Abstrak
Antuk panglimbak industrialisasi modern, industri karbon rendah- sampun dados tren sane nenten prasida katepis. Ring makudang-kudang widang industri, penukar panas sane efisiensinyane tegeh-lan hemat energi- sampun kalimbakang anggen ngentosin piranti penukar panas tradisional. Nanging, nincapang kinerja penukar panas kemanten nenten prasida ngamolihang efek hemat energi- sane optimal majeng ring makasami sistem produksi.
Madasar antuk kahanan operasi sane sujati ring industri petrokimia, makalah puniki nilikin lingkungan aplikasi saking makudang-kudang soroh penukar panas, panglimbak teknologi hemat energi-, taler panglimbak penelitian ring sajeroning ngicalang fouling lan pengolahan kesalahan. Arah seseleh anyar taler kaunggahang.
Penukar panas, taler kabaos penukar termal, inggih punika piranti sane utamanyane kaanggen mangda ngamolihang perpindahan panas pantaraning cairan sane mabinayan. Selami produksi petrokimia, media proses sering pisan patut kapanesin utawi kadinginan. Manut ring kondisi operasi lan persyaratan produksi sane mabinayan, makudang-kudang soroh penukar panas prasida kapilih mangda cairan proses prasida ngantos tingkat suhu sane kabuatang lan prasida nagingin persyaratan proses reaksi kimia.
Santukan prinsip lan fungsi operasinyane, penukar panas madue peran sane mabuat ring makasami proses pemurnian. Ipun pinaka piranti sane mabuat pisan anggen mastikayang kontrol suhu sane patut saking cairan proses, miara operasi sistem pemurnian sane stabil, lan ngawaliang panes limbah anggen konservasi energi. Tiosan ring punika, santukan piranti pertukaran panas akeh kaanggen ring industri petrokimia, punika ngawakilin proporsi sane signifikan saking biaya investasi piranti. Konsumsi energi sane mapaiketan lan kerugian logam taler dados faktor utama sane ngamerluang uratian.
1. Aplikasi Panglimbak Penukar Panas ring Industri Petrokimia .
1.1 Penerapan Penukar Panas Pipa Panas ring Pemulihan Panas Limbah .
Penukar panas pipa panas sampun prasida kaanggen ring kondisi pemulihan panas limbah sane keras ring industri minyak bumi, utamanyane ring proses sane nyarengin bahan bakar belerang sane tegeh-.
Ring proses produksi petrokimia, piranti pemanasan miwah retak suhu sane tegeh-mabuat pisan. Minakadi, ring produksi olefin ringan, tungku retak nafta minyak bumi suhu tinggi-ketah kawigunayang. Suhu gas buang saking tungku puniki prasida ngantos 200-400 derajat. Santukan lingkungan operasi sane parah, gas limbah sane kapolihang nenten prasida langsung kaabuang ke atmosfer.
Penukar panas pipa panas prapanas udara prasida ngawigunayang sisa panas saking gas buang anggen pramanas udara pembakaran, nincapang efisiensi energi sinambi ngirangin polusi lingkungan.
Ring makudang warsa sane lintang, makudang-kudang kombinasi penukar panas tubular sampun akeh kaambil ring domestik miwah internasional mangda prasida ngamolihang hemat energi- sane becikan lan kinerja pemulihan panas limbah. Proses produksi sane utama kacihnayang ring Gambar 1.
1.2 Penerapan Penukar Panas Baffle Heliks ring Proses Pendinginan lan Pertukaran Panas .
Penukar panas heliks baffle inggih punika soroh anyar sane madue efisiensi tinggi-alat penukar panas. Konsepnyane mawit saking struktur penukar panas pelat spiral sane kaunggahang olih perusahaan Rosenbland Swedia duk warsa 1930, sane raris kapatenin. Raris, panegara-panegara minakadi Inggris, Amerika Serikat, Jerman, miwah bekas Uni Soviet nglimbakang miwah makarya peralatan sané pateh.
Cina ngawit nyobyahang lan nganggen teknologi puniki ring industri kimia salami warsa 1950-an. Ring tengahing warsa 1960-an, produsen domestik sampun prasida ngamolihang produksi massal majalaran antuk proses rolling. Ring warsa 1973, Cina nyusunManual Pemilihan Gambar Penukar Panas Piring Spiral. Standar sané anyar, JB/T4751Penukar Panas Piring Spiral(edisi 2003), ngangganin undagan panglimbak teknologi penukar panas pelat spiral ring Cina.
Yening saihang sareng penukar panas tradisional, penukar panas pelat spiral madue keuntungan rumasuk koefisien perpindahan panas sane tegehan lan kemampuan self-cleaning sane kaawinang olih turbulensi cairan, sane ngawantu nyegah akumulasi sedimen.
Punika mawinan, ring industri petrokimia, penukar panas pelat spiral utamanyane kaanggen ring proses pemanasan lan pendinginan sane nyarengin bensin, bahan bakar solar, toya amonia, toya klorin, toya asin, asam kuat, basa kuat, lan nitrogen-hidrogen{{dxe.}mi.
Ipun taler akeh kawigunayang ring sistem pemanasan, pendinginan, kondensasi, miwah reboiling anggen alkohol, resin, urea, monomer molekul alit, olefin polimerisasi, miwah produk perantara sane mapaiketan.
Hao Zhenliang miwah sane lianan. eksperimental malajahin paiketan pantaraning cangkang-sisi penurunan tekanan lan laju aliran, variasi cangkang-sisi kinerja perpindahan panas konvektif antuk angka Reynolds (Re) lan angka Nusselt (Nu), lan cangkang-koefisien perpindahan panas sisi basis ring sor kondisi penurunan tekanan excalff satuan he.
Tetilikan ipun ngicenin tuntunan antuk milih peralatan ring kondisi operasi sane matiosan. Tetimbangan sane utama inggih punika sakadi ring sor puniki:
(1) Ring kondisi angka Reynolds sane pateh, koefisien perpindahan panas konvektif sisi cangkang-penukar panas baffle segmental tegehan ring penukar panas baffle heliks.
(2) Ring kondisi diameter cangkang lan laju aliran sane pateh, penurunan tekanan sisi cangkang-penukar panas baffle heliks berkorelasi negatif sareng sudut heliks. Nanging, nenten gumantung ring sudut heliks sane kapilih, penurunan tekanan tetep andap saking penukar panas baffle segmental.
(3) Mabinayan sareng kalih kesimpulan ring ajeng, ritatkala mapikayun indik kinerja perpindahan panas per satuan penurunan tekanan, koefisien perpindahan panas konvektif sisi cangkang-penukar panas baffle heliks pinih tegeh. Rikala sudut heliks kirang langkung 40 derajat , koefisien perpindahan panas konvektif ngantos nilai maksimumnyane, ngasilang kinerja perpindahan panas keseluruhan sane pinih tegeh.
1.3 Aplikasi Hemat Energi-Penukar Panas Pelat Efisiensi Tinggi-Ring Penyulingan Minyak
Ring kilang minyak skala menengah lan ageng-, prasida wenten kirang langkung 400 penukar panas sane mabinayan sorohnyane. Sistem puniki sering mamargi ring kondisi tekanan sane tegeh lan suhu sane tegeh. Ring internasional, penukar panas cangkang-lan-tabung sampun ngantos tingkat operasi tekanan 8,4 MPa lan suhu 1500 derajat, antuk area perpindahan panas sane ngantos 6.700 m2.
Santukan biaya konstruksi platform minyak lepas pantai sane tegeh, penukar panas pelat las sampun akeh kaanggen ring produksi minyak lepas pantai santukan strukturnyane sane kompak, desain sane enteng, kinerja perpindahan panas sane becik, lan biaya sane lebih rendah.
Aplikasi utamanyane minakadi pendinginan minyak pelumas mekanis lan toya tawar (sekadi toya pendinginan jaket mesin). Ring lapangan minyak, ipun taler prasida kaanggen pemanasan minyak mentah lan proses sane lianan.
Tantangan sane utama inggih punika ring desain lan itungan sistem proses. Ring produksi sane sujati, kaicalan energi sering sangkaning desain proses sane nenten masuk akal.
Chen Jianwei miwah sane lianan. ngamargiang tetilikan teoritis indik itungan penurunan tekanan penukar panas pelat pendinginan sane kaanggen ring aplikasi petrokimia. Madasar antuk karakteristik penukar panas lan prinsip perpindahan panas, ipun ngasumsiang indik fase cairan ring salantang saluran aliran nincap secara linier lan ngawentenang paiketan pantaraning panjang saluran aliran, kualitas uap massa aktual, lan kualitas uap volumetrik. Pikolih paitungan punika manut sareng data operasi praktis.
Tetimbangan sane utama inggih punika sakadi ring sor puniki:
(1) Ring kondisi perubahan fase-, ritatkala ngitung penurunan tekanan cairan, cairan punika patut kaanggep dados aliran kalih-fase utawi multifase. Model aliran fase tunggal- utawi aliran homogen nenten dados kaanggen pangentos ring itungan aliran multifase. Model aliran sane mapasahan patut kaanggen.
(2) Ring proses pendinginan ring industri petrokimia, kondensasi parsial prasida metu, ngawinang wentennyane film cair ring permukaan perpindahan panas. Punika mawinan, ritatkala milih penukar panas sane kompak sekadi penukar panas sirip pelat-, mangda ngamolihang desain sane masuk akal lan ekonomis ngamerluang tetimbang parameter struktural. Wantah nincapang area perpindahan panas lan nambahin margin keselamatan nenten cukup.
1.4 Penerapan Evaporator Film Tipis ring Proses Konsentrasi lan Pengeringan .
Evaporator film tipis ketahnyane kawigunayang ring proses petrokimia sekadi konsentrasi soda kaustik, penguapan natrium sulfida, pengeringan resin, lan pengeringan karet. Ipun ngicenin pikenoh ekonomi sane ageng.
Yening saihang sareng piranti tradisional sekadi wajan penguapan besi cor, penukar panas penguapan film tipis sane kapanasang olih tungku minyak termal madue kaluwihan sekadi ring sor puniki:
(1) Jejak piranti prasida kaicalang ngantos nampek ring 6%. Proses puniki ngawinang penguapan mekanis, ngawentenang operasi sane dangan, taler nguwah produksi sane selang-seling dados produksi sane terus-menerus, kantos nincapang efisiensi industri.
(2) Kasokong olih pengikis sane maputaran, kinerja perpindahan panas sayan nincap. Galah penguapan ring permukaan prasida katedunang dados kirang saking siki menit, ngirangin skala lan pengendapan karbon. Produk punika kirang prasida terurai lan cocok antuk bahan sane sensitif ring panes-. Rikala punika taler, pembentukan sedimen sayan ngidikang, ngawinang dangan miara lan meresihin.
(3) Yening saihang sareng panci penguapan besi cor, tungku minyak termal sane nunjang prasida ngirangin konsumsi batu bara kirang langkung 50%. Puniki prasida mamargi ring suhu ngantos 300 derajat sinambi tetep mamargi aman ring kondisi non-bertekanan.
(4) Piranti punika dangan antuk proses skala-up desain lan prasida ngentosin pengering jenis ceret- tradisional. Salami ekspansi produksi skala ageng-, deviasi sane kaawinang olih skala up punika relatif alit.
Nanging, makudang tantangan teknis kantun wenten ring aplikasi praktis.
For example, scraper grooves are usually made of polytetrafluoroethylene (PTFE), which has excellent corrosion resistance but limited high-temperature resistance. One possible solution is to use materials such as graphite that provide both corrosion resistance and high-temperature resistance (>280 derajat ).
Pipa proses biasane kakaryanin saking pipa sane mulus, sane minab perlu kagentosin kirang langkung nyabran 30 rahina. Minab sane prasida katincapang inggih punika nganggen pipa stainless steel utawi pipa sane madue lapisan internal sane tahan korosi-, sakadi tabung penukar panas sane malapis fluoroplastik-.
Tiosan ring punika, pikobet korosi sane mapaiketan sareng pompa sirkulasi taler ngamerluang solusi salanturnyane.
2. Ngicalang Fouling lan Langkah-langkah Penanggulangan Peralatan Pertukaran Panas ring Industri Petrokimia
Manut Steinhagen dkk, survei ring 3.000 soroh penukar panas sane mabinayan ring Selandia Baru nyihnayang langkungan saking 90% penukar panas ngamolihang pikobet fouling. Perbandingan kondisi fouling pantaraning soroh penukar panas sane mabinayan kasinahang ring Gambar 2.
Studi domestik lan internasional nyihnayang biaya tahunan sane mapaiketan sareng pengolahan fouling ring industri pemurnian minyak bumi lan kimia ngantos kirang langkung 15,6 yuta, sane ngawinang rugi ekonomi sane signifikan lan konsumsi sumber daya.
Ring kondisi operasi sane sujati ring industri petrokimia, mekanisme pembentukan lan klasifikasi fouling utamanyane prasida kakepah dados kategori sekadi ring sor puniki:
Model ngrusak korosi
Model pencemaran solidifikasi
Model pencemaran sane kainduksi bahan permukaan-
Model pencemaran fase gas-
Model sane ngrusak reaksi kimia
Selami prediksi miwah analisis operasi praktis, fouling prasida kaklasifikasiang manut mekanisme puniki. Antuk milih jenis penukar panas sane patut manut kondisi operasi sane mabinayan lan ngitung interval pembersihan sane optimal, kerugian ekonomi prasida ngirangin.
Selanturnyane, yening kauratiang suhu - sane tegeh lan lingkungan operasi tekanan - sane tegeh ring aplikasi petrokimia, metode pengolahan utama minakadi:
Nincapang perpindahan panas
Metode mekanis sane kaanggen meresihin
Cara ngresikin antuk kimia
Panyelehan online miwah teknologi pabersihan galah-nyata
3. Analisis Kegagalan lan Pemeliharaan Penukar Panas ring Industri Petrokimia
3.1 Pencegahan Korosi lan Keausan ring Penukar Panas .
Ring sajeroning operasi penukar panas ring industri petrokimia, kecelakaan kebocoran korosi sering kalaksanayang. Kagagalan puniki prasida ngawinang produksi sane stabil taler kawedarang pinaka silih tunggil pikobet peralatan sane utama ring sistem petrokimia.
Pikobet kebocoran sekadi punika utamanyane kaklasifikasiang dados kebocoran erosi lan kebocoran korosi. Solusi sane mangkin utamanyane ngutamayang indik mecikang peralatan sane rusak sesampun wenten kegagalan, nincapang proses produksi mangda nenten kegagalan, lan ngirangin degradasi peralatan malarapan antuk pemilihan bahan lan jenis penukar panas sane patut.
3.1.1 Sane Ngawinang Korosi lan Keausan ring Penukar Panas .
Panyelehan saking perspektif bahan baku .
Bahan baku sane kaanggen ring produksi petrokimia, utamanyane minyak mentah, madaging komponen kimia sane kompleks. Tiosan ring punika, minyak mentah umumnyane madue viskositas sane tegeh lan madaging partikel padat sane ukurannyane nenten beraturan.
Punika mawinan, media kerja sane bersentuhan sareng permukaan penukar panas punika kompleks pisan. Piranti punika sering keni kerusakan mekanis sane kaawinang olih gesekan fisik lan korosi kimia sane parah.
Panyelehan saking perspektif proses kimia .
The entire petrochemical production chain often involves high-temperature (>1000 derajat ) miwah kahanan operasi tekanan tinggi-. Makudang-kudang wangun korosi prasida mamargi sinarengan lan saling berinteraksi.
Minakadi, kecepatan aliran sane tegeh sane kabuatang salami proses produksi inggih punika penyebab langsung korosi erosi, sinambi taler ngelisang pikobet kebocoran korosi sane wenten.
Punika mawinan, ring kegagalan penukar panas, kebocoran lan korosi biasane mapaiketan erat lan prasida ngawetuang efek sinergis sane ngelisang rusaknyane peralatan.
3.1.2 Klasifikasi Korosi lan Keausan Penukar Panas lan Langkah-langkah Penanggulangan ring Industri Petrokimia .
(1) Korosi permukaan lan ausnyane penukar panas .
Korosi permukaan inggih punika sane pinih sering ngawinang kebocoran tabung penukar panas, sane ngawetuang kirang langkung 90% kasus.
Media proses sane kawigunayang ring produksi petrokimia sering madue undagan viskositas miwah adhesi sane sampun katentuang. Cairan kecepatan tinggi- sane madaging partikel padat lan gelembung terus-terusan mapangaruh ring permukaan perpindahan panas, ngasilang tekanan permukaan lokal ngantos 10 MPa, sane prasida ngawinang erosi kelelahan lan rusak permukaan logam.
Punika mawinan, persyaratan proses sering nentuang indik kecepatan aliran menengah mangda agengan saking 2 m/s.
(2) Korosi elektrokimia sane kaawinang olih endapan permukaan .
Salami proses pemurnian minyak bumi, media proses ketahnyane madue viskositas sane ageng taler prasida ngarasayang solidifikasi ring kondisi sane sampun katentuang. Indike puniki prasida ngawinang bahan-bahan mapupul ring permukaan penukar panas lan ngawentuk endapan.
Karakteristik sane nenten stabil, nenten terus-menerus, lan nenten rata saking endapan puniki prasida ngawinang retak lan celah. Pabinayan ring konsentrasi oksigen pantaraning ring tengah miwah ring jaba celah puniki prasida ngawinang korosi elektrokimia.
Reaksi korosi sane mapaiketan utamanyane minakadi:
Reaksi larutan logam, inggih punika oksidasi anodik;
Reaksi reduksi sane katodik;
Ekspansi progresif korosi sane kaawinang olih ketidakseimbangan elektrokimia.
(3) Korosi ring permukaan sisi toya tabung penukar panas .
Ring sistem pertukaran panas, toya sering kawigunayang pinaka media perpindahan panas, ngawinang korosi sisi toya-dados pikobet sane sampun ketah.
Mekanisme korosi sane utama minakadi:
Reduksi nilai pH sane wenten;
Penetrasi uap toya sane wenten;
Serangan sane kaawinang olih oksigen sane larut;
Korosi ion klorida (Cl−) sane wenten;
Korosi ion sulfida (S2−).
Reaksi puniki ketahnyane prasida kakepah dados korosi kimia miwah korosi elektrokimia.
Persyaratan bahan tahan korosi-ring sisi toya tabung penukar panas minakadi:
Konduktivitas termal sane becik lan adhesi permukaan sane kuat;
Ketahanan sane becik pisan majeng ring variasi suhu lan kekerasan sane cukup;
Ketahanan sane kuat majeng ring korosi ion;
Kinerja anti-skala sané becik;
Ketahanan sane becik pisan majeng ring penetrasi uap toya.
3.1.3 Tata Cara Perlindungan Korosi ring Penukar Panas .
Sane mangkin, metode perlindungan korosi antuk penukar panas ring industri petrokimia utamanyane minakadi:
(1) Perlindungan anoda kurban .
Metode puniki nyaga bahan penukar panas antuk nganggen logam sane lebih aktif pinaka anoda kurban mangda nenten korosi ring peralatan utama.
(2) Panglimbak miwah pangangge lapisan anti-korosi .
Lapisan anti-korosi akeh kaanggen ring perlindungan penukar panas. Antuk nganggen lapisan logam sane pinih tipis utawi lapisan anorganik ring permukaan kontak, zat sane mabaya lan endapan fouling prasida kaisolasi antuk efektif.
Lapisan sane ketah kaanggen inggih punika sistem lapisan anti korosi amino epoksi CH-784.
(3) Nincapang bahan penukar panas sane kaanggen .
Mangda nenten wenten korosi sane kaawinang olih kualitas toya lan media sane agresif, bahan sane katincapang prasida kapilih.
Penukar panas sane kakaryanin saking baja stainless, paduan tembaga, lan paduan titanium umumnyane ngicenin ketahanan korosi sane becik pisan. Nanging, prabea material sane tegehan ngwatesin aplikasinyane ring makudang industri.
3.2 Teknologi Las sane kaanggen ring perbaikan retak flensa penukar panas
Ring galahe mangkin, teknologi perbaikan las fusi dingin sampun akeh kaanggen ring pemeliharaan lapangan industri.
Teknologi las fusi dingin inggih punika teknologi perbaikan anyar sane kalimbakang madasar antuk teknik las sane kalindungin gas-. Punika sering kaanggen ring perbaikan lan pemeliharaan penukar panas sane rusak ring industri petrokimia.
Ceciren utamanyane minakadi:
(1) Input panas sane rendah lan galah las sane cendet
Panas sane kapolihang rikalaning ngelas punika pinih kidik. Proses pengelasan wantah ngamerluang galah makudang-kudang puluhan milidetik, ngindarin pikobet sekadi perubahan warna annealing.
(2) Kolam las sane alit lan kualitas perbaikan sane becik pisan
Volume kolam las sane wenten kirang saking 2 mm3. Distribusi tegangan punika kasebar, ngirangin tegangan sane terkonsentrasi ring komponen sane kabecikang.
Pamarginnyane nenten ngawinang retak utawi deformasi. Lianan ring punika, perlindungan gas inert ngawinang nenten wenten pori-pori lan gelembung, ngasilang permukaan sane sampun kabecikang sane mulus lan bersih.
(3) Piranti sane kompak lan cocok antuk perbaikan ring-site
Piranti las punika alit tur cocok antuk perbaikan lapangan sane nyata-waktu.
Makudang-kudang kawat las prasida kapilih, ngawinang perbaikan penukar panas sane kakaryanin saking bahan sane matiosan.
4. Prospek Pembangunan sane jagi rauh
Patut kauratiang yening persyaratan proses sane mabinayan ngamerluang soroh penukar panas sane mabinayan. Lianan ring punika, susunan paralel utawi seri penukar panas madue iusan sane signifikan majeng ring kinerja operasi makasami sistem proses.
Pamilihan miwah pencocokan komponen taler pinaka faktor sane mabuat pisan. Desain sane berorientasi reliabilitas- ngamerluang komponen madue kemampuan adaptasi sane cukup anggen nahan makudang kondisi operasi, perubahan beban acak, lan variasi tekanan sane ketah kapanggihin ring industri petrokimia. Konsep desain puniki ngicenin panincapan saking watesan metode desain konvensional.
Ring sajeroning konservasi energi lan reduksi emisi, panglimbak sane jagi rauh nenten wantah patut ngutamayang nincapang struktur penukar panas kemanten nanging taler sayan nguratiang panglimbak bahan penukar panas sane canggih.
Pantaraning widang tetilik puniki, teknologi lapisan permukaan penukar panas madue potensi sane signifikan. Arah pengembangan lapisan sane jagi rauh minakadi:
Desain sane enteng;
Suhu sane tegeh- lan tahan tekanan sane tegeh -;
Tahan ring korosi sane becik pisan;
Biaya manufaktur sane sayan rered;
Operasi miwah pemeliharaan sané sayan ekonomis.
Ring galahe mangkin, panglimbak teknologi simulasi miwah perangkat lunak rekayasa taler dados arah penelitian sane mabuat. Teknologi puniki prasida ngicenin tuntunan sane efektif anggen prediksi fouling, optimasi siklus pembersihan, lan evaluasi kinerja operasional.
