ساختمان کوره

ساختمان کوره

ساختمان کوره

اهداف مقاله

• آشنايي با ساختمان كوره
• آشنايي باسيستمهاي مختلف كنترل و ايمني كوره و دستگاههاي درارتباط باآن

ساختمان کوره

كوره هاي معمول مورداستفاده درصنايع نفت و گاز و پتروشيمي داراي استراكچري فلزي باپايه هاي فلزي ويا بتني ميباشد. طراحي شكل كوره به عوامل مختلفي ازجمله شرايط فرآيندي،تعداد كويلهاي عبوري از كوره، نحوه تزريق هوا و مكش دود، … بستگي دارد. كوره ها به لحاظ ساختاري داراي تجهيزات مختلفي به شرح زيرميباشند.

  1.  بدنه كوره
  2.  مسير تزريق هوا
  3.  مسير مكش دود
  4.  نگهدارنده هاي تيوب
  5.  مشعلها
  6.  دريچه هاي بازرسي تيوبهاي كوره pipe hole
  7.  تيوبهاي كوره
  8.  نازلهاي تزريق خوراك
  9.  مبدلهاي مسير راكت دود
  10.  دريچه هاي ضد انفجار Expansion Door
  11.  عايق هاي داخلي كوره
  12.  فن دمنده هوا
  13.  فن مكنده دود

بدنه كوره

بدنه كوره ها معمولاًازساختارفلزي تشكيل ميشودونيزبدليل ارزاني ومقاومت ساختاري آهن بيشترين استفاده رادراين مقوله داراست. بدنه كوره معمولاًدرسايت فابريكيت شده وسپس روي هم نصب ميشود. برخي قطعات كوره نيزمانند دريچه ها ازپيش ساخته شده اندودرجاي مناسب خودنصب ميگردند. شكل اين كوره ها بطورمعمول، باكسي ويا استوانه اي ميباشد.

ساختمان کوره

بدنه كوره

مسير تزريق هوا

مسيرهاي تزريق هوا بدليل بزرگي وفشارپائين موجوددرآن معمولاًبصورت داكت ساخته ميشوندوبه هدرهاي مختلف تقسيم شده وبه روي باكس هرمشعل هدايت ميشوند.

 

مسیر تزریق هوا

مسیر تزریق هوا

مسير مكش دود

اين مسيرنيزمانندمسيرتزريق هوابدليل بزرگي ونيزفشارپائين آن بصورت داكت ساخته بستگي دارد. درصورتيكه مشعلهاروي ديواره وته كوره نصب شدندمسيرخروجي دوددربالانصب ميشود. دربرخي شرايط ازيك داكت براي چند كوره استفاده میشودكه اين خودباعث طراحي خاص درآرايش مسيردودخروجي ميگردد. درصورتيكه مشعلهادربالاي كوره نصب شوندوازسيستم مكش اجباري جهت خروج دوداستفاده گردد، مسيردوددرقسمت پائين بايدطراحي شود. ازآنجائيكه دودبايدبصورت يكنواخت از كوره خارج شودوهمچنين جريان دوددربين رديفهاي كويل بصورت يكنواخت برقرارگردد، دركف كوره بايدكانالهايي طراحي واين كانالهارابه مسير دودخارجي متصل نمود. ازآنجائيكه مكش دوددرنقاطي كه به ورودي فن مكنده نزديكتراست بيشترميباشدبه جهت يكنواخت خارج شدن دودبايددرروي كانالهاي مسيردوددريچه هايي رابه نسبت اين مكش طراحي نمود.

نگهدارنده هاي تيوب

طراحي تيوبهادركوره هابنابه نيازشرايط فرآيندي درفراهم نمودن زمان اقامت مناسب سيال فرايندي دركويلهاوتيوبها طراحي ميشوند. ازآنجائيكه اين كويلهافلزي ميباشندوفلزات تحت اثردمايي داراي انبساط حرارتي قابل ملاحظه اي ميباشندجهت مهاراين افزايش طول، ازنگهدارنده هايي استفاده ميكنندكه اين افزايش طول رامهارنمايد. دركوره هايي متانول باتيوبهاي مجزااين افزايش طول بوسيله فنرهايي به خارج ازكوره هدايت ميشود. دربرخي كوره هااين افزايش طول بوسيله وزنه هاي مخصوصي كشيده شده ومهارميگردد.

ساختمان کوره

نگهدارنده هاي تيوب

نگهدارنده هاي تيوب

مشعلها

باتوجه به اينكه كوره هاوظيفه انتقال حرارت تابشي ازاحتراق رابه سيال فرايندي دارند، اين مهم درمشعلهاصورت ميگيرد.
شكل شماتيك سيستم مشعل و پايلوت آن به شرح زيرنمايش داده شده است.

 

مشعل صنعتی-اجزای مشعل- متعلقات مشعل

دريجه هاي بازرسي تيوب كوره

درروي كوره دريچه هایي تعبيه ميشودتادرحين كاركرد كوره بتوان شرايط داخلي كوره رابصورت چشمي موردبازرسي قرارداد. ازاين دريچه هاجهت ديدن وضعيت تيوبها ونيز مشعلهااستفاده ميشود.

 

دريجه هاي بازرسي تيوب كوره

دريجه هاي بازرسي تيوب كوره

تيوبهاي كوره

تيوبهاي كوره بسته نوع فرآيندوزمان اقامت سيال فرآيندي به شكلهاي مختلف طراحي ميشوندمثلاًدر كوره هاي متانول و آمونياك ، كوره ها باتيوبهاي ۱۲ متري وقطر ″۴ طراحي وظرفيت واحدراباتعداداين تيوبها تنظيم مينمايند.

ساختمان کوره

تيوبهاي كوره

 

كوره هاي الفين نيزبصورت سري طراحي شد. به اين نحوكه چندتيوب بصورت دو به يك پس ازهرمرحله گذر ازكوره بهم اتصال يافته ودرخروجي بصورت يك لوله ازسري خارج ميشود.

تیوب های کوره

 

ظرفيت واحدبسته به تعداداين سري لوله هاداردوباتعدادآنهاتنظيم ميشود. بامقايسه اين دوفرايندمذكورولحاظ زمان اقامت ميتوان تفاوت طول تيوب در كوره ها وآمونياك، متانول و الفين راتوجيه كرد.

نازلهاي تزريق خوراك

باتوجه به اينكه انبساط حرارتي درطول تيوب وكويلهاي كوره بايدمهارگرددنازلهاي تزريق خوراك بايدبگونه اي طراحي شوندكه بااين مقوله سازگاري داشته باشند.
دررسيدن به حصول مذكور، دربرخي طراحي هاازنازلهايي به طول لوله بلندوداراي قوس استفاده مينمايند.

 

نازلهاي تزريق خوراك

نازلهاي تزريق خوراك

نازلهاي تزريق خوراك

دريچه هاي ضد انفجار

ازآنجاييكه فشارباكس كوره همواره حدود ۳mmH2O نگه داشته ميشودودرصورت بالارفتن فشارباعث انتشارشعله به بيرون ميگردد. ودربرخي شرايط اگراين افزايش فشاربصورت ناگهاني باشدفنهاي مكنده قادر به كنترل فشارسيستم نميباشند. دراين راستادربهايي روي كوره طراحي ميگردندكه درشرايط اضطراري وفشاربالاي كوره بازودودرا به خارج ازكوره هدايت نمايندتادرنتيجه ازبروزخسارت به كوره جلوگيري بعمل آيد.

مبدلهاي مسير دود

ازآنجايي كه درطراحي واحدهاي جديد به حداقل مصرف يوتيليتي مدنظراست استفاده ازمبدلهاجهت استفاده ازحرارتهاي موجود درواحدبسيارموردتوجه ميباشد. دراين راستا، يكي ازمسيرهایی كه ميتوان دربازيافت انرژي مورداستفاده قرارداد دودخروجي ازكوره ميباشدكه معمولاًداراي دماي بالاميباشد. باتوجه به اين كه فشارسيستم مكش دودپائين ميباشدبه افت فشارايجادشده درجريان دودعبوري ازاين مبدلها بايدتوجه نمود.

مبدلهاي مسير دود

مبدلهاي مسير دود

ديرگدازها و عايق هاي كوره

همانطوركه ميدانيديكي ازراههاي جلوگيري ازاتلاف حرارتي درديواره كوره(به منظورافزايش راندمان حرارتي كوره)، جلوگيري ازاتلاف حرارت ازطريق ديواره كوره ميباشد. به اين منظوردرصنعت ازوجودعايقهاوديرگدازهاي عايق استفاده ميگردد. دراين راستاباتوجه به اهميت استفاده ازاين مواددرصنعت نفت و گاز و پتروشيمي ونيزاستفاده هاي روزافزون درصنايع ساخت كوره به شرح مختصري راجع به اين موادميپردازيم. دراولين گام مزاياي استفاده ازديرگدازها ونيز عايقهارابشرح زيربرميشماريم.

  1. جلوگيري از اتلاف حرارتي از طريق ديواره كوره
  2. جلوگيري از اتلاف حرارتي در مسير مبدلهاي فرآيندي
  3. استفاده از مواد با مقاومت حرارتي پائين تر در ساخت ديواره كوره

عايقهاي حرارتي شامل تركيبي ازموادي باضريب هدايت حرارتي كه براي دستيابي به محصولاتي باضريب حرارتي خيلي كوچك بكارميروند. درديرگدازهاي عايق حرارت، هوابصورت زيردرسرتاسريك حجم مشخص ازموادجامدمختلف(الياف،پودر ورقه)پخش شده اند. اين مخلوط ماده ديرگداز وهوا، مانع هدايت حرارت ميشود.

 

ديرگدازها و عايق هاي كوره

ديرگدازها و عايق هاي كوره
۱- جلوگيري از اتلاف حرارتي كوره از طريق ديواره

همانطوركه ميدانيددرنصب عايقهادرديواره ها، يك ديواره مركب ساخته ميشودومقاومت حرارتي بيشتري رادرجريان انتقال حرارت ازكوره به خارج ايجادمينمائيم. باتوجه به موضوع فوق طبيعي بنظرمیرسدكه ازموادي كه داراي مقاومت حرارتي بالاترميباشنداستفاده نمود. توجه داشته باشيدكه اين اتلاف درحدود۲۵درصددرحالت عادي ميباشد.
بنابراين مقاومت حرارتي كل ديواره مركب ساخته شده(ديواره كوره + عايق)افزايش يافته ودرنتيجه ازشدت انتقال حرارت كاسته ميگردد.

۲- جلوگيري از اتلاف حرارتي در مسير مبدلهاي فرآيندي

همانگونه كه قبلاًنيزبحث گرديدسيال فرآيندي بادماي كوره خارج ميگردد. طبيعيست كه اين سيال ميزان زيادي انرژي مصرف شده دركوره راباخودحمل مينمايد. درنتيجه استفاده ازاين انرژي درمبدلهاي مختلف منطقي بنظرميرسد. بنابراين هرچه ميزان اتلاف حرارتي دراين مبدلهاكمترباشدراندمان حرارتي كوره بالاترخواهدبود.
ازديرگدازهابصورت معمول درقسمتهاي داخلي اولين مبدلهاي فرآيندي پس ازكوره بهره گيري ميشود.

۳- استفاده از مواد با مقاومت حرارتي پائين تر در ساخت كوره

همانطوركه قبلاًبحث شددرشرايط عادي دماي ديواره كوره به يك تعادل بادماي داخل كوره ميرسد. بنابراين ميتوان انتظارداشت كه دماي ديواره دماي حدوددماي باكس كوره راداشته باشد. اين امربه دلايل مختلف مطلوب نميباشد. اولين دليل اين امر، اجباردراستفاده ازفلزي بامقاومت حرارتي بالاجهت ساخت ديواره كوره ميباشد.

باتوجه به اينكه ملاحظات اقتصادي يكي ازفاكتورهاي مهم درساخت طراحي يك كوره ميباشداستفاده ازاين موادكه عمدتاًبسيارگران نيزميباشندمقرون بصرفه نيست. بنابراين بااستفاده ازيك عايق مناسب دماي سطح فلزراكاهش ميدهيم وبه اين ترتيب مجازخواهيم بودازيك فلزبامقاومت حرارتي كمتراستفاده نمائيم. دومين دليل، حفاظت انساني ميباشد. همانطوركه به منظوراطمينان ازعملكرد درست كوره نيازاست كه شرايط عملياتي كوره موردبازرسي قرار گيرد. دراين راستابالابودن دماي سطح فلزديواره كوره مانع ازانجام عمليات فوق ميگردد. بنابراين نيازاست كه دماي سطح ديواره كوره به دماي معقولي برسدتابتوان عمليات فوق راانجام داد. درانتخاب ديرگدازها عايق مناسب بايدبه مواردزيرتوجه نمود:

  • دانسيته و تخلخل
  • استحكام فشاري سرد
  • استحكام خنثي سرد و گرم
  • انبساط حرارتي
  • هدايت حرارتي
  • شوك حرارتي و تغيير طول پايدار
  • خوردگي
تقسیم بندی دیرگدازها به لحاظ ساختاری

۱- ديرگداز فلزي: به فلزاتي دير گداز گويند كه نقطه ذوب آنها بالاتر از ۱۶۵۰درجه سانتیگرادباشد.
۲- ديرگداز سراميكي: سراميك هايي كه ديرگدازي آنها بالاتر از ۱۲۵۰ درجه باشد.

تقسيم بندي ديرگدازها به لحاظ شيميايي

• ديرگدازهاي اسيدي
• ديرگدازهاي خنثي
• ديرگدازهاي بازي

تقسيم بندي عايق از نظر دانسيته و تخلخل

• متراكم با درصد تخلخل كمتر از ۳۰%
• سبك با عايق با درصد تخلخل بالاتر از ۴۵%

تقسيم بندي عايق از نظر دانه بندي

• در اندازه ميليمتري Coorse
• دانه بندي كمتر از ميليمتر Fine

تقسيم بندي عايق از نظر شكل

• شكل دار
• بي شكل

تقسيم بندي به لحاظ پخت

• خام
• زينتري
• ذوبي

دراستفاده ازديرگدازهادركوره ها، حتماًبايدبه خواص عايق ونيزشرايط كوره توجه نمود. مثلاًگازهاي خروجي دود كوره معمولاً ازگازهاي اسيدي وبخارآب حاصل شده اند. بنابراين حتماًجنس عايق بايدبگونه اي انتخاب شودكه نسبت به اين محيط خنثي باشد. به اين ترتيب براي اين قسمت كوره ازعايقهاي باخواص اسيدي بايداستفاده شود. به همين نحودرانتخاب عايقهاي نصب شده درمسيرمبدلهاي فرآيندي نيزبايد موردفوق موردتوجه قرارگيرد.
توجه نماييدكه درصورت عدم توجه به موضوع فوق ، عايق بسرعت متلاشي شده وازبين ميرود.
ازآنجاييكه ديرگدازهاوعايقهاعمدتاًازموادسراميكي ساخته شده اندواين موادلوله اي ضريب انبساط حرارتي پائيني ميباشند. دركاركردباكوره باعايقهاي مذكورنيازاست كه گراديان حرارتي درحين راه اندازي وتوقف كوره متناسب باشرايط عايق رعايت گردد.
همچنين دربرخي مواردكه ازديرگدازهابصورت آجردركوره استفاده ميشودواتصال اين آجرهابوسيله سيمانهاي ويژه(ديرگدازهاي بي شكل)صورت ميگيردعمليات خشك نمودن اين ديرگدازهاوعايقهاي دروني كوره اهميت خاصي ميابد. اين عمليات رابايدمطابق دستورالعمل سازنده عايق انجام داد. عايقهادراشكال مختلف بشرح زيردرصنعت مورداستفاده قرارميگيرد.

• محصولات اليافي: اين مواد خود به مواد تقسيم ميشوند:

  • حالت توده اي bulk
  • پتو يا بلانكت blanket
  • ضخامت plate
  • نمد بوريا mat and felt
  • بلوك block

• پودر و اشكال شكل داده شده پيچيده board & VFS

فن دمنده هوا

اين فنهابه منظورتامين دبي هواي موردنيازبراي احتراق كوره نصب ميشود. باتوجه به اينكه هواي موردنيازكوره هاي بزرگ ويكپارچه بسيارزيادميباشد، بدليل محدوديتهاي جانمايي وفرايندي ونيزساختاري كوره، نميتوان باافزايش تعدادمشعلهاودرنتيجه افزايش سطح ورودهوا به مشعلهاي كوره، اين مقدارهواراباجريان طبيعي تامين نمود. ودرنتيجه سيستم مارابه تامين اين مقدارهوا بوسيله يك فن دمنده هدايت مينمايد. دراين راستامحدوديتهاي مربوط به اندازه مشعل ونيزدريچه هاي آن نيزبه سيستم تحميل ميگرددونتيجتااستفاده ازسيستم تزريق طبيعي هوا، براي مقدارزيادهوا جوابگو نميباشدوجاي خودرابه سيستم تزريق اجباري هواميدهد. نمونه هايي ازاين فنهادرزيرآورده شده است:

 

فن دمنده هوا

فن مكنده دود

همانگونه كه ميدانيدمحصولات واكنش احتراق به لحاظ حجمي ومولي ازمواداوليه آن بيشترميباشد. درنتيجه دركوره هاي بزرگ سيستم خروج دود ازاهميت ويژه اي برخوردارميگردد. توجه نمائيدكه خروج اين مقداردود دركوره هاي بزرگ بايك دودكش بزرگ مسائل مختلفي رابه لحاظ جابجائي براي واحدايجادمينمايد. همچنين بايدبه اين نكته توجه نمودكه وقتي كه حجم دودخروجي زيادميشود، استفاده ازانرژي حمل شده بوسيله آن به لحاظ اقتصادي مقرون بصرفه خواهدشدوطراحي دودكش دراين موردداراي محدوديتهاي افت فشاردرمسيرخروج ميباشد. به اين معني قراردادن هرمبدل درمسيردودخروجي، افت فشارايجاد مينمايدوباتوجه به اينكه نيروي محركه دردودكش اختلاف سرعت واختلاف وابسته گازگرم نسبت به گازسردميباشد، نميتوان ازمبدلهاي بازيافت حرارت دراين مسير به اندازه كافي استفاده نمود. محدوديت فوق درخصوص مكثي طبيعي بوسيله دودكش وايجادشعله باطول مناسب نيزوجودداردباتوجه به مواردفوق استفاده ازيك فن مكنده كه نيروي مكش مناسب رادركوره هاي بزرگ ايجادنمايدمقرون بصرفه خواهدبودبا وجوداين مكش، ميتوان ازمبدلهاي بيشتري درداكت دود ودر نتيجه بازيافت حداكثرانرژي دودخروجي استفاده نمود.

 

فن مكنده دود

 

ادامه دارد…