memberikan kontribusi yang besar terhadap perkembangan desain secara ringkas. Peningkatan panas sisi kulit berpengaruh terhadap panas di daerah sekelilingnya , penurunan ketebalan tabung untuk tekanan dari luar, menurunkan ketahanan, dan bagaimana cara menerapkan hal-hal yang sulit akan  ditunjukkan di sini dengan studi kasus yang lebih detail. Desain yang terpadu menggunakan titanium akan meningkatkan keefektipan biaya, atau dengan logam reaktif lainnya, di dalam sebuah penukar panas.

kata kunci

            Tabung bersirip, titanium, penukar panas, joseph Oat Corporation, tabung performa tinggi, ,  sirip yang bagus, kinerja panas.

pengantar ke kulit  yang padat dan tabung penukar panas

Kulit  yang padat dan tabung penukar panas adalah salah satu cara di mana tugas penukar panas telah dimaksimalkan dalam sampul unit. Hal itu memberikan hasil maksimum dari perpindahan panas untuk ukuran tertentu dari suatu penukar panas. Sebagai ukurannya, penukar panas langsung memberikan kontribusi terhadap biaya (baik biaya peralatan awal ataupun lingkungan sekitar), keterpaduan dari penukar panas menjadi pertimbangan yang penting.

Tujuan umum dari desain penukar panas kulit dan tabungnya adalah untuk memenuhi semua perpindahan panas, penurunan tekanan, dan persyaratan getaran dalam sampul yang rendah. Untuk keefektipan biaya maksimum ketika menggunakan titanium, atau logam reaktif lain, yaitu dengan meminimalkan diameter kulit dan panjang tabung. Desain yang tidak utuh, memiliki ciri yaitu, daerah panas tidak efisien, perpindahannya tidak efektif, memiliki diameter kulit yang besar, persyaratan dasar yang besar, dan biaya tabung yang tinggi. Diameter kulit sangat penting sebagai peningkatan ketebalan secara signifikan dengan peningkatan diameter. Tabung juga harus disimpan secara wajar untuk tata letak pabrik.

Dalam rangka untuk mengembangkan kulit yang padat dan penukar panas tabung, prinsip-prinsip dasar perpindahan panas harus dipertimbangkan. jumlah panas yang ditransfer adalah fungsi dari geometri dan konfigurasi dari penukar panas, sifat termal fluida, dan perpindahan panas luas permukaan. Geometri dan konfigurasi unit mempengaruhi semua parameter dan harus bervariasi sampai desain yang optimum tercapai. Standar geometri dan konfigurasi termasuk suatu pilihan, tetapi tidak sebatas itu, membingungkan dan mendukung pengaturan pelat, penempatan cairan, jumlah yang pas, contoh tabung, dan perangkat tambahan tabung lainnya. Semua ini harus dipertimbangkan ketika merancang penukar panas untuk menghemat biaya.

Tabung titanium bersirip yang utuh

di antara berbagai cara untuk memaksimalkan tugas perpindahan panas dalam ukuran kulit yang diberikan, berarti bahwa makalah ini adalah terutama berkaitan dengan, adalah penggunaan permukaan panas diperpanjang atau ditingkatkan transfer. untuk penukar panas shell and tube, tabung bersirip terpisahkan adalah metode standdard memperoleh permukaan perpindahan panas ditingkatkan. detail dari tabung bersirip terpisahkan ditunjukkan pada Gambar 1.

tabung bersirip terpisahkan telah tersedia selama bertahun-tahun dalam berbagai bahan dari baja karbon untuk baja tahan karat, paduan tembaga, paduan nikel, paduan aluminium, serta logam titanium dan zirkonium reaktif. oleh karena itu, ada manfaat bagi perpindahan panas karena luas permukaan meningkat yang tersedia terkenal dan tetap alasan utama untuk memilih tabung bersirip integral untuk aplikasi penukar panas shell and tube. penukar panas yang lebih kompak dari sebanding unit tabung telanjang yang mungkin dengan tabung bersirip.

penggunaan tabung bersirip titanium mengarah ke penukar panas kompak karena luas permukaan shellside meningkat per satuan panjang. peningkatan umum di area untuk tabung bersirip dibandingkan tabung kosong lebih besar dari 2 1 / 2 kali. mengambil keuntungan dari daerah ini meningkat dengan menempatkan cara utama menggunakan manfaat dari tabung bersirip terpisahkan. Gambar 2 menunjukkan pictorilly proses menyeimbangkan koefisien film pada kedua sisi tabung. menggunakan tabung bersirip di tempat tabung kosong dalam desain penukar panas dapat mengakibatkan baik dalam unit dengan tugas waras dalam amplop jauh lebih kecil atau dalam unit dengan amplop yang sama dengan tugas yang jauh lebih tinggi.

di samping manfaat perpindahan panas bersirip tabung titanium, beberapa faktor lain harus dipertimbangkan untuk memperluas penggunaan dan manfaat kepenuhan tabung titanium bersirip dalam desain penukar panas kompak. faktor-faktor ini termasuk. 1. kontribusi dari sirip terhadap runtuhnya tabung tekanan tinggi untuk layanan. 2. kesesuaian tabung bersirip untuk layanan fouling, dan 3. retensi dari ketahanan korosi dari logam asli dalam tabung bersirip. faktor-faktor ini masing-masing akan dibahas di bawah dan didemonstrasikan melalui studi kasus dari desain dan operasi produksi wellstream pada platform minyak lepas pantai.

konfigurasi kulit dan tabung penukar panas

semua geometri penukar panas standar dan opsi konfigurasi yang tercantum di atas adalah kompatibel dengan desain tabung bersirip.ini termasuk berbagai penyekat dan tabung-mendukung pengaturan.plat penyekat standar memblokir aliran sisi shell dari berjalan sepanjang tabung dan memaksa untuk berjalan di bidang tabung-tabung. ini dapat digunakan dalam segmental atau "tidak ada tabung di jendela" pengaturan. ini cenderung untuk menghasilkan koefisien perpindahan panas tinggi karena aliran silang kuat. tabung lainnya mendukung pengaturan, seperti batang-penyekat @ oleh perusahaan minyak phillips dan jalur-penyekat oleh joseph oat korporasi, memungkinkan aliran aksial untuk menetes ke tekanan rendah, meskipun koefisien perpindahan panas dapat kurang dari untuk plat penyekat. pengaturan penyekat hibrida, helixchanger oleh ABB-Lummus, memungkinkan aliran spiral melalui medan tabung, tidak sepenuhnya aksial atau sepenuhnya aliran silang.tujuan, dengan semua pengaturan penyekat atau tabung-dukungan, adalah untuk memaksimalkan tugas perpindahan panas sebagai kulit padat. aplikasi yang berbeda, dengan cairan yang berbeda dan persyaratan akan menghasilkan konfigurasi yang berbeda, tidak ada satu Konfigurasi-daerah, sehingga memiliki tugas lebih rendah dari pengaturan mungkin memiliki koefisien tranfer panas tinggi dan wilayah yang lebih luas. penggunaan tabung bersirip juga harus dipertimbangkan di samping opsi lainnya.desain yang sukses adalah satu di mana perpindahan panas, penurunan tekanan, dan persyaratan getaran terpenuhi dalam amplop terkecil.

studi kasus parameter desain penukar panas

satuan yang digunakan untuk studi kasus adalah produksi baik aliran pendingin di Chevron, Nemba Selatan dari platform minyak lepas pantai pantai Cabinda, Angola, Afrika Barat. platform dirancang dan dibangun oleh Daewoo, dari republik korea.Perusahaan Joseph Oat merancang dan membangun penukar panas ini sebagai penukar panas kompak, yaitu dengan menggunakan pipa titanium bersirip. Sebuah tes dengan baik-aliran dingin, lebih kecil tapi desain yang sama dan diberikan untuk platform ini. pengiriman ini  pada Maret 1997 untuk produsen platform. platform didirikan dan di bawah operasi pada pertengahan 1998. operator platform, Chevron, senang dengan kinerja unit tabung titanium bersirip. layanan dari kedua sisi penukar panas menyebabkan penggunaan dari titanium untuk tabung lembaran, dan semua bahan bundel. sisi shell dari penukar panas dan mendinginkan menerima dua-fase kotor naik dari perairan sekitarnya. kedua aliran adalah layanan yang menantang untuk korosi, pengotoran, dan erosi. bahan yang dipilih untuk menangani mereka adalah tabung las titanium SB-338 Tingkat-2. semua bagian dari pembungkus tabung (lembar tabung, baffle, batang dasi, dan spacer) juga diperlukan untuk titanium dan tubesheet itu dibuat dari SB-381 tempa F2, 188 mm tebal.

terbukti bahwa biaya merupakan pertimbangan penting dalam spesifikasi bahan untuk unit ini.saat layanan unit mendorong tabung, lembar tabung, dan material bundel untuk titanium, kulit dan saluran dari penukar panas tetap paduan biaya lebih rendah. Sheel tersebut, untuk layanan baik streaming, adalah 904L baja karbon berlapis, yang merupakan bahan umum untuk layanan gas asam. saluran, untuk layanan air laut, diizinkan akan ada paduan besi atau nikel molibdenum yang mengandung 6%; Avesta 354SMO, Allegheny AL6-Xn. atau penya 25-6 adalah bahan yang dapat diterima.

unit adalah dua TEMA Jenis penukar panas AEU di paralllel yang dapat dilepas U-bundel dan dipasang horizontal. parameter proses desain untuk aliran dan perpindahan panas selama dua kulit ditunjukkan dalam tabel I. desain pembungkus dapat dilepas yang ditentukan untuk membersihkan dan memungkinkan penggunaan bahan berbeda yang dijelaskan di atas. Karena ini adalah sebuah platform minyak lepas pantai, pondasi ruang dan berat badan dianggap kriteria desain hampir sama pentingnya dengan kinerja termal unit. dari layout platform, sebuah tabung lurus panjang maksimal 4 meter diidentifikasi. legth ini akan menjaga penukar panas ditambah izin pollout bumdle untuk dalam ruang dasar dialokasikan.

selama fase desain dari proyek ini, baik pilihan tabung bersirip dan telanjang dikembangkan dan dianggap. sisi shell dari penukar panas dan mendinginkan menerima dua-fase kotor naik dari perairan sekitarnya. kedua aliran adalah layanan yang menantang untuk korosi, pengotoran, dan erosi. bahan yang dipilih untuk menangani mereka adalah tabung las titanium SB-338 Tingkat-2. semua bagian dari pembungkus tabung (lembar tabung, baffle, batang dasi, dan spacer) juga diperlukan untuk titanium dan tubesheet itu dibuat dari SB-381 tempa F2, 188 mm tebal.

Rincian desain tabung

untuk menggunakan sirip demi keuntungan dalam aplikasi ini, beberapa permasalahan technicial harus ditangani. pada unit yang dibahas dalam studi kasus ini, isu-isu tersebut 1. tabung tekanan luar, 2. memecaan  masalah dengan sirip-tabung, dan 3. ketahanan korosi

tekanan luar

tabung sirip yang dipilih, untuk pemindah panas dan penghematan biaya merupakan alasan untuk Tabung Kinerja Tinggi (HPT) nomor 365028 yang memiliki 0,71 mm (0,028 ") rata-rata dinding bawah sirip. Namun, sisi kulit rancangan tekanan dan tekanan uji unit ini memerlukan 1,24 mm (0,049 ") tabung dinding rata-rata. perhitungan ini dilakukan per standar ASME VIII-1 Bagian formula tekanan eksternal dan grafik, yang tidak mempertimbangkan kontribusi stiffenin dari sirip.

kasus kode yang ditulis oleh Corporation Oat Yusuf bahwa kontribusi dari sirip. ASME Boiler & Pressure Vessel Komite Kode disetujui itu adalah Kode Kasus 2149 pada tanggal 27 April 1993. kasus secara tertulis untuk tabung SB-338 titanium dengan sirip integral dalam kisaran antara 1181 dan 1693 sirip / m (30 dan 43 sirip / inci). kasus melibatkan pengujian runtuhnya tiga sampel dan kemudian mengembangkan jurnal luar dengan tekanan maksimum yang diijinkan bekerja dari data uji. Menggunakan kasus akan meningkatkan tekanan maksimum yang diijinkan bekerja eksternal dari HPT 365028 dari 3,9 Mpa untuk 12,0 Mpa pada kondisi desain.  Untuk referensi desain shellside dan suhu pengujian 4,53 Mpa dan 6,68 Mpa. Penggunaan kasus kode 2149 dihilangkan peningkatan 75% dalam berat tabung unnecesarrary dan penurunan tingkat perpindahan panas. Menggunakan data uji untuk tabung 365028 HPT, dapat dilihat penghematan signifikan ketebalan dinding dapat reliazed jika kulit tekanan samping yang tinggi. Ini tabung, dengan ketebalan 0.711 mm di bawah sirip dapat digunakan dengan tekanan sisi kulit sampai dengan 12 Mpa, sedangkan 1,65 mm dinding tabung kosong telah diperlukan. Kasus Kode 2149 telah kemudian divalidasi oleh komite kode.

Sebagai edisi 1998 dari kode, kode hal ini didirikan sebagai lampiran wajib 23. (1).

pengotoran layanan yang

Sisi kulit layanan, di mana sampai ditempatkan, sebagai layanan pengotoran servere. Aliran shellside mengalir langsung dari kepala sumur, melalui penukar panas, untuk pendinginan. Kepedulian dibesarkan bahwa sirip pada tabung akan bertindak sebagai celah-celah kecil atau jebakan mentah dan akan mengotori tabung lebih cepat daripada jika mereka telanjang. Sastra penelitian menunjukkan bahwa yang terjadi adalah sebaliknya. Literatur ini, beberapa dating kembali ke 1960, adalah produk dari penelitian lapangan di kilang aplikasi tabung bersirip dalam pelayanan yang sangat kotor. Temuan itu bahwa, pada terburuk, tabung inned tidak lebih sulit untuk dibersihkan dari tabung biasa. memang, ada beberapa indikasi bahwa tabung bersirip tidak akan busuk sama mudahnya seperti tabung polos dan bahwa begitu kotor, mereka mungkin lebih mudah untuk membersihkan (2). Selembar foto terpasang menampilkan pengotoran selektif terhadap tabung kosong di mana tabung bersirip tetap bersih.

Hasil penelitian dan studi yang diajukan confrim tabung bersirip dipilih yang cocok untuk aliran pendingin baik. Ini adalah konfirmasi selanjutnya untuk pemilihan desain tabung bersirip.

KOROSI Resistansi terhadap

Titanium dipilih dalam aplikasi ini untuk ketahanan korosi dalam pelayanan servere. dalam rangka untuk menggunakan tabung bersirip titanium, harus menunjukkan bahwa selama proses pengerasan kerja finning tidak mengurangi ketahanan korosi logam. kedua tes korosi dan studi kekerasan telah dilakukan oleh tabung kinerja tinggi (5) pada tabung bersirip. zirkonium, Pelindung, dan titanium telah dipelajari dan tidak ada penurunan nyata dalam ketahanan korosi yang ditemukan. Penelitian menegaskan manfaat dari proses finning. Sirip yang digulung ke dalam tabung, bukannya dipotong. akibatnya, permukaan sirip yang ditemukan mulus tanpa discontinuities atau robek seperti yang diharapkan dalam proses permesinan. Titanium pelanggan ditentukan untuk sifat korosi dan pemilihan tabung bersirip menjaga properti ini.

BAIK-ALIRAN PRODUKSI COOLER RINGKASAN

Menggunakan keuntungan perpindahan panas sirip tabung titanium, serta tekanan collapase tinggi, tahan pengotoran, dan ketahanan korosi, sebuah kulit yang kompak dan penukar panas tabung dirancang, dibuat dan disampaikan kepada pelanggan yang puas. keuntungan dari tabung sirip titanium digunakan untuk mengurangi ukuran dan biaya sampai, sementara memenuhi semua kinerja termal dan persyaratan layanan.

STUDI KASUS KEDUA: debottlenecking DENGAN TABUNG TITANIUM bersirip

Dalam studi kasus ini, desain yang kompak penukar panas yang digunakan demi keuntungan, bukan karena ukuran dikurangi, tapi untuk memaksimalkan kinerja dalam amplop yang diberikan. PT Badak NGL Co di, di Bontang, Kalimantan Timur, Indonesia yang dibutuhkan untuk meningkatkan ketahanan korosi dan panas kapasitas tukar dari kompresor refrigeran setelah pendingin. Masalah getaran tertentu untuk diselesaikan dalam desain baru. unit yang ada adalah tembaga-nikel kosong tabung penukar panas menggunakan air laut di sisi tabung untuk mendinginkan refrigeran tekanan tinggi pada sisi kulit. titanium dipilih sebagai logam untuk melawan masalah korosi dan sistem RODbaffle phillips dipilih untuk memecahkan masalah getaran.

Desain tabung titanium kosong terbukti terlalu mahal. ketebalan dinding tabung berat dari tekanan sisi kulit tinggi dan konduktivitas termal lebih rendah dari titanium memberikan kontribusi untuk ukuran shell yang jauh lebih besar dari unit yang ada. Biaya yang dihasilkan per unit adalah sekitar $ 3,2 juta, tidak termasuk biaya untuk pondasi dan pengerjaan ulang pipa.

Sebuah desain tabung sirip titanium adalah dikembangkan yang memenuhi persyaratan kinerja dalam ukuran unit yang ada. kinerja tinggi # 365028 tabung dengan sirip 1417 / m (36 sirip / dalam) dan 0.711 mm (0.288 ") tabung Ketebalan dinding yang dipakai, Oat perusahaan joseph membenarkan menggunakan tabung tipis seperti dengan mempertimbangkan efek kekakuan dari sirip sesuai dengan ASME kasus kode 2149. Hasilnya adalah bahwa penukar panas biaya sekitar $ 1,6 juta per unit dan tidak ada pengerjaan ulang dasar atau pipa itu perlu. Ini merupakan penghematan biaya 50% dari desain tabung kosong.

Setelah terinstal, ini penukar panas dipamerkan peningkatan 47% dalam kapasitas pertukaran panas di atas unit yang sudah ada sebelumnya. kompresor berikutnya retrofit yang proyek meningkatkan kapasitas pabrik sebesar 11%. Peningkatan kapasitas itu terwujud pada saat yang sama seperti korosi dan masalah getaran dieliminasi.

KESIMPULAN

Dari studi kasus yang ditunjukkan di atas, dapat dilihat bahwa penggunaan tabung titanium bersirip bisa menyumbang banyak dalam pengembangan kompak kulit dan tube penukar panas desain. manfaat dari cangkang yang kompak dan desain tabung penukar panas adalah bahwa mereka menyebabkan penghematan biaya baik dalam peralatan asli dan biaya instalasi karena ukurannya dikurangi, atau dalam ekonomi produksi meningkat karena peningkatan kapasitas.

Kapan bermanfaat untuk menggunakan tabung titanium bersirip dalam desain penukar panas? Gambar 3 menunjukkan daftar layanan mana tabung bersirip telah dipakai dengan sukses. Angka 4 adalah pohon keputusan yang untuk pengembangan desain penukar panas kompak, ini pohon keputusan yang suatu pedoman umum ketika untuk mempertimbangkan tabung titanium bersirip; keputusan yang sebenarnya harus dilakukan setelah keduanya secara optimal desain tabung kosong dan desain tabung bersirip optimal telah dikembangkan dan dibandingkan. desain yang sukses akan menjadi salah satu yang memenuhi semua syarat-syarat desain dalam ukuran diminimalkan, sehingga meningkatkan efektivitas biaya menggunakan titanium dalam desain penukar panas.

Foto berikut menunjukkan kecenderungan unik tabung bersirip untuk rapel pengotoran di dalam sebuah kemasan tabung kosong di mana tidak. sini, kita mengkondensasikan uap pada sisi tabung dan pemanasan berlebih proses air cooling tower pada sisi kulit. masalah pengotoran adalah kristal dan juga mengandung endapan lumpur dan detritus lainnya. Di sini, tabung bersirip tunggal tetap jelas dari materi fouling dan tabung kosong tidak.