What is the difference between a radiant tube and a convection tube?

تفاوت اساسی بین الف لوله تابشی و یک لوله همرفت در آن قرار دارد چگونه گرما از لوله به فرآیند یا بار اطراف منتقل می شود . یک لوله تابشی گرما را عمدتاً از طریق تابش حرارتی - انرژی الکترومغناطیسی ساطع شده از سطح بیرونی داغ لوله به طور مستقیم به قطعه کار یا جو کوره بدون نیاز به تماس یا حرکت سیال منتقل می کند. در مقابل، یک لوله همرفتی، گرما را عمدتاً از طریق همرفت اجباری یا طبیعی منتقل می‌کند - سیالی (گاز یا مایع) که روی لوله یا از طریق آن جریان می‌یابد، انرژی حرارتی را می‌گیرد و آن را به منطقه هدف می‌برد.

در کوره‌های صنعتی و کاربردهای عملیات حرارتی، این تمایز پیامدهای عملی عمده‌ای دارد: لوله‌های تابشی در جایی استفاده می‌شوند که قطعه کار باید در یک فضای کنترل‌شده یا محافظ گرم شود، جایی که منبع گرمایش باید از فضای کوره جدا شود، یا در جاهایی که دماهای بسیار بالا مورد نیاز است. لوله‌های همرفتی در جایی استفاده می‌شوند که گرمایش فله‌ای یکنواخت جریان گاز یا مایع هدف اصلی است، و در جایی که تماس مستقیم شعله یا تشعشع با سیال فرآیند مورد نیاز نیست یا مطلوب نیست. هر دو نوع لوله نقش اساسی در پردازش حرارتی صنعتی دارند، اما آنها بر اساس اصول فیزیکی متفاوت عمل می‌کنند و برای کاربردهای مختلف مهندسی شده‌اند.

لوله تابشی چیست و چگونه کار می کند؟

یک لوله تابشی یک عنصر گرمایش مهر و موم شده است که در آن منبع گرما - خواه یک عنصر مقاومت الکتریکی یا یک شعله احتراق - در داخل یک لوله بیرونی محافظ قرار دارد. سطح لوله بیرونی گرم می شود و تشعشع حرارتی را به محفظه کوره اطراف ساطع می کند و قطعه کار یا بار کوره را بدون تماس مستقیم بین محصولات احتراق (یا عناصر الکتریکی) و جو کوره گرم می کند.

لوله های تابشی الکتریکی

لوله های تابشی الکتریکی از یک عنصر گرمایش داخلی (هسته لوله) تشکیل شده اند که در داخل یک لوله محافظ بیرونی مهر و موم شده قرار دارد. المنت حرارتی در چندین پیکربندی موجود است تا با چگالی توان و نیازهای نصب متفاوت باشد:

• عنصر گرمایش نوع قفس: سیم مقاومتی که به یک ساختار قفس استوانه ای شکل گرفته است. توزیع حرارت خوبی را در اطراف محور مرکزی فراهم می کند و اجازه انبساط حرارتی را می دهد
• نوع نوار عمودی-زخم: نوار مقاومت صاف به صورت عمودی زخم شده است. تماس سطح بالایی با دیواره لوله داخلی و راندمان انتقال حرارت خوب را ارائه می دهد
• نوع سیم مقاومتی با سیم پیچی: عنصر سیم سیم پیچی که طول لوله کامل را دارد. به دلیل سادگی ساخت و ویژگی های الکتریکی قابل پیش بینی به طور گسترده استفاده می شود

مواد سیم مقاومت برای مقاومت در برابر اکسیداسیون در دمای بالا و خواص الکتریکی پایدار انتخاب می شوند: آلیاژهای نیکل کروم (Ni-Cr). برای کاربردهای تا حدود 1100 درجه سانتیگراد و آلیاژهای آهن کروم (Fe-Cr). برای کاربردهای با دمای بالا تا 1300 درجه سانتیگراد یا بالاتر. بار سطحی عنصر گرمایش به صورت محافظه کارانه طراحی شده است ≤1 W/cm² برای اطمینان از عمر طولانی عنصر بدون نقاط داغ یا خرابی زودرس. رتبه بندی قدرت تک لوله ای از 3 کیلو وات تا 60 کیلو وات ، و دمای عملیات المنت گرمایشی از 500 تا 1300 درجه سانتی گراد بسته به کاربرد

لوله های تابشی گاز سوز

لوله های تابشی گاز سوز از یک مشعل در یک انتهای لوله بیرونی برای احتراق سوخت (گاز طبیعی، LPG یا هیدروژن) در داخل لوله استفاده می کنند. گازهای احتراق از داخل لوله جریان می یابند و از انتهای دیگر خارج می شوند (یا در حال چرخش مجدد هستند)، دیواره لوله بیرونی را تا دمای معمولاً در محدوده 900 درجه سانتیگراد تا 1050 درجه سانتیگراد گرم می کنند. سپس لوله بیرونی گرما را به داخل محفظه کوره می تاباند. لوله‌های تابشی گاز سوز زمانی مورد استفاده قرار می‌گیرند که ظرفیت‌های گرمایشی زیاد مورد نیاز است و در مواردی که اقتصاد احتراق گاز در مقابل برق به نفع گرمایش گاز است.

ساخت لوله محافظ بیرونی

لوله محافظ بیرونی یک لوله تابشی عنصری است که مستقیماً با محیط کوره روبرو است و باید در برابر دماهای بالا، چرخه حرارتی و شیمی جو کوره مقاومت کند. سه روش ساخت لوله محافظ بیرونی را تولید می کند:

• لوله های ریخته گری گریز از مرکز: آلیاژ مذاب در قالبی که به سرعت در حال چرخش است ریخته می شود. نیروی گریز از مرکز، فلز را به طور یکنواخت در برابر دیواره قالب توزیع می کند و لوله ای با ساختار دانه عالی، چگالی بالا و مقاومت در برابر خزش در دمای بالا ایجاد می کند - انتخاب ارجح برای سخت ترین کاربردها.
• لوله های نورد شده و جوش داده شده: صفحه آلیاژی تخت به قطر مورد نیاز نورد می شود و درز جوش داده می شود. مقرون به صرفه برای قطرهای بزرگتر و شرایط دمایی متوسط که درز جوش داده شده را می توان به اندازه کافی عملیات حرارتی کرد.
• لوله های بدون درز: تولید شده توسط اکستروژن داغ یا سوراخ دوار بدون درز جوش. خواص یکنواخت را در سرتاسر فراهم می کند و نقطه شکست جوش بالقوه را حذف می کند - مناسب برای کاربردهای چرخه ای با فشار بالا یا دمای بالا

مواد معمول لوله بیرونی عبارتند از فولادهای ضد زنگ مقاوم در برابر حرارت (310S، 314، 330)، آلیاژهای نیکل-کروم-آهن (آلیاژ 600، 601، 625)، و برای کاربردهای بالاتر دما، آلیاژهای ریخته گری بر اساس سیستم های نیکل-کروم-نیوبیوم با استحکام بالای 10 درجه سانتی گراد است.

لوله کانوکشن چیست و چگونه کار می کند؟

لوله جابجایی لوله ای است که از طریق آن یک سیال فرآیند (گاز، مایع یا بخار) جریان می یابد در حالی که توسط محیط اطراف گرم می شود (یا سرد می شود). انتقال حرارت در دیواره لوله اتفاق می افتد - گرما از طریق دیواره لوله از یک محیط گرم خارجی به یک سیال داخلی خنک تر (یا برعکس در کاربردهای خنک کننده) حرکت می کند. مکانیسم غالب همرفت است: جریان اجباری سیال فرآیند در داخل لوله یک لایه مرزی سرعت در دیواره لوله ایجاد می کند و گرما با انتقال حرارت همرفتی از این لایه عبور می کند. گرمایش خارجی لوله ممکن است از طریق احتراق، تشعشع، پوشش بخار یا گرمایش الکتریکی اتفاق بیفتد.

لوله های جابجایی در بخاری ها و کوره ها

در بخاری های پالایشگاه نفت، کراکرهای پتروشیمی و کوره های فرآیندی، بخش همرفت بالای قسمت تابشی قرار دارد. گازهای دودکش داغی که از مشعل ها بیرون می آیند از کناره های لوله های همرفت عبور می کنند و گرما را به سیال فرآیندی که در داخل لوله ها جریان دارد به جای تابش، انتقال می دهند. گازهای دودکشی که وارد بخش همرفت می شوند معمولاً در سطح هستند 700 تا 900 درجه سانتی گراد و در 200 تا 450 درجه سانتی گراد ، با افت دما نشان دهنده گرمای جذب شده توسط سیال فرآیند است. سطوح گسترده (پره‌ها) معمولاً به بیرون لوله‌های همرفت اضافه می‌شوند تا سطح انتقال حرارت را افزایش دهند و ضریب انتقال حرارت همرفتی نسبتاً پایین‌تری را در مقایسه با تابش بهبود بخشند.

لوله های همرفت در مبدل های حرارتی

مبدل های حرارتی پوسته و لوله رایج ترین کاربرد لوله های همرفت صنعتی هستند. سیال فرآیند از طریق لوله ها جریان می یابد در حالی که یک محیط گرمایش یا خنک کننده در اطراف لوله ها در پوسته جریان دارد. گرما از طریق دیواره لوله از جریان گرمتر به جریان خنک تر منتقل می شود. دیواره لوله در یک برنامه مبدل حرارتی باید رسانایی گرما را به حداکثر برساند و مقاومت حرارتی را به حداقل برساند - که معمولاً با لوله‌های فولاد کربنی، فولاد ضد زنگ، مس یا تیتانیوم با دیواره نازک بسته به شیمی فرآیند حاصل می‌شود. قطر بیرونی لوله در مبدل‌های حرارتی صنعتی معمولاً متفاوت است 19 میلی متر تا 50 میلی متر ، با ضخامت دیواره های 1.5 میلی متر تا 3.5 میلی متر.

لوله های همرفت در بویلرها و ژنراتورهای بخار

در دیگ‌های لوله آب، آب در داخل لوله‌ها جریان می‌یابد و توسط گازهای احتراق در خارج گرم می‌شود - فرآیندی تحت سلطه همرفت در بخش‌های اکونومایزر و سوپرهیتر. مکانیسم همرفت برای استخراج گرمای باقیمانده از گازهای احتراق که قبلاً بیشتر انرژی تابشی خود را در بخش تابشی دیگ بخار داده اند ضروری است. مواد لوله همرفت دیگ باید هم فشار داخلی آب/بخار (معمولاً 1 تا 30 مگاپاسکال) و هم دمای گاز دودکش خارجی را تحمل کنند و در عین حال مقاومت در برابر خوردگی را برای هر دو محیط حفظ کنند.

فیزیک انتقال حرارت: تابش در مقابل همرفت

برای درک کامل تفاوت بین لوله های تابشی و همرفتی، مهم است که فیزیک انتقال حرارت زیربنایی را که توانایی ها و محدودیت های هر نوع را تعریف می کند، درک کنید.

مبانی تابش حرارتی

تابش حرارتی انرژی الکترومغناطیسی است که از هر جسمی با دمای بالاتر از صفر مطلق ساطع می شود. توان ساطع شده در واحد سطح از قانون استفان بولتزمن پیروی می کند: Q = εστ4 در جایی که ε تابش سطح است، σ ثابت استفان بولتزمن (5.67 × 10-8 W/m²·K4) و T دمای مطلق بر حسب کلوین است. وابستگی T4 به این معنی است که انتقال حرارت تشعشع به شدت با دما افزایش می‌یابد - دوبرابر شدن دمای مطلق، خروجی گرمای تابشی را با ضریب 16 افزایش می‌دهد. این امر باعث می‌شود تابش مکانیزم انتقال حرارت غالب در دماهای بالا (بالاتر از 700 درجه سانتی‌گراد) باشد و توضیح می‌دهد که چرا لوله‌های تابشی راه‌حل استاندارد برای کوره‌های صنعتی با دمای بالا هستند. تابش نیازی به محیط ندارد - از طریق خلاء یا گازهای شفاف منتشر می شود، به همین دلیل است که لوله های تابشی می توانند قطعات کار را از طریق اتمسفر کوره بدون همرفت یا رسانایی گرم کنند.

مبانی انتقال حرارت همرفتی

انتقال حرارت همرفتی به حرکت حجمی سیال حامل انرژی حرارتی بستگی دارد. نرخ انتقال حرارت همرفتی توسط قانون خنک‌سازی نیوتن توصیف می‌شود: Q = h × A × ΔT ، که در آن h ضریب انتقال حرارت همرفتی، A مساحت سطح انتقال حرارت و ΔT اختلاف دمای بین سطح و سیال است. برخلاف تابش، انتقال حرارت همرفتی با اختلاف دما به‌جای T4 به‌طور خطی تغییر می‌کند، که باعث می‌شود قدرت آن نسبت به تابش در دماهای شدید کمتر باشد، اما در دماهای متوسط ​​قابل کنترل و پیش‌بینی‌تر است. ضریب انتقال حرارت h به شدت به سرعت سیال، خواص سیال (چگالی، ویسکوزیته، هدایت حرارتی) و هندسه لوله بستگی دارد - به همین دلیل است که از پره ها، توربولاتورها و سرعت بالای سیال برای افزایش عملکرد لوله همرفت استفاده می شود.

محدوده دمایی که در آن هر مکانیزم غالب است

اهمیت نسبی تابش در مقابل همرفت به شدت به سطح دما بستگی دارد:

• زیر 300 درجه سانتیگراد: همرفت به طور معمول غالب است. تشعشعات کمتر از 10 تا 20 درصد از کل انتقال حرارت را در اکثر پیکربندی ها تشکیل می دهند
• 300 تا 700 درجه سانتی گراد: حالت مختلط - هر دو تابش و همرفت سهم قابل توجهی دارند. طراحی های کوره و بخاری در این محدوده باید هر دو مکانیسم را در نظر بگیرند
• بالای 700 درجه سانتی گراد: تشعشع به شدت غالب است. این محدوده عملیاتی اولیه لوله های تابشی صنعتی برای عملیات حرارتی است که در دمای سطح لوله کار می کنند 700 درجه سانتیگراد تا 1100 درجه سانتیگراد در برنامه های معمولی

تفاوت های سازه ای و مهندسی

جدا از مکانیسم‌های انتقال حرارت، لوله‌های تابشی و لوله‌های همرفتی از نظر طراحی ساختاری، مواد مورد نیاز، جهت‌گیری نصب و محدودیت‌های مهندسی تفاوت اساسی دارند.

عمر سرویس: چگونه هر نوع لوله در استفاده صنعتی پیر می شود

عمر مفید یکی از مهم‌ترین تفاوت‌های عملی بین لوله‌های تابشی و لوله‌های همرفتی در کاربردهای صنعتی است - و این مقایسه به‌راحتی به نفع یک نوع نسبت به نوع دیگر نیست. هر نوع از طریق مکانیسم های تخریب متفاوتی که برای شرایط عملیاتی بسیار متفاوت آن مناسب است، پیر می شود.

عمر سرویس لوله تابشی

لوله های تابشی در دماهای شدید و در محیط های چرخشی حرارتی کار می کنند و به طور ذاتی عمر کوتاه تری نسبت به لوله های همرفتی دارند. لوله محافظ بیرونی از طریق اکسیداسیون و تشکیل رسوب در سطح بیرونی، کربوهیداسیون یا نیتریداسیون از جو کوره، خستگی حرارتی ناشی از چرخه دما، و تغییر شکل خزشی تحت وزن خود در دمای بالا پایدار تخریب می‌شود. برای لوله های تابشی الکتریکی، عنصر سیم مقاومت داخلی علاوه بر این در معرض تخریب الکتریکی، تشکیل نقطه داغ و خستگی مکانیکی ناشی از انبساط حرارتی دیفرانسیل است.

عمر سرویس لوله تابشی الکتریکی معمول بر اساس نوع کوره عبارتند از:

• کوره های خاموش کننده (با بیشترین شدت): ≥1 سال - چرخه حرارتی سریع از بارگیری قطعات سرد، خستگی حرارتی را تسریع می‌کند و سخت‌ترین شرایط سرویس است.
• کوره های حرارت دهی (دمای پایین تر، چرخه پایدار): ≥ 3 سال - دمای عملیاتی پایین تر و چرخه های دمایی تدریجی تر، عمر مفید قابل توجهی طولانی تر می کند
• لوله های تابشی گازسوز: ≥2 سال - شیمی محصول احتراق باعث تخریب لوله اضافی از طریق سولفیداسیون و کربورسازی می شود که در لوله های الکتریکی وجود ندارد.

این عمر خدمات حداقل انتظارات تضمین شده برای لوله های تابشی تولید شده با کیفیت را نشان می دهد. زمانی که کنترل دمای کوره خوب است، شیمی اتمسفر به درستی مدیریت می شود، و لوله به طور مناسب برای کاربرد آن رتبه بندی می شود، عمر واقعی اغلب از این ارقام فراتر می رود.

عمر سرویس لوله همرفت

لوله‌های همرفتی معمولاً عمر طولانی‌تری نسبت به لوله‌های تابشی دارند، زیرا در دماهای پایین‌تر کار می‌کنند و در معرض همان چرخه حرارتی شدید قرار نمی‌گیرند. با این حال، تخریب لوله جابجایی توسط مکانیسم‌های مختلفی انجام می‌شود: خوردگی ناشی از شیمی سیال فرآیند (چه داخلی و چه خارجی)، فرسایش ناشی از جریان‌های سیال مملو از ذرات با سرعت بالا، رسوب‌گذاری و رسوب‌گذاری که راندمان انتقال حرارت را کاهش می‌دهد و دمای دیواره لوله را افزایش می‌دهد، خزش در مکان‌های با بالاترین درجه حرارت، و شوک حرارتی ناشی از بالا آمدن یا خاموش شدن فرآیند را ایجاد می‌کند.

در بخاری‌ها و مبدل‌های حرارتی که به خوبی طراحی شده و به درستی کار می‌کنند، طول عمر لوله‌های همرفتی 10 تا 25 سال یا بیشتر زمانی که انتخاب مواد برای شیمی فرآیند و شرایط عملیاتی مناسب باشد، رایج هستند. عمر کوتاه‌تر زمانی اتفاق می‌افتد که نرخ خوردگی کمتر برآورد شود، زمانی که اختلالات فرآیند باعث افزایش دما فراتر از محدودیت‌های مواد می‌شود، یا زمانی که رسوب اجازه داده می‌شود تا جایی پیش برود که دمای دیواره لوله از حد طراحی فراتر رود.

کاربردهایی که در آن از هر نوع لوله استفاده می شود

درک اینکه کدام نوع لوله برای یک کاربرد خاص مناسب است، مستلزم تطبیق مکانیسم انتقال حرارت، محدوده دما، و الزامات فرآیند برنامه با ویژگی های اساسی هر نوع لوله است.

کاربردهای معمولی لوله تابشی

• کوره های عملیات حرارتی کنترل شده با جو: کوره های بازپخت، سخت شدن، خاموش کردن، تلطیف کردن، کربورسازی و نیتریدینگ که در آن قطعه کار باید از اکسیداسیون توسط نیتروژن، هیدروژن، گاز گرماگیر یا دیگر جو کنترل شده محافظت شود - لوله تابشی محصولات احتراق یا عنصر الکتریکی را از جو کنترل شده جدا می کند.
• خطوط بازپخت نواری پیوسته: نوار فولادی و آلومینیومی در مناطق کوره مهر و موم شده با اتمسفر دقیق کنترل شده گرم می شود. لوله های تابشی گرمایش یکنواخت و قابل کنترل را بدون آلودگی جو ارائه می دهند
• بخاری قابلمه خط گالوانیزه: لوله های تابشی برقی یا گازی حمام های گالوانیزه روی مذاب را بدون غوطه ور شدن عناصر الکتریکی در روی گرم می کنند - لوله گرما را از بالا یا سطح حمام به روی تابش می کند.
• کوره های پخش نیمه هادی: محیط های کوره بسیار تمیز برای پردازش ویفر نیمه هادی که در آن هرگونه آلودگی ناشی از یک منبع احتراق فاجعه بار است - فقط لوله های تابشی الکتریکی در این کاربردها قابل قبول هستند.
• کوره های پخت متالورژی پودر: پودرهای فلزی فشرده در دمای 1100 تا 1400 درجه سانتیگراد در اتمسفرهای هیدروژن یا نیتروژن کنترل شده که در آن لوله های تابشی گرمایش با دمای بالا را بدون آلودگی اتمسفر فراهم می کنند پخته می شوند.

کاربردهای معمولی لوله همرفت

• بخاری های فرآیندی پالایشگاه نفت: نفت خام، نفت گاز خلاء، و جریان های فرآیند تا دمای ترک در بخش های لوله همرفت بخاری های پالایشگاه گرم می شوند - بخش همرفت گرما را از گازهای دودکش خارج شده از بخش تابشی بازیابی می کند.
• اصلاح کننده های بخار: گاز طبیعی یا نفتا برای تولید هیدروژن در لوله‌هایی که با تابش مشعل و همرفت تا دمای 800 تا 950 درجه سانتی‌گراد گرم می‌شوند، اصلاح می‌شوند - در این کاربرد مرز بین لوله‌های تابشی و همرفتی با هم همپوشانی دارند و لوله نقش جذب گرما را با مکانیزم دوگانه ایفا می‌کند.
• مبدل های حرارتی پوسته و لوله: ستون فقرات بازیابی حرارت کارخانه فرآیند در صنایع پتروشیمی، شیمیایی، دارویی و صنایع غذایی - فرآیند انتقال حرارت مایع به سیال از طریق دیواره‌های لوله
• اکونومایزر و سوپرهیتر بویلر: بخش‌های لوله جابجایی که آب تغذیه دیگ بخار و بخار سوپرهیت را با استفاده از بازیافت حرارت گازهای دودکش پیش گرم می‌کنند - برای راندمان نیروگاه ضروری است.
• واحدهای بازیابی گرمای زباله (WHRU): بسته‌های لوله همرفت گرما را از جریان‌های گاز خروجی (توربین‌های گاز، موتورهای دیزلی، اگزوزهای کوره‌های فرآیند) برای تولید بخار یا سیالات فرآیند حرارتی استخراج می‌کنند.

لوله های تابشی و همرفتی در یک سیستم کوره مشابه

در بسیاری از سیستم های بخاری و کوره های صنعتی، لوله تابشیs و لوله‌های همرفت در یک واحد کلی اما در بخش‌های مختلف کار می‌کنند، که هر کدام از مکانیسم انتقال حرارت مناسب‌ترین سطح دمای محلی و نیازهای فرآیند را بهره‌برداری می‌کنند. این ترکیب یکی از مهم ترین مفاهیم در طراحی بخاری سوختنی است.

در یک بخاری معمولی فرآیند پالایش نفت:

1. بخش تابشی: مشعل ها به داخل محفظه تابشی آتش می زنند و سیال فرآیند را در لوله ها توسط تابش حرارتی شعله و دیواره های نسوز داغ گرم می کنند. دمای گاز دودکش در بخش تابشی از 1100 درجه سانتیگراد تا 1500 درجه سانتیگراد در مشعل ها و از قسمت تابشی در دمای 700 تا 900 درجه سانتی گراد خارج شوید. لوله های فرآیند در این بخش تقریباً 60-70٪ از کل گرمای ورودی را جذب می کنند.
2. بخش همرفت: گازهای دودکش داغی که از بخش تابشی بلند می شوند از کناره های لوله های همرفت عبور می کنند، سیال فرآیند را پیش گرم می کنند، بخار تولید می کنند و هوای احتراق را پیش گرم می کنند. گازهای دودکش در دمای 700 درجه سانتیگراد تا 900 درجه سانتیگراد وارد می شوند و در دمای 200 درجه سانتیگراد تا 450 درجه سانتیگراد خارج می شوند، با بخش همرفت 20 تا 30 درصد اضافی از کل انرژی سوخت را بازیابی می کند که در غیر این صورت در پشته از بین می رود.

انتقال از انتقال حرارت تابشی به همرفتی با کاهش دمای گاز دودکش در سیستم نشان می‌دهد که چرا هر دو نوع لوله در یک بخاری آتش‌زا همزیستی دارند - منطقه تحت تسلط تابش با دمای بالا و منطقه تحت سلطه همرفت با دمای پایین، هر کدام به لوله‌هایی نیاز دارند که برای مکانیسم انتقال حرارت و محیط حرارتی خاص خود مهندسی شده و قرار گرفته باشند.

حالت های تعمیر و نگهداری، بازرسی و خرابی

الزامات تعمیر و نگهداری و حالت‌های خرابی لوله‌های تابشی و لوله‌های همرفتی به‌طور اساسی متفاوت است، که منعکس‌کننده شرایط عملیاتی بسیار متفاوت آنها و مکانیسم‌های تخریب متمایز است که بر هر نوع تأثیر می‌گذارد.

تعمیر و نگهداری و خرابی لوله تابشی

لوله های تابشی اجزای مصرفی با عمر مفید قابل پیش بینی هستند که به عنوان بخشی از تعمیر و نگهداری کوره برنامه ریزی شده نیاز به تعویض برنامه ریزی شده دارند. حالت های اصلی شکست عبارتند از:

• فرسودگی اکسیداسیون لوله بیرونی: نازک شدن پیش رونده اکسیداسیون دیواره لوله تا زمانی که سوراخ یا شکست ساختاری رخ دهد، اجازه می دهد تا جو کوره یا عنصر داخلی در معرض دید قرار گیرد - رایج ترین حالت شکست در کوره های خاموش کننده
• ترک خوردگی خستگی حرارتی: چرخه حرارتی ترک ها را در نقاط تمرکز تنش باز می کند (انتهای لوله، مکان های پشتیبانی، انتقال قطر) به ویژه در کوره هایی با بارگذاری مکرر قطعه که باعث تغییرات سریع دما می شود.
• خرابی عنصر داخلی: فرسودگی سیم مقاومتی در نقاط داغ ایجاد شده در اثر افتادگی عنصر، تشکیل ناحیه سرد در اثر تماس ضعیف المان، یا بارگذاری بیش از حد ناشی از خطاهای الکتریکی - به صورت خطای مدار باز قابل تشخیص با نظارت سیستم کنترل کوره آشکار می شود.
• تغییر شکل خزشی: تغییر شکل پلاستیکی طولانی مدت لوله بیرونی تحت وزن خود در دمای بالا، باعث افتادگی لوله بین تکیه گاه ها و در نهایت تماس با دیواره کوره یا لوله های مجاور می شود.

تعمیر و نگهداری و خرابی لوله همرفت

خرابی لوله های همرفت در بخاری های فرآیند و مبدل های حرارتی اغلب تدریجی است - از طریق نظارت قبل از خرابی فاجعه بار قابل تشخیص است - و از طریق برنامه های بازرسی به جای تعویض برنامه ریزی شده مدیریت می شود:

• خوردگی داخلی: شیمی سیال فرآیند به داخل لوله حمله می کند. توسط اندازه‌گیری ضخامت اولتراسونیک در طول خاموشی‌های برنامه‌ریزی‌شده نظارت می‌شود و از طریق برنامه‌های بازدارنده خوردگی یا ارتقاء مواد مدیریت می‌شود.
• خوردگی و اکسیداسیون خارجی: شیمی گاز دودکش (ترکیبات گوگرد، بخار آب، تراکم نقطه شبنم در دمای پایین) به بیرون لوله حمله می کند. از طریق انتخاب مواد، کنترل دمای عملیاتی و پوشش سطح مدیریت می شود
• رسوب گیری و پوسته پوسته شدن: رسوبات روی سطوح داخلی یا خارجی لوله مقاومت حرارتی را افزایش می دهد، دمای دیواره لوله را افزایش می دهد و در نهایت جریان را محدود می کند - که از طریق تمیز کردن دوره ای (مکانیکی، شیمیایی یا هیدروجت) مدیریت می شود.
• گسیختگی خزش حرارتی: نازک شدن دیواره لوله در اثر خوردگی همراه با فشار داخلی بالا در نهایت منجر به ترکیدگی لوله می شود - جدی ترین حالت شکست در بخاری های پرفشار فرآیند که به برنامه های بازرسی دقیق برای جلوگیری نیاز دارد.

معیارهای انتخاب: چه زمانی از لوله تابشی در مقابل لوله همرفت استفاده کنیم

انتخاب بین یک لوله تابشی و یک لوله همرفت برای یک کاربرد گرمایش صنعتی معین، مستلزم ارزیابی چندین معیار کلیدی است. در بسیاری از موارد، انتخاب به طور واضح توسط ماهیت فرآیند تعیین می شود - اما در موارد دیگر، هر دو رویکرد از نظر فنی امکان پذیر هستند و تصمیم به کارایی، هزینه و عوامل عملیاتی بستگی دارد.

• زمانی که: قطعه کار یا جو کوره باید از محصولات احتراق جدا شود. دمای کوره بیش از 700 درجه سانتیگراد است و تابش مکانیزم انتقال حرارت غالب است. گرمایش سطح دقیق، یکنواخت و قابل کنترل مورد نیاز است. یا این فرآیند نیاز به یک اتمسفر مهر و موم شده یا محافظ دارد که توسط یک مشعل با آتش مستقیم آلوده می شود.
• زمانی که: سیال فرآیند باید با انتقال از طریق دیواره لوله گرم یا سرد شود. دمای عملیاتی زیر 700 درجه سانتیگراد است که در آن جابجایی موثر و مقرون به صرفه است. دبی حجمی زیاد سیال باید به طور یکنواخت گرم شود. یا بازیابی گرمای هدر رفته از جریان گاز داغ هدف است
• از هر دو در ترکیب استفاده کنید زمانی که: یک بخاری یا کوره فرآیندی در محدوده دمایی وسیعی کار می‌کند - بخش تابشی وظایف دمای بالا را انجام می‌دهد و بخش همرفت گرمای دمای پایین‌تر را از گازهای دودکش خروجی بازیابی می‌کند و بازده حرارتی کلی را به حداکثر می‌رساند.