اثرات و راهکارهای پیشگیرانه در تنش‌های حرارتی Fired Heater
Fired Heaterها از مهم‌ترین تجهیزات گرمایشی در صنایع پالایشگاهی و پتروشیمی هستند. این کوره‌ها در شرایط دمایی بسیار بالا کار می‌کنند و به‌طور دائمی در معرض تنش‌های حرارتی (Thermal Stresses) قرار دارند.
تنش‌های حرارتی می‌توانند باعث تغییرات ساختاری، اعوجاج، ترک‌خوردگی و حتی خرابی‌های جدی در تیوب‌ها، ریفرکتوری و سازه کوره شوند.
در این مقاله، عوامل ایجاد این تنش‌ها، اثرات آن‌ها و راهکارهای پیشگیرانه مؤثر را بررسی می‌کنیم.
آنچه در این پست میخوانید
۱. تنش حرارتی چیست؟
تنش‌های حرارتی ناشی از تغییرات دما و شیب حرارتی در اجزای مختلف Fired Heater هستند.
هر زمان که بخش‌هایی از سازه یا تیوب‌ها در معرض:
- گرم‌شدن سریع
- سردشدن ناگهانی
- گرمایش غیریکنواخت
- توقف‌های غیر برنامه‌ریزی شده
قرار بگیرند، تنش‌های حرارتی به وجود می‌آید.
۲. عوامل اصلی ایجاد تنش‌های حرارتی در Fired Heater
۱) تغییرات ناگهانی شدت شعله
تنظیم نامناسب Burner یا خاموش/روشن شدن ناگهانی باعث شوک حرارتی به تیوب‌ها و ریفرکتوری می‌شود.
۲) اختلال در جریان سوخت یا هوا
نسبت نامتناسب هوا به سوخت باعث ناپایداری شعله و ایجاد Hot Spot ها می‌شود.
۳) تجمع دوده (Soot) در ناحیه رادیانت
سوتینگ باعث افزایش غیر یکنواخت دما و افزایش موضعی شار حرارتی می‌شود.
۴) گرفتگی جریان سیال داخل تیوب‌ها
کاهش سرعت سیال = افزایش دمای سطح تیوب = افزایش تنش حرارتی
۵) توقف و راه‌اندازی‌های مکرر
استارت‌آپ و شات‌دان‌ها بیشترین شوک‌های حرارتی را ایجاد می‌کنند.
۶) خرابی یا زوال Refractory
کاهش خاصیت عایق و انعکاس حرارتی ریفرکتوری → افزایش دمای دیواره‌ها و تیوب‌ها.
۳. اثرات تنش‌های حرارتی بر Fired Heater
۱) ترک‌خوردگی تیوب‌ها (Tube Cracking)
افزایش دمای سطح تیوب‌ها و اعمال تنش باعث:
- ترک‌های حرارتی
- کمانش و دفرمگی
- کاهش عمر متریال
می‌شود.
۲) تخریب Refractory
شامل:
- Spalling
- Cracking
- Erosion
- Separation از بدنه فلزی
۳) انحراف سازه (Structural Distortion)
حاصل از اختلاف انبساط حرارتی بین اجزا.
۴) نقاط داغ (Hot Spots)
نشانه خطر و آغاز آسیب حرارتی.
۵) کاهش راندمان و افزایش مصرف سوخت
۴. راهکارهای پیشگیرانه برای کاهش تنش‌های حرارتی
۱) کنترل دقیق فرآیند روشن‌سازی و خاموش‌سازی کوره
- استفاده از Ramp-up و Ramp-down آهسته
- رعایت نرخ افزایش دما طبق دستورالعمل سازنده
- گرم‌کردن تدریجی ریفرکتوری برای جلوگیری از Spalling
۲) تنظیم صحیح Burner ها
- تنظیم مناسب نسبت هوا به سوخت (Excess Air)
- جلوگیری از Flame Impingement
- بررسی دوره‌ای نازل‌ها و محفظه احتراق
۳) جلوگیری از تشکیل دوده
- Blow-off های دوره‌ای
- تنظیم مناسب Combustion
- استفاده از سوخت با کیفیت مناسب
۴) تضمین جریان یکنواخت سیال در تیوب‌ها
- نظارت بر فشار و دبی
- جلوگیری از گرفتگی با رسوبات و کک
- استفاده از Pigging یا Chemical Cleaning
۵) پایش دمای سطح تیوب‌ها
- استفاده از دوربین IR
- نصب Thermocouple
- مقایسه Heat Flux واقعی با Design Heat Flux
۶) نگهداری مناسب Refractory
- بازرسی دوره‌ای سختی و چسبندگی
- تعمیر ترک‌های سطحی قبل از گسترش
- استفاده از مواد High Emissivity
۷) کاهش توقف‌های غیر ضروری
هر توقف = یک شوک حرارتی
بنابراین:
- تعمیرات پیشگیرانه
- مانیتورینگ آنلاین عملکرد کوره
- کاملاً ضروری هستند.
۸) استفاده از سیستم‌های کنترل پیشرفته
مانند:
- Burner Management System (BMS)
- APC (Advanced Process Control)
- Flame Detection Systems
این سیستم‌ها از نوسانات شعله و Hot Spot ها جلوگیری می‌کنند.
