Охладители проб и теплообменники для отбора проб при высоких температурах

Охладители проб и теплообменники для отбора проб при высоких температурах

Многие потоки на нефтеперерабатывающих, нефтехимических и энергетических предприятиях имеют слишком высокую температуру для непосредственного отбора проб. A охладитель проб — небольшой теплообменник, предназначенный для подготовки проб, — снижает температуру жидкости до уровня, приемлемого для аналитического прибора или лаборатории, одновременно защищая уплотнения, трубопроводы и приборы от термического повреждения. При правильном выполнении этого процесса также предотвращается испарение или конденсация пробы, что позволяет сохранить её репрезентативность.

В данном руководстве рассматриваются причины, по которым высокотемпературные пробы нуждаются в кондиционировании, основные конструкции охладителей, методы их расчета, а также факторы, связанные с материалами и точкой росы, которые определяют, сохраняет ли охлажденная проба те характеристики, которые от неё ожидаются.

Почему образцы, подвергшиеся воздействию высоких температур, нуждаются в подготовке

Проба, отобранная при температуре 200–350 °C, не может быть сразу направлена в анализатор. Проблемы носят как практический, так и аналитический характер:

• Пределы по приборам и уплотнениям — анализаторы, уплотнения клапанов и трубопроводы рассчитаны на максимальные рабочие температуры, значительно ниже температурных режимов высокотемпературных технологических процессов.
• Мерцание и двухфазное течение — горячая жидкость под давлением при охлаждении и снижении давления мгновенно превращается в пар, образуя двухфазный поток, который невозможно интерпретировать с помощью однофазных измерений.
• Безопасность — Горячие линии подачи проб представляют опасность ожога для оператора и являются источником термической нагрузки на фитинги.
• Репрезентативность — при неконтролируемом охлаждении могут конденсироваться тяжелые компоненты и теряться лёгкие фракции, в результате чего анализируемый образец перестаёт соответствовать технологическому процессу.

Охладитель проб, подобранный с учетом необходимых параметров, решает все четыре задачи, доводив пробу до контролируемого однофазного состояния (или состояния с регулируемой точкой росы) до того, как она поступит в анализатор.

Конструкции охладителей для отбора проб

Выбор зависит от тепловой нагрузки, имеющейся охлаждающей среды и её температуры, требуемой температуры на выходе пробы, а также от доступного пространства в помещении анализатора.

Расчет размеров охладителя проб

Расчет размеров осуществляется в соответствии со стандартным подходом, применяемым к теплообменникам, однако с учетом ограничений, характерных для данного образца. Требуемая тепловая мощность составляет:

Q = m · c_p · ΔT

где m — это массовый расход образца, c_p его удельная теплоемкость, и ΔT перепад температур от входа образца до требуемого выхода. К этому необходимо добавить:

• Расход пробы — поток в быстром контуре или в боковом контуре анализатора, как правило, от десятков до сотен кубических сантиметров в минуту.
• Температура на входе и выходе — выход, который обычно устанавливается чуть выше точки росы образца.
• Температура теплоносителя — разница температур между выходом образца и охлаждающей средой должна быть реалистичной.
• Удельная теплоемкость и, в случае газов, особенности конденсации образца.

Если размер охладителя занижен, образец остаётся слишком горячим, что создаёт нагрузку на последующие компоненты. Если же размер охладителя завышен, образец охлаждается ниже точки росы, и внутри анализатора происходит конденсация жидкости — эта ошибка незаметно искажает результаты измерения.

Регулирование точки росы: ключевое правило проектирования

Наиболее распространённой ошибкой при использовании охладителя проб является охлаждение газовой пробы ниже точки росы углеводородов или воды. В этом случае в охладителе или в линии отбора проб происходит конденсация жидкости, и проба, поступающая в анализатор, перестаёт отражать реальные условия технологического процесса — анализатор получает газ с более низким содержанием углеводородов, чем в реальности.

Существуют две стратегии, позволяющие этого избежать:

1. Охладить до температуры чуть выше точки росы — подобрать размер охладителя и регулировать рабочую среду таким образом, чтобы температура на выходе пробы оставалась выше точки росы самых тяжелых компонентов.
2. Обеспечить отсечку и возврат жидкости — если образец необходимо охладить ниже точки росы, следует установить сепаратор и возвращать конденсат в технологический процесс, чтобы, по крайней мере, контролировать фазовое поведение.

Ванана системы отбора проб с замкнутым контуром установить охладители проб, рассчитанные на точку росы технологического процесса, с контурами возврата жидкости там, где это необходимо.

Материалы и конструкция

Поверхность труб должна быть устойчива как к воздействию технологической жидкости, так и к воздействию охлаждающей среды, а конструкция охладителя должна исключать наличие мертвых зон, в которых жидкость может скапливаться и застаиваться. В корпусах анализаторов охладитель обычно устанавливается как можно ближе к отбору проб, чтобы свести к минимуму длину горячего трубопровода для проб.

Часто задаваемые вопросы

Нужна помощь в подборе оборудования для вашего объекта? Компания Wanan Technology является производителем систем отбора проб и оборудования для обеспечения безопасности резервуаров, сертифицированным по стандарту ASME U-Stamp, и поставляет свою продукцию на нефтеперерабатывающие заводы, химические предприятия и нефтебазы в более чем 40 странах, в том числе таким компаниям, как Sinopec, PetroChina, ExxonMobil, «Лукойл» и BASF. Свяжитесь с нашей инженерной командой для проведения технической экспертизы или скачать каталог продукции.

Запрос Цитировать   Скачать каталог