Ateşli Isıtıcılar, petrokimya ve kimya endüstrilerinde en önemli ısıtma ekipmanları arasında yer almaktadır. Bu cihazlar, endüstriyel süreçlerde kritik bir rol üstlenir ve hidrokarbonlar gibi proses sıvılarının ısıtılması için gereken ısıyı doğrudan sağlar. Enerji tüketimi üzerindeki büyük etkileri nedeniyle, ateşli ısıtıcıların optimize tasarımı ve verimli işletimi, işletme maliyetlerini düşürürken enerji verimliliğini artırma potansiyeline sahiptir.
Ateşlemeli Isıtıcıların önemi, neredeyse tüm petrokimya tesislerinde yer almalarından anlaşılabilir. Bu cihazlar olmadan, birçok kimyasal süreç gerçekleştirilemezdi. Isı sağlamanın ötesinde, yakıt tüketimini optimize etme ve emisyonları azaltma gibi avantajlar da sunarlar. Ayrıca, bu ekipmanların tasarım ve üretim standartları, yalnızca yüksek performans sağlamakla kalmayıp, aynı zamanda güvenli ve kararlı bir çalışma için özenle oluşturulmuştur.
Bu makale, bu ekipmanlar hakkında kapsamlı bir inceleme sunmaktadır. İlk olarak, bu cihazların çalışma prensibi ve çeşitli bileşenleri açıklanmaktadır. Daha sonra, farklı fired heater türleri ve bunların API-560 ve ISO-13705 gibi uluslararası standartlara göre tasarımı ele alınmaktadır. Son olarak, ateşli ısıtıcıların enerji tüketimini azaltmadaki önemi ve petrokimya endüstrisindeki rolü incelenmektedir.
Ateşli Isıtıcıların uygulaması
Bu ekipmanlar, kimya endüstrisi ve petrokimya tesislerinde kritik bir rol oynar ve hidrokarbonlar gibi proses sıvılarını ısıtmak için kullanılır. Bu cihazlar, yakıtın yanmasından elde edilen ısıyı doğrudan bu amaçla kullanır, bu da onlara bu ismin verilmesinin nedenidir. Endüstriyel operasyonlarda, fired heater’lar en büyük yakıt ve enerji tüketicilerinden biri olarak öne çıkar ve Amerika Birleşik Devletleri’ndeki üretim endüstrilerinde toplam enerji tüketiminin yaklaşık %37’sini oluşturur.
Ateşli Isıtıcıların Çalışma Prensibi
Bir fired heater, boyutuna bağlı olarak, bir veya birden fazla brülör ile donatılmıştır ve bu brülörler, yakıtı yakarak gerekli enerjiyi üretir. Fırın içinde, duvarlara paralel olarak yerleştirilen birçok boru bulunur ve bu borulardan proses sıvısı geçer. Sıvı borularda hareket ederken, brülörler tarafından üretilen ısıyı ışıma, taşınım ve iletim yoluyla emer. Bu ısı transferi, proses sıvısının istenilen sıcaklığa ulaşmasını sağlar. Fırının verimli çalışabilmesi için, sıvı, borular boyunca doğru şekilde akarken, ısıyı etkin bir biçimde alır ve taşır. Isının bu şekilde aktarılması, cihazın performansını optimize eder ve proseslerin doğru sıcaklık seviyelerine ulaşmasını temin eder.
Ateşli Isıtıcının Ana Bileşenleri
Bu ekipmanlar, bir dizi bileşen ve bölümden oluşan büyük ve karmaşık sistemlerdir. Bu cihazlar, çeşitli tasarımlarda üretilmiş olabilirler, ancak tüm Ateşli Isıtıcılar genellikle aynı temel işlevi yerine getirir ve ana bileşenleri birbirine benzer özellikler taşır. Her fired heater, belirli işlevleri yerine getirebilmek için farklı parçalara ve bileşenlere sahip olsa da, temel yapıları ve çalışma prensipleri oldukça benzer olup, bu bileşenlerin tümü bir arada çalışarak sistemin verimli ve güvenli bir şekilde işlemesini sağlar. Aşağıda, bir fired heaterın en önemli bileşenlerini detaylı bir şekilde inceleyeceğiz.
Brülör
Fired heater’ların en önemli bileşenlerinden biri, fırının altına veya duvarlarına yerleştirilen ve gerekli ısıyı sağlamak için yakıtı yakan brülörlerdir. Ateşli Isıtıcıların brülörleri, Doğal çekişli veya Zorlamalı çekişli tipi olabilir.
Doğal çekişli brülörler kullanıldığında, yanma için gerekli hava, Ateşli Isıtıcının doğal akışıyla sağlanır. Bu doğal akış, Ateşli Isıtıcı içindeki gazlarla dış ortam havası arasındaki yoğunluk farkı ve kaldırma kuvvetiyle oluşturulur ve fırın içindeki gazların yüksekliği ve sıcaklığına bağlıdır. Zorlamalı çekişli brülörlerde ise hava akışı oluşturmak için bir fan kullanılır. Hava akışı oluşturma ve yanma ürünlerine göre farklı fired heater türleriyle ilgili daha fazla açıklama, ilerleyen bölümlerde verilecektir.
Fired heaterlerde kullanılan brülörler, yanma odasının tabanına veya duvarlarına yatay veya dikey olarak monte edilebilir. Fired heater’larda brülör montajının dört yaygın konfigürasyonu aşağıdaki şekilde gösterilmiştir.
Raadman RFGB serisi brülörler, fired heater’lar için özel olarak tasarlanmış olup, bu cihazların ihtiyaçlarına uygun bir alev sağlayarak çok düşük NOx seviyeleri ile çalışmaktadır. Bu, alevin duvarlarla temasını ve bunun yol açabileceği hasarları önlemeye yardımcı olur. Bu brülörler farklı boyutlarda üretilebilir ve doğal akışlı çalıştırmada 8 MW’ye kadar kapasiteye sahip olabilir. Ayrıca, zorlanmış akışlı modda da kullanılabilir ve böylece daha yüksek kapasite ile çalışabilirler.
Radyant Bölümü
Bir Ateşli Isıtıcının ışıma bölmesi, ilk ısı transferinin brülör alevlerinden proses sıvısına geçtiği yerdir. Bu bölüm, brülörlerin etrafında yatay, dikey veya spiral şeklinde yerleştirilmiş birçok borudan oluşur ve tamamı bir refrakter duvar ve yalıtım ile çevrelenmiştir. Bu bölümdeki ana ısı transfer mekanizması ışıma olup, ısı, sıcak alevlerden borulara esas olarak ışıma enerjisi aracılığıyla aktarılır. Fired heater tasarımına bağlı olarak, bu bölüm genellikle toplam gerekli ısının %55 ila %85’ini karşılar.
Konveksiyon Bölümü
Konveksiyon bölümünde, ana ısı transfer mekanizması konveksiyon olup, adı da bu prensipe dayanmaktadır. Bu bölüm, ışıma bölümünden sonra, sıcak yanma gazlarının yoluna dik olarak yerleştirilmiş bir dizi borudan oluşur. Proses sıvısı, ilk olarak konveksiyon bölümündeki borulardan geçer ve ışıma bölümündeki borulara girmeden önce burada ön ısıtılır. Işıma bölümünden çıkan, hala yüksek sıcaklığa sahip olan yanma ürünleri, bu bölümde bir miktar enerji kaybeder ve bu nedenle sıcaklıklarında önemli bir azalma olur.
Kalkan Bölümü veya Şok Bölümü
Konveksiyon ve ışıma bölmeleri arasında, konveksiyon Bölümü borularını doğrudan alev ışınımından korumak amacıyla birkaç sıra boru yerleştirilir. Bu bölüm, kalkan bölmesi olarak adlandırılır.
Breeching ve Bacalar
Konveksiyon bölümündeki bobinden geçtikten sonra, yanma ürünleri bacaya yönlendirilir ve buradan atmosferi boşaltılır. Konveksiyon bölümü ile baca arasındaki ara bölüm, breeching olarak adlandırılır.
Duvarlar
Duvarların dış katmanı genellikle çelik levhalardan yapılır. İç kısımda ise, duvarlar ve zemin, fırın içindeki yoğun ısıya ve yüksek sıcaklıklara karşı direnç sağlamak ve enerji kaybını en aza indirmek için refrakter ve yalıtım malzemeleri ile kaplanmıştır.
Ateşli Isıtıcı Tasarım Standartları
Petrol ve gaz endüstrilerinde kullanılan fırın ısıtıcıları, API-560 standardına veya bunun eşdeğeri olan ISO-13705 standardına göre tasarlanır. Bu standart, bu cihazların tasarımı, bileşen malzemeleri, inşaatı, denetimi, testi ve hazırlanması ile ilgili gereklilikler ve öneriler sunar.
ISO-13705 standardı hakkında daha ayrıntılı bilgi için, lütfen ISO-13705 ile ilgili sayfaya başvurun.
Ayrıca, önerilen prosedür API-RP-535, fırın ısıtıcılarında kullanılan brülörlerin tasarımında en yaygın kullanılan belgelerdendir ve bu brülörler için bir dizi teknik öneri ve tavsiye sunar.
Ateşli Isıtıcı Yapı Türleri
Ateşli Isıtıcılar, yapısal konfigürasyon ve radyant bölümdeki boruların düzenine bağlı olarak çeşitli türlerde tasarlanır ve inşa edilir. Bir Ateşli Isıtıcının yapısal konfigürasyonu silindirik veya kübik olabilir ve radyant bölümdeki borular yatay, dikey, spiral veya eğik şekilde monte edilebilir. Farklı fired heater yapı türlerinin örnekleri aşağıdaki şekilde gösterilmektedir.
Ateşli Isıtıcılarda Hava Akışı ve Yanma Ürünleri
Ateşli ısıtıcılar, iç odada hava akışı ve sıcak gazların yönlendirilme yöntemine göre dört kategoriye ayrılır:
Doğal Akış (Natural Draft): Bu, ateşli ısıtıcıların en yaygın tasarım şeklidir ve hava akışını oluşturmak için fan gerektirmez. Bu yöntemde, ısıtıcı içindeki gazların yoğunluğu çevredeki havadan daha düşük olduğu için, kaldırma kuvveti, aşağıdan yukarıya doğru bir akış oluşturur. Bu fenomen, baca etkisi olarak da bilinir, hava alt kısımdan (yakıcı girişi) çekilir ve ateşli ısıtıcının en yüksek noktası olan baca çıkışından yanma ürünleri atılır. Hava akışının şiddeti, ısıtıcıdaki gazların sıcaklığına ve yüksekliğine bağlıdır.
Zorunlu Taslak (Forced Draft): Bu yöntemde, bir fan kullanılarak çevreden hava çekilir ve yakıcı girişine üflenir. Bu kurulumu oluşturan fan, FD fanı olarak adlandırılır.
İndirgenmiş Akış (Induced Draft): İndirgenmiş akışa sahip ateşli ısıtıcılarda, bir fan ısıtıcının çıkışından hava çeker ve bunu atmosfere atar. Bu yöntemde kullanılan fan, ID fanı olarak adlandırılır.
Dengelenmiş Akış (Balanced Draft): Bu ateşli ısıtıcılar, girişte bir FD fanı ve çıkışta bir ID fanı ile donatılmıştır, her ikisi de ısıtıcı içindeki hava akışını ve gaz hareketini oluşturmaya yardımcı olur.
Petrokimya Sanayilerinde Isıtma Süreçlerinde Ateşli Isıtıcıların Önemi
Ateşli ısıtıcılar, kimya ve petrokimya sanayilerinin temel bileşenlerinden biridir ve bu sanayilerde tüketilen enerjinin önemli bir kısmını oluştururlar. Bu nedenle, performanslarının optimize edilmesi enerji tüketimi üzerinde önemli bir etki yapabilir. Bu cihazlarda, doğalgaz, dizel ve diğer yakıtların yakılmasıyla ısı üretilir ve bu ısı, istenilen proses sıvısını ısıtarak gerekli sıcaklığı sağlar. Ateşli ısıtıcılar, yapılarına, tüp düzenlemelerine ve hava akışı üretme yöntemlerine göre çeşitli tiplerde gelir. Genellikle, bir ateşli ısıtıcının ana bileşenleri arasında brülörler, radyant bölüm, kalkan bölümü, konveksiyon bölümü, breeching ve baca bulunur.
Raadman’ın RFGB brülör serisi, özellikle bu uygulamalar için tasarlanmış olup, sanayi birimlerinde kullanılan ateşli ısıtıcılar için en iyi seçeneklerden biridir. Uygun alevin oluşumunu sağlamak için hassas bir tasarıma sahip olmasının yanı sıra, bu brülörler çok düşük NOx emisyonları üretir ve eski brülör modellerine kıyasla çok daha düşük kirletici seviyeleri sunar.
