Dla huty miedzi w Polsce zaprojektowaliśmy i wykonaliśmy specjalistyczny, płaszczowo-rurowy wymiennik ciepła przeznaczony do pracy w instalacji produkcji siarczanu niklawego. Urządzenie podgrzewa medium procesowe zawierające kwas siarkowy oraz związki metali, wykorzystując parę wodną jako medium grzewcze. Wymiennik powstał jako zamiennik dotychczas eksploatowanego urządzenia grafitowego.
Nowe rozwiązanie dla wymagającego procesu chemicznego
Pobierz plik
Instalacje wykorzystywane w przemyśle hutniczym i chemicznym często pracują z mediami agresywnymi chemicznie, podwyższoną temperaturą oraz zmiennymi warunkami procesowymi. W takich aplikacjach wymiennik ciepła musi zapewniać nie tylko odpowiednią wydajność, ale również stabilność procesu, szczelność konstrukcji i bezpieczeństwo eksploatacji.
W opisywanej instalacji zadaniem urządzenia jest podgrzewanie medium procesowego zawierającego kwas siarkowy oraz związki metali. Energia cieplna dostarczana jest za pomocą pary wodnej.
Projekt obejmował kompletny proces realizacji: od opracowania koncepcji technicznej i doboru materiałów, przez obliczenia oraz produkcję, aż po badania, dostawę urządzenia i potwierdzenie parametrów w rzeczywistych warunkach pracy.
Wyzwanie technologiczne
Wymiennik miał zostać zabudowany w istniejącej instalacji wykorzystywanej w procesie produkcji siarczanu niklawego. Urządzenie musiało zostać dostosowane zarówno do wymaganych parametrów cieplnych, jak i do dostępnej przestrzeni oraz istniejącego układu przyłączy.
Najważniejsze wymagania projektu obejmowały:
- pracę z kwaśnym medium procesowym zawierającym związki metali,
- stabilne podgrzewanie medium za pomocą pary wodnej,
- zachowanie wymaganej temperatury procesu,
- możliwość pracy strony płaszczowej w warunkach pełnej próżni,
- dopasowanie wymiennika do istniejącej infrastruktury,
- zapewnienie szczelności i bezpieczeństwa eksploatacji,
- dostarczenie urządzenia w terminie umożliwiającym montaż podczas postoju remontowego zakładu.
Istotnym elementem projektu było również potwierdzenie rzeczywistej wydajności cieplnej wymiennika po jego uruchomieniu.
Indywidualnie zaprojektowany wymiennik płaszczowo-rurowy
Hexonic zaprojektował pionowy, płaszczowo-rurowy wymiennik ciepła wykonany z materiału 1.4571 po stronie rur i płaszcza. Materiał został dobrany do parametrów oraz warunków pracy tej konkretnej instalacji technologicznej.
Konstrukcję urządzenia dostosowano do:
- parametrów medium procesowego,
- wymaganego obciążenia cieplnego,
- dostępnej przestrzeni montażowej,
- istniejących przyłączy instalacyjnych,
- pracy przy podciśnieniu po stronie płaszczowej,
- wymagań dotyczących transportu i montażu.
Zakres realizacji Hexonic obejmował projektowanie, obliczenia cieplno-przepływowe, obliczenia wytrzymałościowe, dobór materiałów, przygotowanie dokumentacji wykonawczej, produkcję, kontrolę jakości, wymagane badania oraz dostawę kompletnego urządzenia.
Parametry techniczne wymiennika
- Typ urządzenia: pionowy wymiennik płaszczowo-rurowy
- Powierzchnia wymiany ciepła: 76,5 m²
- Materiał rur: 1.4571
- Materiał płaszcza: 1.4571
- Dopuszczalna temperatura: 180°C
- Dopuszczalne ciśnienie: 10 bar
- Warunki podciśnienia po stronie płaszczowej: pełna próżnia do –1 bar(g)
- Medium procesowe: medium zawierające kwas siarkowy i związki metali
- Medium grzewcze: para wodna
- Masa urządzenia pustego: 5 360 kg
- Masa urządzenia wypełnionego: 9 078 kg
- Rok realizacji: 2026
Kontrolowany rozruch instalacji
Rozruch rozpoczęto od napełnienia układu medium procesowym oraz stopniowego wygrzewania aparatury. Następnie rozpoczęto podawanie pary wodnej do wymiennika.
W pierwszym etapie przepływ pary zwiększono do około 3 Mg/h. Po ustabilizowaniu pracy instalacji przepływ został stopniowo podniesiony do około 6 Mg/h. Temperatura medium procesowego wzrosła w tym czasie z około 90°C do 120°C.
Uzyskane wyniki potwierdziły prawidłową reakcję wymiennika na zwiększające się obciążenie cieplne oraz możliwość osiągnięcia wymaganej temperatury procesu.
Test parametrów gwarantowanych
Właściwy test parametrów gwarantowanych trwał nieprzerwanie przez 24 godziny. W czasie próby przepływ pary utrzymywano na poziomie około 6 Mg/h.
Temperatura medium procesowego za wymiennikiem pozostawała stabilna i wynosiła od 118 do 119,8°C. Wymagany zakres temperatury procesu wynosił od 116 do 124°C.
Wyniki testu
- Czas pracy ciągłej: 24 godziny
- Przepływ pary: około 6 Mg/h
- Temperatura medium za wymiennikiem: 118–119,8°C
- Wymagany zakres temperatury: 116–124°C
- Wynik testu: pozytywny
Rezultat realizacji
Przeprowadzony test potwierdził, że wymiennik:
- spełnia wymagania dotyczące wydajności cieplnej,
- zapewnia stabilną temperaturę procesu,
- może pracować w sposób ciągły przy wymaganym przepływie pary,
- posiada odpowiednią rezerwę mocy cieplnej,
- prawidłowo współpracuje z istniejącą instalacją technologiczną,
- spełnia parametry procesowe określone przez inwestora.
Pozytywny wynik testu potwierdził, że indywidualnie zaprojektowany wymiennik płaszczowo-rurowy może skutecznie zastąpić wcześniejsze rozwiązanie stosowane w tej instalacji.
Wymienniki ciepła do agresywnych mediów procesowych
Dobór wymiennika do medium zawierającego kwas siarkowy wymaga każdorazowej analizy składu chemicznego, stężenia, temperatury, ciśnienia, przepływu oraz obecności dodatkowych związków i zawiesin.
Hexonic projektuje przemysłowe wymienniki ciepła dostosowane do konkretnych warunków instalacji. Proces realizacji może obejmować analizę aplikacji, obliczenia cieplne i wytrzymałościowe, dobór materiałów, przygotowanie dokumentacji, produkcję, badania oraz potwierdzenie parametrów podczas rozruchu.
Jaki wymiennik ciepła można zastosować do medium zawierającego kwas siarkowy?
Rodzaj wymiennika i materiał wykonania należy dobrać na podstawie stężenia kwasu, temperatury, ciśnienia, przepływu oraz obecności innych związków chemicznych. W opisywanej instalacji zastosowano indywidualnie zaprojektowany wymiennik płaszczowo-rurowy wykonany z materiału 1.4571.
Jakie medium grzewcze zastosowano w wymienniku?
Medium grzewczym jest para wodna. Podczas testu parametrów gwarantowanych przepływ pary wynosił 6 Mg/h.
Czy wymiennik może pracować w warunkach próżni?
Tak. Strona płaszczowa wymiennika została zaprojektowana do pracy w warunkach pełnej próżni, do –1 bar(g).
Jak potwierdzono wydajność cieplną urządzenia?
Wydajność została potwierdzona podczas 24-godzinnego testu przeprowadzonego w rzeczywistych warunkach produkcyjnych. Temperatura medium za wymiennikiem utrzymywała się w wymaganym zakresie procesowym.
Czy wymiennik płaszczowo-rurowy może zastąpić wymiennik grafitowy?
W opisywanej aplikacji wymiennik płaszczowo-rurowy został zaprojektowany jako zamiennik wcześniej eksploatowanego wymiennika grafitowego. Każda taka modernizacja wymaga jednak indywidualnej analizy warunków procesu i odporności materiałowej.
Potrzebujesz wymiennika do wymagającego procesu?
Prześlij nam informacje dotyczące medium, temperatury, przepływów, ciśnienia oraz warunków zabudowy. Na ich podstawie przygotujemy rozwiązanie dopasowane do wymagań technologicznych i istniejącej instalacji.
