تحلیل cfd علل تخریب تیوب های whb کوره واکنش واحد بازیافت گوگرد

در پالایشگاه ایلام محل اتصال بین تیوب¬ها و تیوب¬شیت دیگ بازیافت حرارتی در واحد بازیافت گوگرد به علت نامعلومی تخریب شده و پس از چهار بار تعمیر باز هم این پدیده صورت گرفته است. این پایان¬نامه بر اساس مرتفع¬سازی این مشکل تعریف شده است و مکان دقیق تنش¬ها و کرنش¬های حرارتی حاصله را مکانیابی می¬کند و در پایان راه حل¬های مناسب ارائه داده شده است. جداسازی ناخالصی¬های گازها از نقطه نظر ایمنی، کنترل خوردگی، تنظیم ترکیب استاندارد محصولات گاز و مایع، جلوگیری از مسمومیت کاتالیزورهای کارخانه¬های دریافت کننده محصولات گاز یا مایع و بالاخره حد مجاز انتشار مواد آلاینده به محیط زیست الزامی می¬باشد. واکنش اصلی کلاوس بر پایه اکسیداسیون سولفید هیدروژن با هوا (اکسیژن) در حضور کاتالیست (بوکیست) در یک راکتور یک مرحله¬ای می¬باشد. محصولات این واکنش گوگرد عنصری و آب است. در این واکنش فرض شده است هیچ ناخالصی و مواد مزاحم وجود ندارد. با توجه به اینکه درصد تبدیل گوگرد تابع دما می¬باشد، معمولاً تا 70 درصد از کل واکنش در این مرحله تکمیل می¬گردد. بنابراین غیر از مرحله احتراق یک مرحله یا چند مرحله کاتالیستی نیز مورد نیاز می¬باشد. گوگرد تولیدی بعد از مرحله احتراق و مراحل کاتالیستی باید به منظور پیشرفت واکنش کندانس شده و از جریان جدا گردد. به جهت جذب حرارت تولید شده در کوره واکنش و مایع کردن گوگرد، همچنین بالا بردن راندمان واحد، گازهای حاصله، پس از کوره واکنش وارد دیگ بخار می¬شوند. معمولاً در بیشتر واحدهای جدید بازیافت گوگرد با روش کلاوس، مبدل بازیافت حرارت و کوره واکنش در یک مخزن با یکدیگر ترکیب شده¬اند. گازهای خروجی از کوره واکنش با درجه حرارتی حدود ?840 از لوله-های داخلی مبدل بازیافت حرارت که از نوع پوسته و لوله می¬باشد عبور نموده و گرمای خود را صرف تولید بخار آب می¬نمایند. در این مرحله 15 درصد از کل گوگرد تولیدی به دست می¬آید. این مبدل گرمایی که با بخار فشار متوسط تولیدی خود به عنوان یک بویلر قابل توجه عمل نموده و نیروی محرکه دمنده¬های هوای واحد را تأمین می¬کند، دارای پوسته از جنس کربن استیل بوده که فشار و دمای عملیاتی آن به صورت psia 02/21 و ?210 می¬باشد. لوله دو اینچی از نوع کربن استیل در داخل این پوسته قرار گرفته که دارای دما و فشار عملیاتی ?840 و psia 31/1 می¬باشد. دمای خروجی از تیوب¬های مبدل در شرایط عملیاتی ?240 است. با توجه به دماهای موجود، توزیع گوگرد که در محفظه کوره واکنش به فرم s_(1-2) بوده به s_(3-8) تبدیل خواهد شد. گوگرد جدا شده در انتهای whb به صورت مایع به مخزن گوگرد هدایت می¬شود. جهت جلوگیری از بیش از حد گرم شدن تیوب¬های whb به علت کم بودن ضخامت آن، ورودی لوله¬های 2 اینچی با استفاده از حلقه¬های سرامیکی در مقابل حرارت محافظت می¬شود. عموماً به هنگام استارت و افزایش و کاهش درجه حرارت کوره، حلقه¬ها ترک خورده و در نتیجه آن گازهای داغ فرآیند باعث دمای بیش از حد دهانه لوله¬ها و نیز تخریب سولفیدی آن می¬گردد که سرانجام منجر به تخریب لوله و نیز نشت آب تغذیه به درون لوله¬ها می¬شود، بنابراین بایستی در نصب این حلق¬ها و نیز پوشاندن کل صفحه لوله توسط سیمان نسوز بسیار دقت گردد. در این پایان نامه به بررسی تنش¬ها و کرنش¬های حاصله از دمای بالای گازهای ورودی به دیگ بازیافت حرارتی بر روی تیوب-شیت، تیوب و جوش بین تیوب و تیوب¬شیت پرداخته شده است. با اطلاعات دقیقی که از گزارش پالایشگاه ایلام اخذ شده است مدلسازی کاملاً بر اساس واقعیت انجام شده است. تغییر طول تیوب و تیوب¬شیت یکی از مهمترین نتایج این پایان نامه می¬باشد زیرا دلیل اصلی این تخریب¬ها انبساط و تغییر طول تیوب و تیوب¬شیت بر اثر حرارت بالای گازهای ورودی به دیگ بازیافت حرارتی می¬باشد. مدلسازی انجام شده به دو صورت دوبعدی برای پدیده جوشش آب روی دیواره بیرونی تیوب و سه¬بعدی برای به دست آوردن تنش¬ها و کرنش¬های حرارتی و همچنین تغییر طول می¬باشد. در تحقیقات پیشین مدلسازی¬ها به صورت دو بعدی بوده و نتایج از دقت کمتری برخوردار بوده است. نتایج مدلسازی سه بعدی خیلی دقیقتر از جواب¬های مدل دو بعدی می¬باشد. با توجه به شرایط موجود این نتایج کاملاً با نتایج تجربی مطابقت دارد. بیشترین نیرو و تغییر طول تیوب در ناحیه اتصال بین تیوب و تیوب¬شیت دیده شده و جوش بین آنها تخریب می¬شود.