Progettazione del layout del deflettore di flusso anti-coke per serbatoi di riscaldamento di olio pesante e asfalto
L'olio pesante e l'asfalto ad altissima- viscosità formano strati limite liquidi stagnanti persistenti attorno ai tubi di riscaldamento sommersi, creando surriscaldamento localizzato e depositi di coke spessi e ostinati che riducono drasticamente la durata di servizio dei componenti. La semplice riduzione della densità di watt superficiale non può eliminare completamente le zone morte statiche ad alta{2}}temperatura all'interno dei serbatoi di riscaldamento, poiché la convezione naturale del fluido rimane estremamente debole in condizioni di fluido ad alta-viscosità. I layout strutturali personalizzati del deflettore di flusso guidano la circolazione forzata del mezzo attraverso tutte le superfici dei tubi di riscaldamento per rompere gli strati di olio stagnanti, bilanciando la distribuzione della temperatura e riducendo l'accumulo di residui di carbonio. Gli array di sensori a termocoppia distribuiti uniformemente all'interno dei serbatoi registrano le differenze di uniformità della temperatura tra sistemi di riscaldamento con e senza deflettori, quantificando il miglioramento delle prestazioni anti-coking apportato dalle strutture di guida del flusso ottimizzate.
La convezione naturale all'interno dei serbatoi di riscaldamento dell'olio pesante non modificati crea modelli distinti di movimento del fluido stratificato. Il fluido freddo ad alta-viscosità affonda sul fondo del serbatoio mentre l'olio riscaldato a bassa-densità sale lentamente, formando una pellicola d'olio stazionaria che avvolge le pareti laterali del tubo di riscaldamento con un ricambio minimo del fluido. Lo strato di olio statico intrappolato assorbe la produzione termica continua senza circolazione, spingendo la temperatura delle pareti del tubo molto al di sopra della temperatura media e innescando una rapida carbonizzazione dell'asfalto e del combustibile pesante. Spessi strati di coke si accumulano uniformemente lungo le superfici dei tubi entro settimane di funzionamento continuo, aumentando la resistenza termica e amplificando l'accumulo di calore in un ciclo negativo auto-rinforzante. Anche i tubi riscaldanti in lega Incoloy800 subiscono una corrosione accelerata del solfuro in caso di contatto stagnante con olio ad alta temperatura.
I layout dei deflettori di flusso combinati verticalmente e orizzontalmente interrompono gli strati di fluido stazionari reindirizzando il flusso di circolazione-azionato dalla pompa attraverso le superfici dei tubi di riscaldamento. I deflettori metallici perforati installati a intervalli sfalsati creano una turbolenza del flusso incrociato- che rimuove i film d'olio stagnanti dalle pareti esterne del tubo, mantenendo un ricambio costante del mezzo vicino alle superfici riscaldanti. I rapporti di apertura del deflettore e gli angoli di installazione sono sottoposti a test di simulazione iterativi per bilanciare la resistenza del flusso e l'intensità della turbolenza, evitando un consumo energetico eccessivo della pompa ed eliminando tutte le zone morte persistenti ad alta-temperatura all'interno dei recipienti di riscaldamento. Per le disposizioni orizzontali dei tubi di riscaldamento del serbatoio, i deflettori inclinati guidano il flusso del fluido verso l'alto per coprire le superfici inferiori dei tubi soggette ad accumuli di coke più spessi.
La selezione del materiale del deflettore deve corrispondere alle caratteristiche di temperatura e corrosione del mezzo dell'olio pesante per evitare cedimenti strutturali e contaminazione del mezzo secondario. I normali deflettori in acciaio al carbonio si corrodono rapidamente nel combustibile pesante ricco di zolfo-, rilasciando detriti di ossido di ferro che accelerano la formazione di incrostazioni sulla superficie del tubo di riscaldamento e il degrado medio.. 316I deflettori in acciaio inossidabile servono serbatoi di riscaldamento di olio pesante convenzionali con un contenuto di zolfo moderato, mentre i recipienti per la lavorazione dell'asfalto ad alto- zolfo adottano deflettori di flusso in lega Incoloy800 corrispondenti al grado del materiale della guaina del tubo di riscaldamento. Tutte le superfici dei deflettori ricevono una finitura lucida e liscia per ridurre l'adesione dell'olio viscoso e semplificare le procedure periodiche di pulizia del serbatoio.
La sinergia tra deflettori di flusso, tubi di riscaldamento a basso carico superficiale e regolazione della velocità della pompa di circolazione massimizza le prestazioni anti-coking per i sistemi a olio pesante. Le strutture di guida del flusso eliminano le zone di accumulo di calore statico, mentre i limiti di carico superficiale inferiori o uguali a 6 W/cm² controllano la temperatura di picco della parete del tubo per rallentare la velocità di reazione di carbonizzazione dell'olio. Gli azionamenti della pompa a frequenza-variabile regolano la velocità di circolazione in base ai dati di temperatura-in tempo reale trasmessi dai sensori termocoppia montati sul serbatoio-, aumentando automaticamente la velocità del flusso durante le fasi di avvio a bassa-temperatura quando la viscosità dell'olio raggiunge valori di picco. La mappatura della temperatura in tempo reale-dai punti termocoppia distribuiti identifica il blocco parziale del deflettore o l'accumulo di incrostazioni per programmare una manutenzione mirata del serbatoio prima che l'efficienza del riscaldamento diminuisca sensibilmente.
Il design integrato del sistema di riscaldamento dell'olio pesante combina tubi di riscaldamento anticorrosione Incoloy800-, configurazione termica a densità di watt superficiale ultra-bassa e layout ottimizzati dei deflettori del flusso di turbolenza, supportati dal monitoraggio della temperatura multipunto tramite termocoppia. Questa soluzione anti-coke completa che guida il flusso elimina le zone morte stagnanti ad alta temperatura e l'accumulo persistente di coke, estendendo la durata di servizio dei gruppi di riscaldamento di olio pesante e asfalto e stabilizzando l'efficienza di lavorazione a lungo termine.
