عملکرد اولیه از لوله های پره دار بویلر
هدف اصلی یک لوله پره دار بویلر این است که افزایش سطح خارجی بدون افزایش متناسب قطر یا وزن کلی لوله. با اتصال پره ها به لوله پایه، مبدل حرارتی می تواند انرژی حرارتی بیشتری را از گاز داغ دودکش به آب یا بخار داخل لوله منتقل کند. این فرآیند به طور مستقیم بازده حرارتی دیگ را بهبود می بخشد، طراحی فشرده تر و کاهش مصرف سوخت در طول عمر عملیاتی تجهیزات را ممکن می سازد.
از نظر عملی، یک اکونومایزر لوله پره دار می تواند دمای گازهای خروجی را کاهش دهد تا 40 درجه سانتیگراد در مقایسه با طراحی لوله لخت در همان ردپا. این بازیابی گرمای تلف شده مستقیماً به پتانسیل صرفه جویی در سوخت تقریباً تبدیل می شود 1 درصد به ازای هر 20 درجه کاهش درجه سانتیگراد در دمای پشته، این فناوری را به یک جزء حیاتی در مدیریت انرژی مدرن تبدیل می کند.
آشنایی با مکانیک انتقال حرارت
کارایی این اجزا بر این اصل استوار است که نرخ انتقال حرارت تابعی از سطح، اختلاف دما و ضریب انتقال حرارت است. در سمت گاز دیگ، مقاومت غالب در برابر جریان گرما معمولاً رخ می دهد. باله ها با گسترش سطح به داخل جریان گاز کار می کنند و بر ضریب همرفت ذاتی پایین گازها غلبه می کنند.
| مشخصه | لوله برهنه | لوله پره دار |
|---|---|---|
| مساحت سطح خارجی در هر متر | ~0.1 متر مربع | تا 1.5 متر مربع |
| نرخ انتقال حرارت | مرجع پایه | 300 تا 500 درصد بالاتر |
| ردیف های لوله مورد نیاز | بالا | تا 70 درصد کاهش یافته است |
| افت فشار سمت گاز | پایین تر | بالاer (requires careful design) |
با این حال، کارایی یک باله یکنواخت نیست. پارامتری به نام کارایی باله حکم می کند که دما در امتداد ارتفاع باله با از بین رفتن گرما کاهش یابد. انتخاب ماده در اینجا بسیار مهم است زیرا یک ماده پره با رسانایی حرارتی بالاتر، مانند آلومینیوم یا مس، دمای متوسط بالاتری را در سراسر سطح خود در مقایسه با فولاد کربنی حفظ میکند و در نتیجه رد حرارت موثرتری را به همراه خواهد داشت.
انتخاب مواد برای محیط های عملیاتی سخت
انتخاب متالورژی صحیح از خرابی مکانیکی جلوگیری می کند و طول عمر عملیاتی را تضمین می کند. انتخاب توسط دمای گاز دودکش و پتانسیل خورندگی سوخت در حال سوختن تعیین می شود. تطبیق نادرست یکی از دلایل اصلی شکست زودرس است.
باله های کربنی فولادی
اینها مقرون به صرفه هستند و برای جریانهای گاز تمیز با دمای عموماً زیر 400 درجه سانتیگراد مناسب هستند. محدودیت حساسیت آنها به اکسیداسیون و خوردگی نقطه شبنم اسیدی است. اگر گوگرد در سوخت وجود داشته باشد، دمای فلز باید بالاتر از نقطه شبنم اسید باشد، معمولاً در اطراف 120 تا 140 درجه سانتیگراد ، برای جلوگیری از حمله اسیدی سریع.
باله های فولادی ضد زنگ
برای دماهای بالاتر تا 650 درجه سانتیگراد یا محیط های بسیار خورنده مانند نیروگاه های زباله به انرژی، گریدهای فولاد ضد زنگ آستنیتی مورد نیاز است. محتوای کروم یک لایه اکسید غیرفعال را تشکیل می دهد که در برابر حمله مقاومت می کند. در حالی که هزینه سرمایه اولیه به طور قابل توجهی بالاتر است، هزینه چرخه عمر اغلب به دلیل پایین تر است فواصل سرویس طولانی تر و کاهش زمان توقف غیرمنتظره .
پره های آلومینیومی
آلومینیوم که به طور گسترده در کندانسورهای هوا خنک استفاده می شود، هدایت حرارتی عالی را ارائه می دهد و در برابر خوردگی اتمسفر بسیار مقاوم است. با این حال، نقطه ذوب آن محدود به کاربردهای اگزوز دیگ بخار با دمای بسیار پایین، به ویژه زیر 200 درجه سانتیگراد است.
فرآیندهای ساخت اصلی و روشهای پیوست
پیوند بین باله و لوله از نظر ساختاری و حرارتی بحرانی ترین نقطه است. یک اتصال ضعیف باعث ایجاد شکاف هوایی می شود که به عنوان یک عایق عمل می کند و عملکرد را به شدت کاهش می دهد. چندین فرآیند مجزا برای بهینه سازی این پیوند برای دماها و شرایط تنش مختلف وجود دارد.
- جوشکاری مقاومتی با فرکانس بالا: این فرآیند یک باله پیوسته و مارپیچ ایجاد می کند. این منجر به ایجاد یک پیوند حالت جامد و آهنگری بین باله و لوله بدون نیاز به فلز پرکننده می شود. این استاندارد برای بویلرهای تولید برق است که یکپارچگی را در دمای فلز لوله تا 600 درجه سانتیگراد فراهم می کند.
- لوله های باله اکسترود شده: یک آستین بیرونی آلومینیومی ضخیم روی یک لوله اصلی قرار می گیرد و تحت فشار بالا اکسترود می شود و باله هایی با یکپارچگی بالا ایجاد می کند. عدم وجود اتصال جوشی خطر خوردگی گالوانیکی در پایه را از بین می برد. این طرح برای مبدل های حرارتی دریایی که در معرض اتمسفر شور قرار دارند بهینه است.
- لوله های باله جاسازی شده: باله به طور مکانیکی در یک شیار مارپیچ بریده شده در دیواره لوله قرار داده می شود و با چرخاندن فلز جابجا شده به عقب محکم می شود. را قفل مکانیکی تحمل چرخه حرارتی عالی را فراهم می کند و از شل شدن پیوند ناشی از انبساط و انقباض در هنگام راه اندازی و خاموش شدن دیگ جلوگیری می کند.
مکانیسم های رایج شکست و تجزیه و تحلیل علل ریشه ای
شناخت الگوهای خرابی تیم های تعمیر و نگهداری را قادر می سازد تا به جای جایگزینی اجزاء، به علل ریشه ای رسیدگی کنند. سه مکانیسم اصلی در این زمینه مشاهده می شود:
- فرسایش خاکستر بادی: عمل برش زمانی اتفاق می افتد که ذرات خاکستر ساینده به لبه جلویی باله ها ضربه می زند. نرخ سایش متناسب با سرعت گاز مکعبی است. مهندسان اغلب یک حد سرعت در سمت گاز را مشخص می کنند 15 تا 20 متر در ثانیه بسته به بارگذاری خاکستر برای به حداقل رساندن این موضوع. سپرهای فرسایش یا U-bends را می توان روی ردیف های اول بانک های لوله به عنوان موانع قربانی نصب کرد.
- خوردگی نقطه شبنم: این زمانی اتفاق می افتد که دمای سطح فلز به زیر دمای تراکم گازهای اسیدی، به ویژه اسید سولفوریک، کاهش یابد. خوردگی معمولاً در انتهای سرد سیستم موضعی می شود. یک اقدام عملی پیشبینی این است که به طور منظم ردیابی شود حداقل دمای فلز لوله نسبت به نقطه شبنم اسیدی محاسبه شده، به جای اینکه فقط دمای خروجی گاز دودکش را کنترل کنید.
- شل شدن باله: تنش حرارتی چرخه ای می تواند باعث شل شدن رابط بین باله غیر جوشی و لوله شود. هنگامی که شل شدن شروع می شود، مقاومت تماس حرارتی افزایش می یابد و باعث می شود فلز لوله بیش از حد گرم شود در حالی که باله بی فایده خنک می شود. بازرسی های ضربه زدن در حین خاموش شدن می تواند به صورت شنیداری باله های شل را از طریق a شناسایی کند صاف و صدای تق تق به جای صدای زنگ تمیز.
استراتژی های تمیز کردن موثر برای حفظ عملکرد
رسوب گیری توسط رسوبات دوده، خاکستر یا رسوب، مزیت سطح را که استفاده از لوله های پره دار را توجیه می کند، نفی می کند. یک لایه رسوبی فقط 0.5 میلی متری می تواند بازده انتقال حرارت را کاهش دهد 10 تا 20 درصد . رژیم تمیز کردن منظم غیر قابل مذاکره است.
دودهدمهایی که از بخار پرفشار استفاده میکنند، رایجترین روش تمیز کردن آنلاین هستند. با این حال، عملیات تهاجمی می تواند باعث فرسایش شود. بوق های صوتی که از امواج صوتی با فرکانس پایین برای سیال کردن و بلند کردن رسوبات استفاده می کنند، یک فناوری مکمل هستند که خستگی مکانیکی روی بسته های لوله را کاهش می دهد. برای تمیز کردن آفلاین، شستشوی آب با فشار بالا باید به شدت کنترل شود. اگر فشار آب از سفتی ساختاری باله بیشتر شود، پره ها می توانند روی آن قرار بگیرند یا "دراز بکشند"، به طور دائم مسیر گاز را مسدود کرده و جریان را خفه کنند.
بهینه سازی هندسه برای انواع سوخت خاص
هندسه باله باید با کثیفی سوخت مطابقت داشته باشد. بین چگالی سطح و تمیزی بودن رابطه معکوس وجود دارد. برای واحدهایی که زغالسنگ پرخاکستر یا زیستتوده شلیک میکنند، یک زمین باله گستردهتر برای جلوگیری از گرفتگی ضروری است.
یک دستورالعمل عملی این است که برای سوخت هایی با محتوای خاکستر بیش از 15 درصد، فاصله واضح بین نوک باله ها نباید کمتر از 6 تا 8 میلی متر . برعکس، برای ژنراتورهای بخار بازیابی حرارتی سیکل ترکیبی گاز طبیعی با سوخت پاک، میتوان چگالی باله محکم تا 275 باله در هر متر را مشخص کرد. این امر جذب گرما را در یک فضای بسیار فشرده بدون خطر انسداد به حداکثر میرساند، زیرا گاز عملاً هیچ ذرهای ندارد.
پروتکل های بازرسی در هنگام خاموش شدن
بازرسی بصری در هنگام خاموش شدن دیگ، داده های غیر قابل تعویضی را در مورد سلامت واحد ارائه می دهد. اولین گام یک بررسی عکاسی از بانک های لوله است. مقایسه تصاویر ناشی از خاموشی های پی در پی به تعیین کمیت میزان آسیب فرسایش کمک می کند. اندازه گیری ضخامت با استفاده از تست اولتراسونیک باید در این محل انجام شود موقعیت های ساعت 12 و 3 بعد از ظهر از لوله پایه، زیرا این مکان ها معمولاً بالاترین سایش فرسایشی را در اثر برخورد جریان گاز تجربه می کنند.
علاوه بر این، میتوان از یک گیج پروفیل باله برای بررسی خمش استفاده کرد. خم شدن فراتر از زاویه 10 درجه از زاویه عمودی، آشفتگی بین باله های مجاور ایجاد می کند و فرسایش موضعی را در لوله های مجاور تسریع می کند. مستندسازی الگوی تغییر شکل به تمایز بین یک نقص طراحی که باعث ارتعاش میشود و یک اختلال عملیاتی که باعث شوک حرارتی میشود، کمک میکند.
