The Importance of Expansion and Drain Structure in Hot Oil Systems

Pentingnya Ekspansi dan Struktur Kuras dalam Sistem Minyak Panas

Perencanaan awal selama desain dapat menghemat waktu dan uang selama shutdown yang direncanakan atau tidak terencana.

Ketentuan yang dibuat untuk ekspansi termal dan pengeringan minyak termal adalah faktor utama yang perlu dipertimbangkan untuk keberhasilan pemasangan sistem pemanas minyak termal. Prinsip-prinsip desain sistem yang penting seperti ini sering diabaikan; sebagai gantinya, fokus ditempatkan pada komponen tertentu seperti pompa, katup atau pemanas itu sendiri.

Karena sebagian besar sistem pemanas fluida termal adalah sistem loop tertutup, dan karena minyak termal mengembang dengan meningkatnya suhu, akomodasi harus dibuat untuk ekspansi itu. Tidak dapat dihindari bahwa beberapa bagian dari sistem akan membutuhkan layanan di masa depan. Pada saat itu, sistem perlu dikuras sebagian atau seluruhnya, tergantung pada sifat layanan yang diperlukan. Sedikit pemikiran dan perencanaan awal dapat membuat pengeringan sistem relatif mudah, berpotensi menghemat waktu dan uang selama shutdown yang direncanakan atau tidak terencana.

Ada banyak cara untuk merancang sistem ekspansi dan pengeringan, dan semuanya memiliki kelebihan dan kekurangan. Terlepas dari perbedaan, sebagian besar desain menggabungkan bagian standar dan teori terkait. Meskipun produsen pemanas fluida termal bekerja dengan sistem ini setiap hari dan memahami istilah-istilah kuncinya secara intim, para insinyur proses yang dibebankan pada operasi pemrosesan termal mungkin tidak. Sebagai penyegaran, komponen dan konsep yang paling umum digunakan dalam desain sistem ekspansi dan drain didefinisikan (lihat bilah samping di halaman 15).

Selanjutnya, pertimbangkan prinsip-prinsip desain untuk beberapa komponen sistem dan analisis bagaimana mereka digunakan selama commissioning dan operasi sehari-hari dari sistem minyak termal.

Volume Ekspansi

Karena fluida dalam sistem loop tertutup dipanaskan selama fase cair, itu akan mengembang. Sistem Anda harus dirancang untuk mengakomodasi ekspansi cairan untuk menghindari limpahan minyak panas ke dalam fasilitas operasi atau tekanan berlebih pada perangkat sistem Anda dan kerusakan peralatan terkait.

Pertama, mari kita lihat bagaimana cara menghitung jumlah fluida yang akan berkembang dari volume cold-fill ke level maks-operasinya. Karena volume fluida berubah tetapi massa fluida tidak, ini adalah konservasi sederhana dari persamaan massa.

Massa fluida dalam sistem tergantung pada volume cairan (saat sistem diisi pertama kali) dan suhu sekitar.

Dalam contoh ini, kita akan menggunakan Therminol 55 sambil mengisi pada 60 ° F. Persamaan menunjukkan kepadatan Therminol 55 pada 60 ° F.

Asumsikan total volume sistem – semua pengguna, perpipaan, level pengisian dingin di tangki ekspansi, dll. – dan hitung volume total sistem pada pengisian awal (dingin).

Selanjutnya, hitung kerapatan Therminol 55 pada 550 ° F.

Massa dilestarikan. Oleh karena itu, selesaikan untuk volume yang diperluas:

Perbedaan volume adalah jumlah ekspansi cairan yang harus kami tampung.

Dimensi Tangki

Sekarang kita tahu berapa banyak fluida akan berkembang, kita harus memilih ukuran tangki ekspansi yang tepat untuk mengakomodasi ekspansi. Secara umum, Anda akan memerlukan beberapa volume berlebih (biasanya 20 hingga 25 persen) untuk memperhitungkan kemungkinan kesalahan perhitungan (tidak mungkin!) Atau jika sistem memiliki kunjungan suhu di atas suhu pengoperasian yang diantisipasi. 

Perlu diingat bahwa memiliki volume ruang uap (area pelepasan uap) di bagian atas tangki sangat penting untuk deaerasi dan pembuangan uap selama startup atau ketika cairan baru ditambahkan. Selain itu, semua sistem harus menyertakan sakelar level untuk mempertahankan level cairan minimum di tangki ekspansi. Faktor-faktor tersebut akan mengurangi volume yang tersedia di tangki; oleh karena itu, mereka harus diperhitungkan dalam pemilihan ukuran tangki akhir.

Sebagai contoh, melanjutkan contoh sebelumnya (menghitung ekspansi fluida), kami akan menganggap bahwa ukuran tangki standar berikutnya dan terbesar adalah 400 gal. Juga asumsikan pengisian minimum dalam tangki (untuk memenuhi sakelar level) adalah 35 gal (biasanya ditentukan oleh pabrikan).

Sebagai persentase, ini membuat Anda memiliki sekitar 21 persen volume yang tersisa di tangki.

Memilih Lokasi Tank

Sekarang kita telah mengukur ukuran tangki, kita harus memikirkan di mana kita ingin meletakkannya. Beberapa faktor mengatur lokasi tangki ekspansi. Faktor-faktor ini penting dan harus dibahas secara menyeluruh ketika meletakkan sistem. Secara umum, banyak dari faktor-faktor ini bersifat spesifik instalasi (mis., Lokasi penyimpanan aman yang tersedia, akses pemeliharaan). Keselamatan operator dan personil instalasi juga harus dipikirkan dengan baik. Tangki ekspansi terkadang penuh dengan minyak panas – membuat keduanya terbakar dan berbahaya.

Ketinggian ideal untuk tangki ekspansi berada di atas level cairan tertinggi dalam sistem. Ini bisa berupa perpipaan sistem, pemanas atau terkadang ruang fluida termal di dalam pengguna (misalnya, penukar panas, gulungan kalender atau pelat tekan). Bagian bawah tangki harus beberapa kaki di atas titik tertinggi (5 ‘adalah aturan praktis yang baik). Ini memberikan beberapa manfaat, termasuk:

• Membuat kepala statis di atas inlet pompa untuk mencegah kavitasi pompa.
• Membantu degassing sistem.

Apa yang terjadi jika tangki tidak dapat ditempatkan pada titik tertinggi? Jangan tinggalkan semua harapan. Meskipun tidak ideal, ada beberapa cara untuk mengakomodasi ini, termasuk:

• Menggunakan sistem selimut inert-gas (biasanya nitrogen).
• Menggunakan tangki ekspansi bergaya kandung kemih (hanya mungkin pada sistem suhu yang lebih rendah).
• Menyegel tangki dengan nitrogen di ruang uap.

Kami akan mengeksplorasi setiap opsi.

Sistem Selimut Inert-Gas. Jika sistem selimut gas lembam digunakan, nitrogen tanaman (jika tersedia) atau nitrogen botol dapat digunakan untuk mengisi ruang uap di tangki ekspansi ke tekanan yang relatif rendah (khas 5 hingga 10 psig). Ini akan bervariasi tergantung pada persyaratan net positive suction head (NSPH) pompa dan tekanan uap fluida. Jumlah nitrogen yang digunakan akan tergantung pada seberapa sering suhu sistem bersepeda. Ingat, perubahan suhu akan mengubah volume sistem. Jika sistem didinginkan, fluida akan berkontraksi, dan level cairan dalam tangki ekspansi akan turun. Perubahan level ini (dan, karenanya, volume) harus dibuat dengan menambahkan lebih banyak nitrogen. Sebaliknya, jika sistem dipanaskan, tingkat cairan akan naik dan mendorong sebagian nitrogen keluar.

Tangki Ekspansi Gaya Kandung Kemih. Menggunakan tangki ekspansi gaya-kandung kemih memisahkan cairan di dalam tangki dari ruang uap. Ruang uap kemudian diisi dengan udara ke beberapa tekanan. Saat sistem mengembang, udara di ruang uap meningkat dalam tekanan. 

Saat sistem mendingin, tekanan dalam ruang uap akan turun (tetapi tidak pernah di bawah tekanan muatan semula). Juga, seperti yang disebutkan sebelumnya, tangki kandung kemih hanya dapat digunakan pada suhu yang lebih rendah karena mereka biasanya dibuat dari beberapa jenis senyawa karet. Umumnya, mereka ditemukan dalam sistem glikol air. Mereka juga dapat digunakan dalam sistem minyak termal jika bahan kandung kemih kompatibel dengan minyak dan suhu operasi.

Menyegel Tangki dengan Nitrogen di Ruang Uap. Menyegel tangki dengan nitrogen di ruang uap mirip dengan menggunakan tangki ekspansi gaya-kandung kemih, tetapi tidak ada penghalang antara ruang fluida dan uap. Untuk menjaga agar cairan tidak teroksidasi, gas inert harus digunakan.

Meskipun ketiga metode dapat digunakan, pertimbangan yang cermat harus digunakan jika salah satu dari dua opsi terakhir dipilih untuk memastikan kenaikan level cairan tidak meningkatkan tekanan di tangki di atas peringkat desainnya. Katup pengaman tekanan sangat penting untuk melindungi tangki jika tidak terbuka ke atmosfer.

Sistem Degassing

Setiap sistem fluida termal, ketika awalnya diisi, akan mengandung beberapa konstituen yang tidak diinginkan. Ketika sistem dioperasikan dari waktu ke waktu, atau ketika pemeliharaan dilakukan, cairan baru dapat ditambahkan yang dapat menciptakan kondisi yang mirip dengan pengisian awal. Jika tidak dihilangkan, gas-gas ini dapat menciptakan masalah stabilitas aliran dan kavitasi pompa yang akan mencegah sistem beroperasi dengan andal. Konstituen yang paling umum adalah:

• Udara.
• Air.
• Komponen berat molekul rendah dari fluida termal (juga dikenal sebagai boiler rendah).

Konstituen ini harus dihapus untuk operasi sistem bebas masalah. Kemudahan pembuangan gas-gas ini sangat tergantung pada desain sistem perpipaan dan ketinggian tangki ekspansi.

Secara umum, perpipaan harus dirancang untuk meminimalkan titik tinggi lokal, dan tangki ekspansi harus di atas titik tertinggi sistem. Perpipaan juga harus dirancang untuk memasukkan katup ventilasi titik tinggi. Jika tangki adalah titik tertinggi, maka menghilangkan elemen-elemen bermasalah dari sistem dapat dicapai dengan relatif mudah melalui ruang pelepasan dalam tangki ekspansi. Jika tidak, katup ventilasi titik tinggi harus digunakan, dan sistem harus dibuang (bersendawa) sebentar-sebentar sampai uap tidak ada lagi.

Tergantung pada desain perpipaan dan ketinggian tangki ekspansi, ada beberapa metodologi yang dapat digunakan untuk secara efektif mendapatkan uap ke titik tertinggi. Ini termasuk pengaturan jalur pipa drop-drop atau heatup yang menghubungkan ke tangki ekspansi atau deaerator

Pengaturan penurunan dua kaki memungkinkan semua atau sebagian fluida mengalir melalui tangki selama commissioning. Pengaturan perpipaan jalur heatup mencapai tujuan yang sama, tetapi ia melakukannya dengan perpipaan yang lebih kecil dan dengan menggunakan perbedaan tekanan di berbagai bagian sistem untuk mendorong aliran melalui tangki ekspansi. 

Dengan memaksa sirkulasi melalui tangki ekspansi saat fluida sedang diedarkan, uap dalam sistem dapat terlepas dari tingkat cairan dalam tangki. Sebagai hasilnya, itu dapat dikeluarkan dari atas tangki. Ini dapat dilakukan dengan sistem terbuka ke atmosfer atau menggunakan selimut gas inert dengan pengaturan yang memungkinkannya untuk menyapu uap dari tangki ekspansi melalui pembersihan kontinu.

Deaerator melakukan fungsi yang sama dengan pengaturan penurunan dua kaki, tetapi merupakan bagian dari perpipaan pengembalian sistem. Juga, deaerator digunakan secara terus menerus daripada secara eksklusif selama commissioning. Sementara deaerator efektif untuk deaeration berkelanjutan, perlu dicatat bahwa mereka tidak selalu seefektif memaksa volume besar aliran melalui tangki ekspansi yang ditinggikan. Juga, mereka tidak serta merta meniadakan kebutuhan untuk drop-leg drop atau struktur perpipaan jalur heatup.

Deaerator sentrifugal sederhana adalah umum, tetapi ada banyak jenis yang dapat digunakan secara efektif. Terlepas dari desain kapal, premis dasarnya adalah untuk memungkinkan uap dan cairan terlepas dan naik ke tangki ekspansi alih-alih lepas dalam tangki ekspansi. Uap harus mengalir ke atas dan keluar dari sistem, dan cairan mengalir ke bawah dan kembali ke sisi hisap pompa.

Mencegah Degradasi Cairan

Jika dirancang dan dipelihara dengan baik, sistem fluida termal mudah dioperasikan, dan masa pakai fluida dalam sistem dapat dipertahankan untuk waktu yang lama. Jika fluida akan menurun, itu akan mengurangi kinerja sistem Anda. Ada beberapa alasan mengapa degradasi cairan dapat terjadi: oksidasi dan kontaminasi.

• Oksidasi. Cairan termal, ketika terpapar oksigen, terutama pada suhu tinggi, akan teroksidasi dan terurai menjadi komponen dengan berat molekul lebih rendah. Mereka juga dapat membentuk produk sampingan asam yang dapat merusak komponen sistem.
• Kontaminasi. Kontaminan yang paling umum adalah air, tetapi kontaminasi juga dapat disebabkan oleh kebocoran pada sisi proses sistem (tabung penukar panas, jaket reaktor, dll.).

Mencegah oksidasi dalam konsep sederhana; lepaskan panas atau keluarkan oksigen pada titik antarmuka di tangki ekspansi. Melepaskan oksigen biasanya dilakukan dengan selimut gas inert seperti yang dijelaskan sebelumnya. Jika Anda tidak memiliki kemampuan untuk mematikan tangki ekspansi, dan langsung terbuka ke atmosfer, menghilangkan panas adalah satu-satunya solusi.

Sebagai aturan, tangki ekspansi dan pipa yang menuju tangki tidak boleh diisolasi. Ini memungkinkan cairan panas apa pun yang mengembang ke dalam tangki untuk mendingin sebelum menyentuh ruang pelepasan uap di bagian atas tangki. Paling sering, pipa ekspansi saja tidak memungkinkan area permukaan yang cukup untuk mendinginkan cairan yang mengembang sebelum sampai ke tangki. Dalam kasus tersebut, penggunaan penyangga termal memungkinkan fluida mendingin dengan menciptakan lebih banyak area permukaan dan waktu tinggal dibandingkan pipa ekspansi saja.

Mencegah kontaminasi bisa rumit. Ini tidak selalu merupakan peristiwa dramatis yang terlihat. Kotoran sering menyusup ke sistem dari waktu ke waktu, dan mereka tidak serta merta menciptakan peningkatan volume sistem atau perubahan kinerja yang nyata. Karena ada banyak sumber kontaminasi yang potensial, dan karena mungkin sulit untuk dideteksi dengan pengamatan saja, pertahanan terbaik adalah dengan menguji cairan setidaknya setahun sekali. Sebagian besar produsen cairan menawarkan layanan ini tanpa biaya. Berdasarkan hasil, produsen cairan biasanya dapat menentukan akar penyebab kontaminasi.

Tiriskan Ukuran Tangki

Tidak dapat dihindari, pada suatu saat dalam kehidupan sistem fluida termal, sistem harus dikeringkan untuk melakukan perawatan atau untuk melakukan perbaikan. Ada juga manfaat untuk merutekan hal-hal seperti pelepasan katup pengaman tekanan (PSV) dan saluran pembuangan darurat ke lokasi di mana oli termal terkandung dengan aman. Merutekan perangkat ini ke drum kecil atau wadah penahanan yang tidak memadai mungkin tidak cukup. Banyak sistem yang lebih kecil tidak memiliki tangki pembuangan khusus, dan ini bisa menjadi masalah jika perbaikan darurat diperlukan atau peristiwa bantuan keselamatan dipicu. 

Sangat disarankan untuk memiliki ukuran tangki drainase untuk seluruh volume sistem (misalnya, sistem yang lebih kecil hingga 10.000 galon) atau mengadopsi desain yang membagi sistem sedemikian rupa sehingga bagian-bagian dapat diisolasi dan dikeringkan secara independen. Ini biasa terjadi pada sistem yang lebih besar. Biasanya Anda menginginkan penyangga 20 hingga 25 persen dengan ukuran tangki pembuangan. Tergantung pada operator asuransi Anda, tangki pembuangan biasanya akan ditempatkan jauh dari gedung atau area proses utama.

Juga patut dicatat bahwa pompa pengisian dan drainase berbiaya relatif rendah tersedia. Mereka akan membuat pengisian dan pengeringan sistem menjadi lebih mudah. Saat merancang perpipaan sistem, pastikan untuk memberikan perhatian khusus untuk membuat saluran pembuangan rendah dan menghubungkan pipa kembali ke tangki saluran pusat. Sejumlah kecil investasi dalam tangki kuras, pompa isi-dan-tiriskan dan perpipaan drainase yang terencana dengan baik dapat menghemat berjam-jam atau bahkan berhari-hari selama kegiatan commissioning dan pemeliharaan.