ชอบระหว่างท่อเรเดียนท์และท่อพาความร้อน?

ความแตกต่างพื้นฐานระหว่างก หลอดรังสี และมีท่อพาความร้อนอยู่ข้างใน ความร้อนถูกถ่ายเทจากท่อไปยังกระบวนการหรือโหลดโดยรอบอย่างไร . หลอดรังสีจะถ่ายเทความร้อนเป็นหลักผ่านการแผ่รังสีความร้อน ซึ่งเป็นพลังงานแม่เหล็กไฟฟ้าที่ปล่อยออกมาจากพื้นผิวด้านนอกที่ร้อนของหลอดไปยังชิ้นงานหรือบรรยากาศของเตาเผาโดยตรง โดยไม่ต้องมีการสัมผัสหรือการเคลื่อนไหวของของไหล ในทางตรงกันข้าม ท่อพาความร้อนจะถ่ายเทความร้อนเป็นหลักโดยการบังคับหรือการพาความร้อนตามธรรมชาติ ของเหลว (ก๊าซหรือของเหลว) ที่ไหลผ่านหรือผ่านท่อจะรับพลังงานความร้อนและพาไปยังพื้นที่เป้าหมาย

ในการใช้งานเตาเผาอุตสาหกรรมและการบำบัดความร้อน ความแตกต่างนี้มีผลกระทบในทางปฏิบัติที่สำคัญ: ใช้ท่อส่งรังสีเมื่อชิ้นงานต้องได้รับความร้อนในบรรยากาศที่มีการควบคุมหรือป้องกัน โดยที่แหล่งความร้อนจะต้องแยกออกจากพื้นที่เตาเผา หรือเมื่อต้องใช้อุณหภูมิที่สูงมาก ท่อพาความร้อนถูกใช้โดยวัตถุประสงค์หลักคือการให้ความร้อนจำนวนมากสม่ำเสมอของแก๊สหรือกระแสของเหลว และในกรณีที่ไม่จำเป็นต้องมีหรือไม่ต้องการการสัมผัสเปลวไฟหรือการแผ่รังสีโดยตรงกับของเหลวในกระบวนการ ท่อทั้งสองประเภทมีบทบาทสำคัญในกระบวนการระบายความร้อนทางอุตสาหกรรม แต่ทำงานบนหลักการทางกายภาพที่แตกต่างกัน และได้รับการออกแบบทางวิศวกรรมสำหรับการใช้งานที่แตกต่างกัน

หลอดเรืองแสง คืออะไรและทำงานอย่างไร?

ท่อส่งรังสีเป็นองค์ประกอบความร้อนที่ปิดผนึกและมีอยู่ในตัวเอง โดยที่แหล่งความร้อน - ไม่ว่าจะเป็นองค์ประกอบความต้านทานไฟฟ้าหรือเปลวไฟจากการเผาไหม้ - ถูกปิดอยู่ภายในท่อด้านนอกที่มีการป้องกัน พื้นผิวท่อด้านนอกจะร้อนขึ้นและปล่อยรังสีความร้อนออกไปในห้องเตาเผาโดยรอบ ทำให้ชิ้นงานหรือภาระของเตาเผาร้อนขึ้น โดยไม่ต้องสัมผัสโดยตรงระหว่างผลิตภัณฑ์ที่เผาไหม้ (หรือองค์ประกอบทางไฟฟ้า) และบรรยากาศของเตาเผา

หลอดรังสีไฟฟ้า

ท่อกระจายรังสีไฟฟ้าประกอบด้วยองค์ประกอบความร้อนภายใน (แกนท่อ) ซึ่งอยู่ภายในท่อป้องกันด้านนอกที่ปิดสนิท องค์ประกอบความร้อนมีให้เลือกหลายรูปแบบเพื่อให้เหมาะกับความหนาแน่นของพลังงานและข้อกำหนดในการติดตั้งที่แตกต่างกัน:

• องค์ประกอบความร้อนแบบกรง: ลวดต้านทานก่อตัวเป็นโครงสร้างกรงทรงกระบอก ให้การกระจายความร้อนรอบแกนกลางได้ดีและทำให้เกิดการขยายตัวทางความร้อน
• ประเภทแผลแถบแนวตั้ง: แถบต้านทานแบนแผลในแนวตั้ง ให้พื้นที่ผิวสัมผัสสูงกับผนังท่อด้านในและประสิทธิภาพการถ่ายเทความร้อนได้ดี
• ประเภทลวดต้านทานแผลเกลียว: องค์ประกอบลวดขดวิ่งเต็มความยาวท่อ ใช้กันอย่างแพร่หลายเนื่องจากความเรียบง่ายในการผลิตและลักษณะทางไฟฟ้าที่คาดเดาได้

วัสดุลวดต้านทานถูกเลือกสำหรับความต้านทานการเกิดออกซิเดชันที่อุณหภูมิสูงและคุณสมบัติทางไฟฟ้าที่เสถียร: โลหะผสมนิกเกิล-โครเมียม (Ni-Cr) สำหรับการใช้งานที่อุณหภูมิสูงถึงประมาณ 1100°C และ โลหะผสมเหล็กโครเมียม (Fe-Cr) สำหรับการใช้งานที่มีอุณหภูมิสูงถึง 1300°C หรือสูงกว่า ภาระพื้นผิวขององค์ประกอบความร้อนได้รับการออกแบบในลักษณะอนุรักษ์นิยม ≤1 วัตต์/ซม.² เพื่อให้มั่นใจถึงอายุการใช้งานที่ยาวนานขององค์ประกอบโดยไม่มีจุดร้อนหรือความล้มเหลวก่อนเวลาอันควร อัตรากำลังของท่อเดี่ยวมีตั้งแต่ 3 กิโลวัตต์ถึง 60 กิโลวัตต์ และอุณหภูมิการทำงานขององค์ประกอบความร้อนอยู่ในช่วงตั้งแต่ 500°C ถึง 1300°C ขึ้นอยู่กับแอปพลิเคชัน

หลอดรังสีที่ใช้แก๊สเป็นเชื้อเพลิง

ท่อกระจายรังสีที่ใช้แก๊สใช้หัวเผาที่ปลายด้านหนึ่งของท่อด้านนอกเพื่อเผาไหม้เชื้อเพลิง (ก๊าซธรรมชาติ, LPG หรือไฮโดรเจน) ภายในท่อ ก๊าซที่เผาไหม้จะไหลผ่านภายในท่อและออกไปที่ปลายอีกด้าน (หรือถูกหมุนเวียนซ้ำ) ทำให้ผนังท่อด้านนอกร้อนขึ้นจนถึงอุณหภูมิโดยทั่วไปจะอยู่ในช่วง 900°C ถึง 1,050°C ท่อด้านนอกจะแผ่ความร้อนเข้าสู่ห้องเตาเผา ท่อกระจายรังสีที่ใช้แก๊สเป็นที่นิยมเมื่อต้องการความสามารถในการทำความร้อนขนาดใหญ่ และในกรณีที่การเผาไหม้ของก๊าซมีความประหยัดเทียบกับไฟฟ้าจะสนับสนุนการทำความร้อนด้วยแก๊ส

โครงสร้างท่อป้องกันด้านนอก

ท่อป้องกันด้านนอกของท่อส่งรังสีเป็นองค์ประกอบที่หันหน้าไปทางสภาพแวดล้อมของเตาเผาโดยตรง และต้องทนทานต่ออุณหภูมิสูง การหมุนเวียนของความร้อน และเคมีในบรรยากาศของเตาเผา วิธีการผลิตสามวิธีในการผลิตท่อป้องกันด้านนอก:

• ท่อหล่อแบบแรงเหวี่ยง: โลหะผสมที่หลอมละลายจะถูกเทลงในแม่พิมพ์ที่หมุนอย่างรวดเร็ว แรงเหวี่ยงกระจายโลหะอย่างสม่ำเสมอบนผนังแม่พิมพ์ ทำให้เกิดท่อที่มีโครงสร้างเกรนที่ดีเยี่ยม ความหนาแน่นสูง และต้านทานการคืบคลานที่อุณหภูมิสูงได้เหนือกว่า — ตัวเลือกที่ต้องการสำหรับการใช้งานที่ต้องการความต้องการมากที่สุด
• ท่อรีดและเชื่อม: แผ่นโลหะผสมแบบแบนถูกรีดตามเส้นผ่านศูนย์กลางที่ต้องการและเชื่อมตะเข็บ คุ้มค่าสำหรับเส้นผ่านศูนย์กลางที่ใหญ่กว่าและความต้องการอุณหภูมิปานกลาง โดยที่ตะเข็บเชื่อมสามารถผ่านความร้อนได้อย่างเพียงพอ
• ท่อไร้รอยต่อ: ผลิตโดยการอัดขึ้นรูปร้อนหรือการเจาะแบบหมุนโดยไม่มีตะเข็บเชื่อม ให้คุณสมบัติที่สม่ำเสมอทั่วทั้งจุดและขจัดจุดเกิดความล้มเหลวในการเชื่อม — เหมาะสำหรับการใช้งานแบบวนรอบแรงดันสูงหรืออุณหภูมิสูง

วัสดุท่อด้านนอกทั่วไปประกอบด้วยเหล็กกล้าไร้สนิมทนความร้อน (310S, 314, 330) โลหะผสมนิกเกิล-โครเมียม-เหล็ก (โลหะผสม 600, 601, 625) และสำหรับการใช้งานที่อุณหภูมิสูงสุด โลหะผสมหล่อที่ใช้ระบบนิกเกิล-โครเมียม-ไนโอเบียมที่รักษาความแข็งแรงเพียงพอที่สูงกว่า 1,000°C

ท่อพาความร้อนคืออะไรและทำงานอย่างไร?

ท่อพาความร้อนคือท่อที่ของเหลวในกระบวนการ (แก๊ส ของเหลว หรือไอน้ำ) ไหลผ่านในขณะที่ถูกให้ความร้อน (หรือทำให้เย็นลง) โดยตัวกลางที่อยู่โดยรอบ การถ่ายเทความร้อนเกิดขึ้นที่ผนังท่อ — ความร้อนเคลื่อนที่ผ่านผนังท่อจากตัวกลางภายนอกที่ร้อนไปยังของเหลวภายในที่เย็นกว่า (หรือในทางกลับกันในการทำความเย็น) กลไกหลักคือการพาความร้อน: การไหลของของไหลในกระบวนการที่ถูกบังคับภายในท่อจะสร้างชั้นขอบเขตความเร็วที่ผนังท่อ และความร้อนจะผ่านชั้นนี้โดยการถ่ายเทความร้อนแบบพาความร้อน ความร้อนภายนอกของท่ออาจเกิดขึ้นจากการเผาไหม้ การแผ่รังสี การหุ้มด้วยไอน้ำ หรือการทำความร้อนด้วยไฟฟ้า

ท่อพาความร้อนในเครื่องทำความร้อนและเตาเผาแบบใช้เชื้อเพลิง

ในเครื่องทำความร้อนของโรงกลั่นปิโตรเลียม แครกเกอร์ปิโตรเคมี และเตาเผาในกระบวนการ ส่วนการพาความร้อนจะอยู่เหนือส่วนที่มีการแผ่รังสี ก๊าซไอเสียร้อนที่เพิ่มขึ้นจากหัวเผาจะไหลผ่านแนวท่อพาความร้อน ถ่ายเทความร้อนไปยังของเหลวในกระบวนการที่ไหลภายในท่อโดยการพาความร้อน แทนที่จะใช้การแผ่รังสี โดยทั่วไปก๊าซไอเสียที่เข้าสู่ส่วนการพาความร้อนจะอยู่ที่ 700°C ถึง 900°C และออกที่ 200°ซ ถึง 450°ซ โดยอุณหภูมิลดลงแสดงถึงความร้อนที่ของเหลวในกระบวนการดูดซับ โดยทั่วไปจะมีการเติมพื้นผิวที่ขยายออก (ครีบ) ไว้ที่ด้านนอกของท่อพาความร้อนเพื่อเพิ่มพื้นที่ผิวการถ่ายเทความร้อน และปรับปรุงค่าสัมประสิทธิ์การพาความร้อนของการพาความร้อนที่ค่อนข้างต่ำเมื่อเทียบกับการแผ่รังสี

ท่อพาในตัวแลกเปลี่ยนความร้อน

เครื่องแลกเปลี่ยนความร้อนแบบเปลือกและท่อเป็นการใช้งานท่อพาความร้อนทางอุตสาหกรรมที่ใช้กันมากที่สุด ของเหลวในกระบวนการผลิตจะไหลผ่านท่อในขณะที่ตัวกลางทำความร้อนหรือความเย็นจะไหลรอบๆ ท่อในเปลือก ความร้อนจะถ่ายเทจากกระแสที่ร้อนกว่าไปยังกระแสที่เย็นกว่าผ่านผนังท่อ ผนังท่อในการใช้งานเครื่องแลกเปลี่ยนความร้อนจะต้องนำความร้อนได้สูงสุดและลดความต้านทานความร้อนให้เหลือน้อยที่สุด ซึ่งโดยทั่วไปแล้วจะทำได้โดยใช้ท่อเหล็กกล้าคาร์บอนผนังบาง สแตนเลส ทองแดง หรือไทเทเนียม ขึ้นอยู่กับเคมีของกระบวนการ เส้นผ่านศูนย์กลางภายนอกของท่อในตัวแลกเปลี่ยนความร้อนทางอุตสาหกรรมโดยทั่วไปมีตั้งแต่ 19 มม. ถึง 50 มม โดยมีความหนาของผนัง 1.5 มม. ถึง 3.5 มม.

ท่อพาความร้อนในหม้อไอน้ำและเครื่องกำเนิดไอน้ำ

ในหม้อต้มน้ำแบบท่อน้ำ น้ำจะไหลภายในท่อและได้รับความร้อนจากก๊าซเผาไหม้ภายนอก ซึ่งเป็นกระบวนการที่เน้นการพาความร้อนในส่วนเครื่องประหยัดและเครื่องทำซุปเปอร์ฮีตเตอร์ กลไกการพาความร้อนเป็นสิ่งจำเป็นสำหรับการดึงความร้อนที่ตกค้างจากก๊าซเผาไหม้ที่ได้สูญเสียพลังงานการแผ่รังสีส่วนใหญ่ในส่วนการแผ่รังสีของหม้อไอน้ำไปแล้ว วัสดุท่อพาความร้อนของหม้อไอน้ำต้องทนต่อทั้งแรงดันน้ำ/ไอน้ำภายใน (โดยทั่วไปคือ 1 ถึง 30 MPa) และอุณหภูมิก๊าซไอเสียภายนอก ในขณะที่ยังคงความต้านทานการกัดกร่อนต่อทั้งสองสภาพแวดล้อม

ฟิสิกส์ของการถ่ายเทความร้อน: การแผ่รังสีและการพาความร้อน

เพื่อให้เข้าใจถึงความแตกต่างระหว่างหลอดรังสีและการพาความร้อนอย่างถ่องแท้ สิ่งสำคัญคือต้องเข้าใจฟิสิกส์การถ่ายเทความร้อนที่ซ่อนอยู่ซึ่งกำหนดความสามารถและข้อจำกัดของแต่ละประเภท

พื้นฐานการแผ่รังสีความร้อน

การแผ่รังสีความร้อนคือพลังงานแม่เหล็กไฟฟ้าที่ปล่อยออกมาจากวัตถุใดๆ ที่มีอุณหภูมิสูงกว่าศูนย์สัมบูรณ์ พลังงานที่ปล่อยออกมาต่อหน่วยพื้นที่เป็นไปตามกฎหมาย Stefan-Boltzmann: ถาม = εσT⁴ โดยที่ ε คือความเปล่งรังสีของพื้นผิว σ คือค่าคงที่สเตฟาน-โบลต์ซมันน์ (5.67 × 10⁻⁸ W/m²·K⁴) และ T คืออุณหภูมิสัมบูรณ์ในหน่วยเคลวิน การพึ่งพา T⁴ หมายความว่าการถ่ายเทความร้อนด้วยการแผ่รังสีจะเพิ่มขึ้นอย่างมากตามอุณหภูมิ — การเพิ่มอุณหภูมิสัมบูรณ์เป็นสองเท่าจะเพิ่มความร้อนจากการแผ่รังสีเป็นปัจจัย 16 ซึ่งทำให้การแผ่รังสีเป็นกลไกการถ่ายเทความร้อนที่โดดเด่นที่อุณหภูมิสูง (สูงกว่าประมาณ 700°C) อธิบายว่าทำไมหลอดรังสีจึงเป็นโซลูชันมาตรฐานสำหรับเตาเผาอุตสาหกรรมที่มีอุณหภูมิสูง การแผ่รังสีไม่จำเป็นต้องใช้ตัวกลาง โดยแพร่กระจายผ่านก๊าซสุญญากาศหรือก๊าซโปร่งใส ซึ่งเป็นเหตุผลว่าทำไมหลอดรังสีจึงสามารถให้ความร้อนแก่ชิ้นงานผ่านบรรยากาศของเตาเผาโดยไม่มีการพาความร้อนหรือการนำไฟฟ้า

พื้นฐานการถ่ายเทความร้อนแบบพาความร้อน

การถ่ายเทความร้อนแบบพาความร้อนขึ้นอยู่กับการเคลื่อนที่จำนวนมากของของไหลที่นำพาพลังงานความร้อน อัตราการถ่ายเทความร้อนแบบพาความร้อนอธิบายโดยกฎการทำความเย็นของนิวตัน: Q = ชั่วโมง × A × ΔT โดยที่ h คือสัมประสิทธิ์การถ่ายเทความร้อนแบบพาความร้อน A คือพื้นที่ผิวการถ่ายเทความร้อน และ ΔT คือความแตกต่างของอุณหภูมิระหว่างพื้นผิวกับของเหลว การถ่ายเทความร้อนแบบพาความร้อนแตกต่างจากการแผ่รังสีตรงที่แปรผันเชิงเส้นตามความแตกต่างของอุณหภูมิแทนที่จะเป็น T⁴ ทำให้มีพลังน้อยกว่าการแผ่รังสีที่อุณหภูมิสุดขั้ว แต่สามารถควบคุมและคาดการณ์ได้ดีกว่าที่อุณหภูมิปานกลาง ค่าสัมประสิทธิ์การถ่ายเทความร้อน h ขึ้นอยู่กับความเร็วของของไหล คุณสมบัติของของไหล (ความหนาแน่น ความหนืด การนำความร้อน) และรูปทรงของท่อ ซึ่งเป็นเหตุผลว่าทำไมครีบ ตัวปั่นป่วน และความเร็วของของไหลสูงจึงถูกนำมาใช้เพื่อปรับปรุงประสิทธิภาพของท่อพาความร้อน

ช่วงอุณหภูมิที่แต่ละกลไกมีอิทธิพลเหนือ

ความสำคัญสัมพัทธ์ของการแผ่รังสีกับการพาความร้อนขึ้นอยู่กับระดับอุณหภูมิเป็นอย่างมาก:

• ต่ำกว่า 300°C: โดยทั่วไปแล้วการพาความร้อนจะมีอิทธิพลเหนือ การแผ่รังสีมีส่วนน้อยกว่า 10–20% ของการถ่ายเทความร้อนทั้งหมดในรูปแบบส่วนใหญ่
• 300°C ถึง 700°C: โหมดผสม — ทั้งการแผ่รังสีและการพาความร้อนมีส่วนช่วยอย่างมาก การออกแบบเตาเผาและเครื่องทำความร้อนในช่วงนี้ต้องคำนึงถึงกลไกทั้งสองอย่างด้วย
• สูงกว่า 700°C: การแผ่รังสีมีอิทธิพลอย่างมาก นี่คือช่วงการทำงานหลักของหลอดรังสีอุตสาหกรรมสำหรับการบำบัดความร้อน ซึ่งทำงานที่อุณหภูมิพื้นผิวหลอดเท่ากับ 700°C ถึง 1100°C ในการใช้งานทั่วไป

ความแตกต่างทางโครงสร้างและวิศวกรรม

นอกเหนือจากกลไกการถ่ายเทความร้อนแล้ว ท่อส่งรังสีและท่อพาความร้อนยังแตกต่างกันโดยพื้นฐานในการออกแบบโครงสร้าง ความต้องการวัสดุ การวางแนวการติดตั้ง และข้อจำกัดทางวิศวกรรม

อายุการใช้งาน: อายุของท่อแต่ละประเภทในการใช้ในอุตสาหกรรม

อายุการใช้งานเป็นหนึ่งในความแตกต่างที่มีนัยสำคัญในทางปฏิบัติมากที่สุดระหว่างท่อส่งรังสีและท่อพาความร้อนในการใช้งานทางอุตสาหกรรม และการเปรียบเทียบไม่ได้สนับสนุนประเภทใดประเภทหนึ่งโดยตรงไปตรงมา แต่ละประเภทมีอายุผ่านกลไกการย่อยสลายที่แตกต่างกันซึ่งเหมาะสมกับสภาพการทำงานที่แตกต่างกันมาก

อายุการใช้งานของหลอด Radiant

หลอดรังสีทำงานที่อุณหภูมิสูงและในสภาพแวดล้อมแบบหมุนเวียนตามความร้อน ทำให้หลอดรังสีมีอายุสั้นกว่าหลอดพาความร้อนโดยธรรมชาติ ท่อป้องกันด้านนอกจะสลายตัวผ่านการเกิดออกซิเดชันและการเกิดตะกรันที่พื้นผิวด้านนอก การเกิดคาร์บูไรเซชันหรือไนไตรเดชันจากบรรยากาศเตาเผา ความล้าจากความร้อนจากการหมุนเวียนของอุณหภูมิ และการเสียรูปของการคืบคลานภายใต้น้ำหนักของมันเองที่อุณหภูมิสูงอย่างต่อเนื่อง สำหรับหลอดกระจายรังสีไฟฟ้า องค์ประกอบลวดต้านทานภายในยังขึ้นอยู่กับการเสื่อมสภาพทางไฟฟ้า การก่อตัวของฮอตสปอต และความล้าทางกลจากการขยายตัวทางความร้อนที่แตกต่างกัน

อายุการใช้งานของท่อกระจายรังสีไฟฟ้าโดยทั่วไปตามประเภทของเตาหลอมคือ:

• เตาชุบแข็ง (ความรุนแรงสูงสุด): ≥1ปี — การหมุนเวียนความร้อนอย่างรวดเร็วจากการโหลดชิ้นส่วนที่เย็นจะเร่งความล้าจากความร้อนและเป็นเงื่อนไขการบริการที่มีความต้องการมากที่สุด
• เตาแบ่งเบา (อุณหภูมิต่ำกว่า การหมุนเวียนที่เสถียร): ≥3ปี — อุณหภูมิการทำงานที่ต่ำลงและรอบอุณหภูมิที่ค่อยเป็นค่อยไปทำให้อายุการใช้งานยาวนานขึ้นอย่างมาก
• หลอดรังสีที่ใช้ก๊าซธรรมชาติเป็นเชื้อเพลิง: ≥2ปี — เคมีของผลิตภัณฑ์จากการเผาไหม้ทำให้เกิดการย่อยสลายของท่อเพิ่มเติมผ่านการซัลไฟด์และคาร์บูไรเซชันที่ไม่มีอยู่ในหลอดไฟฟ้า

อายุการใช้งานเหล่านี้แสดงถึงความคาดหวังขั้นต่ำที่รับประกันสำหรับหลอดรังสีที่ผลิตด้วยคุณภาพ อายุการใช้งานจริงมักจะเกินตัวเลขเหล่านี้เมื่อมีการควบคุมอุณหภูมิเตาเผาที่ดี การจัดการเคมีในบรรยากาศอย่างเหมาะสม และท่อได้รับการจัดอันดับอย่างเหมาะสมสำหรับการใช้งาน

อายุการใช้งานของท่อพาความร้อน

โดยทั่วไปแล้ว ท่อพาความร้อนจะมีอายุการใช้งานยาวนานกว่าท่อส่งรังสี เนื่องจากท่อเหล่านี้ทำงานที่อุณหภูมิต่ำกว่า และไม่ได้อยู่ภายใต้วงจรความร้อนที่รุนแรงเช่นเดียวกัน อย่างไรก็ตาม การย่อยสลายของท่อพาความร้อนถูกขับเคลื่อนด้วยกลไกต่างๆ ได้แก่ การกัดกร่อนจากเคมีของไหลในกระบวนการ (ทั้งภายในและภายนอก) การกัดเซาะจากกระแสของเหลวที่มีอนุภาคซึ่งมีความเร็วสูง การเปรอะเปื้อนและขนาดที่ลดประสิทธิภาพการถ่ายเทความร้อนและเพิ่มอุณหภูมิของผนังท่อ การคืบคลานที่ตำแหน่งที่มีอุณหภูมิสูงสุด และการเปลี่ยนแปลงอุณหภูมิอย่างฉับพลันจากกระบวนการพลิกผันหรือการปิดระบบฉุกเฉิน

ในเครื่องทำความร้อนและเครื่องแลกเปลี่ยนความร้อนที่ได้รับการออกแบบอย่างดีและดำเนินการอย่างเหมาะสม จะมีอายุการใช้งานของท่อพาความร้อน 10 ถึง 25 ปีหรือมากกว่า เป็นเรื่องปกติเมื่อการเลือกวัสดุเหมาะสมกับเคมีของกระบวนการและสภาวะการทำงาน อายุการใช้งานที่สั้นลงเกิดขึ้นเมื่อประเมินอัตราการกัดกร่อนต่ำเกินไป เมื่อกระบวนการพลิกผันทำให้เกิดการเปลี่ยนแปลงของอุณหภูมิเกินขีดจำกัดของวัสดุ หรือเมื่อปล่อยให้การเปรอะเปื้อนดำเนินไปจนถึงจุดที่อุณหภูมิของผนังท่อเกินขีดจำกัดการออกแบบ

การใช้งานที่ใช้ท่อแต่ละประเภท

การทำความเข้าใจว่าท่อประเภทใดที่เหมาะสมสำหรับการใช้งานที่กำหนดนั้นจำเป็นต้องจับคู่กลไกการถ่ายเทความร้อน ช่วงอุณหภูมิ และข้อกำหนดกระบวนการของการใช้งานให้ตรงกับคุณลักษณะพื้นฐานของท่อแต่ละประเภท

การใช้งานหลอด Radiant ทั่วไป

• เตาบำบัดความร้อนที่ควบคุมบรรยากาศ: เตาหลอม การชุบแข็ง การชุบแข็ง การแบ่งเบาบรรเทา คาร์บูไรซิ่ง และเตาไนไตรด์ โดยที่ชิ้นงานต้องได้รับการปกป้องจากการเกิดออกซิเดชันโดยไนโตรเจน ไฮโดรเจน ก๊าซดูดความร้อน หรือบรรยากาศที่ได้รับการควบคุมอื่นๆ - ท่อรังสีจะแยกผลิตภัณฑ์ที่เผาไหม้หรือองค์ประกอบทางไฟฟ้าออกจากบรรยากาศที่ได้รับการควบคุม
• เส้นการหลอมแบบแถบต่อเนื่อง: แถบเหล็กและอลูมิเนียมถูกให้ความร้อนในโซนเตาเผาที่ปิดสนิทพร้อมบรรยากาศควบคุมอย่างแม่นยำ ท่อส่งรังสีให้ความร้อนสม่ำเสมอและควบคุมได้โดยไม่มีการปนเปื้อนในบรรยากาศ
• เครื่องทำความร้อนหม้อแบบชุบสังกะสี: ท่อแผ่รังสีแบบไฟฟ้าหรือแบบใช้แก๊สให้ความร้อนแก่อ่างสังกะสีหลอมเหลวโดยไม่ให้องค์ประกอบไฟฟ้าในสังกะสีจมอยู่ — ท่อจะแผ่ความร้อนเข้าไปในสังกะสีจากด้านบนหรือที่พื้นผิวอ่าง
• เตากระจายเซมิคอนดักเตอร์: สภาพแวดล้อมของเตาเผาที่สะอาดเป็นพิเศษสำหรับการประมวลผลแผ่นเวเฟอร์เซมิคอนดักเตอร์ ซึ่งการปนเปื้อนจากแหล่งกำเนิดการเผาไหม้อาจเป็นหายนะ — เฉพาะหลอดกระจายรังสีไฟฟ้าเท่านั้นที่ยอมรับในการใช้งานเหล่านี้
• เตาหลอมโลหะผง: ผงโลหะอัดแข็งจะถูกเผาที่อุณหภูมิ 1100°C ถึง 1400°C ในบรรยากาศไฮโดรเจนหรือไนโตรเจนที่ได้รับการควบคุม โดยที่ท่อกระจายความร้อนจะให้ความร้อนที่อุณหภูมิสูงโดยไม่มีการปนเปื้อนในบรรยากาศ

การใช้งานท่อพาทั่วไป

• เครื่องทำความร้อนกระบวนการโรงกลั่นปิโตรเลียม: น้ำมันดิบ น้ำมันแก๊สสุญญากาศ และกระแสกระบวนการได้รับความร้อนจนถึงอุณหภูมิแตกร้าวในส่วนท่อพาความร้อนของเครื่องทำความร้อนในโรงกลั่น ส่วนการพาความร้อนจะนำความร้อนกลับคืนจากก๊าซไอเสียที่ออกจากส่วนที่มีการแผ่รังสี
• เครื่องปฏิรูปไอน้ำ: ก๊าซธรรมชาติหรือแนฟทาได้รับการปฏิรูปเพื่อผลิตไฮโดรเจนในท่อที่ให้ความร้อนถึง 800°C–950°C โดยการแผ่รังสีจากหัวเผาและการพาความร้อน - ในการใช้งานนี้ขอบเขตระหว่างท่อส่งรังสีและการพาความร้อนจะทับซ้อนกัน โดยท่อทำหน้าที่ดูดซับความร้อนด้วยกลไกสองกลไก
• เครื่องแลกเปลี่ยนความร้อนแบบเปลือกและท่อ: แกนหลักของการนำความร้อนจากโรงงานกลับมาใช้ใหม่ในอุตสาหกรรมปิโตรเคมี เคมี ยา และการแปรรูปอาหาร — ประมวลผลการถ่ายเทความร้อนจากของเหลวไปเป็นของเหลวผ่านผนังท่อ
• เครื่องประหยัดหม้อไอน้ำและเครื่องทำความร้อนยิ่งยวด: ส่วนท่อพาความร้อนที่อุ่นน้ำป้อนหม้อไอน้ำและไอน้ำร้อนยวดยิ่งโดยใช้การนำความร้อนจากก๊าซไอเสียกลับมาใช้ใหม่ ซึ่งจำเป็นสำหรับประสิทธิภาพของโรงไฟฟ้า
• หน่วยนำความร้อนเหลือทิ้งกลับมาใช้ใหม่ (WHRU): ชุดท่อพาความร้อนดึงความร้อนจากกระแสก๊าซไอเสีย (กังหันก๊าซ เครื่องยนต์ดีเซล ไอเสียจากเตาเผาในกระบวนการ) เพื่อสร้างไอน้ำหรือของเหลวในกระบวนการให้ความร้อน

ท่อ Radiant และ Convection ในระบบเตาเผาเดียวกัน

ในระบบทำความร้อนและเตาเผาที่ใช้เชื้อเพลิงอุตสาหกรรมจำนวนมาก หลอดรังสีs และท่อพาความร้อนทำงานภายในหน่วยโดยรวมเดียวกันแต่อยู่ในส่วนที่แตกต่างกัน แต่ละท่อใช้ประโยชน์จากกลไกการถ่ายเทความร้อนที่เหมาะสมที่สุดกับระดับอุณหภูมิในท้องถิ่นและข้อกำหนดของกระบวนการ การรวมกันนี้เป็นหนึ่งในแนวคิดที่สำคัญที่สุดในการออกแบบเครื่องทำความร้อนแบบใช้เชื้อเพลิง

ในเครื่องทำความร้อนกระบวนการโรงกลั่นปิโตรเลียมทั่วไป:

1. ส่วนเรืองแสง: หัวเผาจะยิงเข้าไปในเรือนไฟที่มีการแผ่รังสี โดยให้ความร้อนแก่ของเหลวในกระบวนการในท่อโดยการแผ่รังสีความร้อนจากเปลวไฟและผนังวัสดุทนไฟที่ร้อน อุณหภูมิของก๊าซไอเสียในส่วนที่มีการแผ่รังสีมีตั้งแต่ 1100°C ถึง 1500°C ที่หัวเผาและออกจากส่วนการแผ่รังสีที่อุณหภูมิ 700°C ถึง 900°C ท่อกระบวนการในส่วนนี้จะดูดซับประมาณ 60–70% ของความร้อนที่ป้อนทั้งหมด
2. ส่วนการพาความร้อน: ก๊าซไอเสียร้อนที่เพิ่มขึ้นจากส่วนที่แผ่รังสีจะไหลผ่านตลิ่งของท่อพาความร้อน อุ่นของเหลวในกระบวนการ สร้างไอน้ำ และอุ่นอากาศที่เผาไหม้ ก๊าซไอเสียจะเข้าไปที่อุณหภูมิ 700°C ถึง 900°C และทิ้งไว้ที่อุณหภูมิ 200°C ถึง 450°C โดยส่วนการพาความร้อนจะนำพลังงานเชื้อเพลิงกลับมาอีก 20–30% ของพลังงานเชื้อเพลิงทั้งหมด มิฉะนั้นจะสูญเสียไปที่ปล่องไฟ

การเปลี่ยนจากการถ่ายเทความร้อนแบบแผ่รังสีเป็นการพาความร้อนเมื่ออุณหภูมิของก๊าซไอเสียลดลงผ่านระบบ แสดงให้เห็นว่าเหตุใดท่อทั้งสองประเภทจึงอยู่ร่วมกันในเครื่องทำความร้อนแบบใช้เชื้อเพลิงเดียวกัน - โซนที่เน้นการแผ่รังสีที่อุณหภูมิสูงและโซนที่เน้นการพาความร้อนที่อุณหภูมิต่ำกว่า แต่ละโซนต้องใช้ท่อที่ออกแบบและวางตำแหน่งสำหรับกลไกการถ่ายเทความร้อนจำเพาะและสภาพแวดล้อมทางความร้อน

โหมดการบำรุงรักษา การตรวจสอบ และความล้มเหลว

ข้อกำหนดในการบำรุงรักษาและโหมดความล้มเหลวของท่อเรเดียนและท่อพาความร้อนแตกต่างกันอย่างมาก ซึ่งสะท้อนถึงสภาพการทำงานที่แตกต่างกันมากและกลไกการย่อยสลายที่แตกต่างกันซึ่งส่งผลต่อแต่ละประเภท

การบำรุงรักษาและความล้มเหลวของหลอด Radiant

หลอด Radiant เป็นส่วนประกอบสิ้นเปลืองที่มีอายุการใช้งานที่คาดการณ์ได้ ซึ่งต้องมีการเปลี่ยนตามกำหนดเวลา ซึ่งเป็นส่วนหนึ่งของการบำรุงรักษาเตาเผาตามแผน โหมดความล้มเหลวที่สำคัญ ได้แก่ :

• ความเหนื่อยหน่ายของการเกิดออกซิเดชันของท่อด้านนอก: การเกิดออกซิเดชันแบบค่อยเป็นค่อยไปของผนังท่อจนกระทั่งเกิดการเจาะหรือความล้มเหลวของโครงสร้าง ส่งผลให้บรรยากาศของเตาเผาหรือองค์ประกอบภายในถูกสัมผัส ซึ่งเป็นโหมดความล้มเหลวที่พบบ่อยที่สุดในเตาชุบแข็ง
• การแตกร้าวเมื่อยล้าจากความร้อน: การหมุนเวียนด้วยความร้อนจะเปิดรอยแตกที่จุดที่ความเข้มข้นของความเค้น (ปลายท่อ ตำแหน่งรองรับ การเปลี่ยนเส้นผ่านศูนย์กลาง) โดยเฉพาะในเตาเผาที่มีการโหลดชิ้นส่วนบ่อยครั้งซึ่งทำให้เกิดการเปลี่ยนแปลงอุณหภูมิอย่างรวดเร็ว
• ความล้มเหลวขององค์ประกอบภายใน: การไหม้ของลวดต้านทานที่จุดร้อนซึ่งเกิดจากการหย่อนคล้อยขององค์ประกอบ การก่อตัวของเขตเย็นจากการสัมผัสองค์ประกอบที่ไม่ดี หรือการโอเวอร์โหลดจากไฟฟ้าขัดข้อง - แสดงเป็นข้อบกพร่องของวงจรเปิดที่ตรวจพบได้โดยการตรวจสอบระบบควบคุมเตาเผา
• การเสียรูปคืบ: การเสียรูปพลาสติกในระยะยาวของท่อด้านนอกภายใต้น้ำหนักของตัวเองที่อุณหภูมิสูงอย่างต่อเนื่อง ส่งผลให้ท่อย้อยระหว่างส่วนรองรับและสัมผัสกับผนังเตาเผาหรือท่อที่อยู่ติดกันในที่สุด

การบำรุงรักษาและความล้มเหลวของท่อพาความร้อน

ความล้มเหลวของท่อพาความร้อนในเครื่องทำความร้อนในกระบวนการและเครื่องแลกเปลี่ยนความร้อนมักจะเกิดขึ้นทีละน้อย — ตรวจพบได้ผ่านการตรวจสอบก่อนเกิดความล้มเหลวร้ายแรง — และได้รับการจัดการผ่านโปรแกรมการตรวจสอบมากกว่าการเปลี่ยนตามกำหนดเวลา:

• การกัดกร่อนภายใน: ประมวลผลเคมีของไหลโจมตีภายในท่อ ตรวจสอบโดยการวัดความหนาของอัลตราโซนิกในระหว่างการปิดระบบตามแผน และจัดการผ่านโปรแกรมยับยั้งการกัดกร่อนหรือการอัพเกรดวัสดุ
• การกัดกร่อนภายนอกและการเกิดออกซิเดชัน: เคมีของก๊าซไอเสีย (สารประกอบกำมะถัน ไอน้ำ การควบแน่นของจุดน้ำค้างที่อุณหภูมิต่ำ) โจมตีภายนอกท่อ จัดการผ่านการเลือกใช้วัสดุ การควบคุมอุณหภูมิในการทำงาน และการเคลือบผิว
• การเปรอะเปื้อนและการปรับขนาด: การสะสมบนพื้นผิวท่อภายในหรือภายนอกจะเพิ่มความต้านทานความร้อน เพิ่มอุณหภูมิผนังท่อ และจำกัดการไหลในที่สุด — จัดการผ่านการทำความสะอาดเป็นระยะ (ทางกล เคมี หรือไฮโดรเจ็ท)
• การแตกของคืบด้วยความร้อน: ผนังท่อที่บางลงจากการกัดกร่อนรวมกับแรงดันภายในสูงในที่สุดจะนำไปสู่การแตกหักของท่อ ซึ่งเป็นโหมดความล้มเหลวที่ร้ายแรงที่สุดในเครื่องทำความร้อนในกระบวนการแรงดันสูง ซึ่งต้องใช้โปรแกรมการตรวจสอบที่เข้มงวดเพื่อป้องกัน

เกณฑ์การคัดเลือก: เมื่อใดจึงควรใช้ท่อ Radiant กับท่อพาความร้อน

การเลือกระหว่างท่อส่งรังสีและท่อพาความร้อนสำหรับการใช้งานด้านความร้อนทางอุตสาหกรรมที่กำหนดนั้น จำเป็นต้องมีการประเมินเกณฑ์สำคัญหลายประการ ในหลายกรณี ทางเลือกถูกกำหนดอย่างไม่คลุมเครือโดยธรรมชาติของกระบวนการ แต่ในกรณีอื่นๆ ทั้งสองแนวทางมีความเป็นไปได้ในทางเทคนิค และการตัดสินใจขึ้นอยู่กับประสิทธิภาพ ต้นทุน และปัจจัยในการปฏิบัติงาน

• เลือกหลอดรังสีเมื่อ: ชิ้นงานหรือบรรยากาศเตาเผาจะต้องแยกออกจากผลิตภัณฑ์ที่เผาไหม้ อุณหภูมิเตาสูงกว่า 700°C และการแผ่รังสีเป็นกลไกการถ่ายเทความร้อนที่โดดเด่น จำเป็นต้องมีการทำความร้อนพื้นผิวที่แม่นยำ สม่ำเสมอ และควบคุมได้ หรือกระบวนการนี้จำเป็นต้องมีบรรยากาศที่ปิดสนิทหรือป้องกันซึ่งอาจปนเปื้อนจากหัวเผาแบบยิงโดยตรง
• เลือกท่อพาความร้อนเมื่อ: ของไหลในกระบวนการจะต้องได้รับความร้อนหรือความเย็นโดยการถ่ายโอนผ่านผนังท่อ อุณหภูมิในการทำงานต่ำกว่า 700°C ซึ่งการพาความร้อนมีประสิทธิภาพและคุ้มต้นทุน อัตราการไหลของของไหลตามปริมาตรขนาดใหญ่จะต้องได้รับความร้อนสม่ำเสมอ หรือการนำความร้อนเหลือทิ้งกลับมาใช้ใหม่จากกระแสก๊าซร้อนเป็นเป้าหมาย
• ใช้ทั้งสองอย่างรวมกันเมื่อ: เครื่องทำความร้อนแบบใช้เชื้อเพลิงหรือเตาเผาแบบกระบวนการทำงานในช่วงอุณหภูมิที่กว้าง - ส่วนที่มีการแผ่รังสีจะจัดการกับหน้าที่ที่อุณหภูมิสูง และส่วนการพาความร้อนจะนำความร้อนที่อุณหภูมิต่ำกลับมาจากก๊าซไอเสียที่ปล่อยออกมา ซึ่งช่วยเพิ่มประสิทธิภาพเชิงความร้อนโดยรวมให้สูงสุด