Standardy pro návrh procesních pecí: Analýza dvou dominantních faktorů proměnlivosti tepelného toku

Standards for fired heater design: Analysis of two dominant heat flux variation factors

journal article in Web of Science

en

Many fired heaters in all parts of the globe are designed according to long-standing standards of the American Petroleum Institute. The relevant API standard 560 is to a large degree based on heat flux non-uniformity factors that have been first graphed early in the 20th century using idealised 2D calculations of radiative heat transfer. The basic set of assumptions and values for these factors has recently been challenged, as they neglect or underestimate several significant aspects of nonuniformity including longitudinal heat flux variation due to up-to-date low-NOx burners, interaction of flames from multiple burners, Coandă effect and non-ideal geometry. This paper brings new data and quantified corrections of two dominant heat flux variation factors (tube circumferential factor and longitudinal factor) that are based on numerical modelling, large-scale laboratory measurements and real-life data from operating fired heater. The new information provides evidence that standardised design calculations of fired heaters for refinery service need urgent update and revision, mainly concerning the longitudinal factor. The results show that real-life heat flux distribution can be significantly less uniform than estimated by traditional design techniques (such as API Design Standards).

Mnoho ohřevných pecí ve všech částech světa je navrženo podle dlouholetých standardů API. Relevantní standard API 560 je do značné míry založen na nerovnoměrných faktorech tepelného toku, které byly poprvé zachyceny počátkem 20. století pomocí idealizovaných 2D výpočtů radiačního přenosu tepla. Základní soubor předpokladů a hodnot těchto faktorů byl nedávno napaden, protože zanedbávaly nebo podceňovaly několik významných aspektů nerovnoměrnosti, včetně změny podélného toku tepla v důsledku současných hořáků s nízkými emisemi NOx, interakcí plamenů z více hořáků, Coandă efektu a ne-ideální geometrie. Tento dokument přináší nová data a kvantifikované korekce dvou dominantních faktorů proměnlivosti tepelného toku (obvodový faktor trubice a podélný faktor), které jsou založeny na numerickém modelování, rozsáhlých laboratorních měřeních a skutečných datech z provozu. Nové informace poskytují důkaz, že standardizované návrhové výpočty spalovacích topných těles pro rafinérské služby vyžadují naléhavou aktualizaci a revizi, zejména pokud jde o podélný faktor. Výsledky ukazují, že distribuce toku tepla v reálném zařízení může být podstatně méně stejnoměrná než odhadovaná tradičními technikami návrhu (jako jsou API standardy).

Many fired heaters in all parts of the globe are designed according to long-standing standards of the American Petroleum Institute. The relevant API standard 560 is to a large degree based on heat flux non-uniformity factors that have been first graphed early in the 20th century using idealised 2D calculations of radiative heat transfer. The basic set of assumptions and values for these factors has recently been challenged, as they neglect or underestimate several significant aspects of nonuniformity including longitudinal heat flux variation due to up-to-date low-NOx burners, interaction of flames from multiple burners, Coandă effect and non-ideal geometry. This paper brings new data and quantified corrections of two dominant heat flux variation factors (tube circumferential factor and longitudinal factor) that are based on numerical modelling, large-scale laboratory measurements and real-life data from operating fired heater. The new information provides evidence that standardised design calculations of fired heaters for refinery service need urgent update and revision, mainly concerning the longitudinal factor. The results show that real-life heat flux distribution can be significantly less uniform than estimated by traditional design techniques (such as API Design Standards).

procesní pece; CFD modelování; radiační komora; přenos tepla

fired heaters; CFD modelling; radiant chamber; heat transfer

01.10.2017

Elsevier

Amsterdam, Netherlands

1359-4311

125

1

702–713

12