Pro měděnou huť v Polsku jsme navrhli a vyrobili speciální plášťotrubkový výměník tepla určený pro provoz v zařízení na výrobu síranu nikelnatého. Zařízení ohřívá procesní médium obsahující kyselinu sírovou a sloučeniny kovů, přičemž jako topné médium využívá vodní páru. Výměník byl vyvinut jako náhrada za dříve používané grafitové zařízení.
Nové řešení pro náročný chemický proces
Zařízení používaná v hutním a chemickém průmyslu často pracují s chemicky agresivními médii, při zvýšených teplotách a proměnlivých procesních podmínkách. V takových aplikacích musí výměník tepla zajišťovat nejen požadovaný tepelný výkon, ale také stabilitu procesu, těsnost konstrukce a bezpečný provoz.
V popisovaném zařízení se výměník používá k ohřevu procesního média obsahujícího kyselinu sírovou a sloučeniny kovů. Tepelná energie je dodávána prostřednictvím vodní páry.
Projekt zahrnoval celý proces realizace: od vypracování technické koncepce a výběru materiálů přes výpočty a výrobu až po zkoušky, dodávku a potvrzení výkonu zařízení ve skutečných provozních podmínkách.
Technologická výzva
Výměník tepla měl být instalován do stávajícího provozu určeného k výrobě síranu nikelnatého. Zařízení muselo být přizpůsobeno jak požadovaným tepelným parametrům, tak dostupnému instalačnímu prostoru a stávajícímu uspořádání přípojek.
Mezi hlavní požadavky projektu patřily:
- provoz s kyselým procesním médiem obsahujícím sloučeniny kovů,
- stabilní ohřev procesního média pomocí vodní páry,
- udržování požadované procesní teploty,
- možnost provozu na straně pláště za podmínek plného vakua,
- přizpůsobení výměníku tepla stávající infrastruktuře,
- zajištění těsnosti a bezpečnosti provozu,
- dodání zařízení v termínu umožňujícím jeho instalaci během plánované odstávky závodu.
Důležitou součástí projektu bylo také potvrzení skutečného tepelného výkonu výměníku po jeho uvedení do provozu.
Individuálně navržený plášťotrubkový výměník tepla
Společnost Hexonic navrhla vertikální plášťotrubkový výměník tepla vyrobený z korozivzdorné oceli jakosti 1.4571 na straně trubek i pláště. Materiál byl zvolen s ohledem na parametry a provozní podmínky této konkrétní technologické instalace.
Konstrukce zařízení byla přizpůsobena:
- vlastnostem procesního média,
- požadovanému tepelnému výkonu,
- dostupnému instalačnímu prostoru,
- stávajícím procesním přípojkám,
- vakuovému provozu na straně pláště,
- požadavkům na přepravu a montáž.
Rozsah dodávky společnosti Hexonic zahrnoval technický návrh, tepelné a hydraulické výpočty, pevnostní výpočty, výběr materiálů, zpracování výrobní dokumentace, výrobu, kontrolu kvality, požadované zkoušky a dodávku kompletního zařízení.
Technické parametry výměníku tepla
Typ zařízení: Vertikální plášťotrubkový výměník tepla
Teplosměnná plocha: 76,5 m²
Materiál trubek: 1.4571
Materiál pláště: 1.4571
Maximální přípustná teplota: 180 °C
Maximální přípustný tlak: 10 bar
Podmínky vakua na straně pláště: Plné vakuum až do –1 bar(g)
Procesní médium: Médium obsahující kyselinu sírovou a sloučeniny kovů
Topné médium: Vodní pára
Hmotnost prázdného zařízení: 5 360 kg
Provozní hmotnost naplněného zařízení: 9 078 kg
Rok realizace: 2026
Řízené uvedení zařízení do provozu
Uvedení do provozu začalo naplněním systému procesním médiem a postupným ohřevem zařízení. Následně byla do výměníku tepla přivedena vodní pára.
V první fázi byl hmotnostní průtok páry zvýšen přibližně na 3 Mg/h. Po dosažení stabilních provozních podmínek byl průtok postupně zvýšen přibližně na 6 Mg/h. Během této doby vzrostla teplota procesního média přibližně z 90 °C na 120 °C.
Výsledky potvrdily, že výměník tepla správně reagoval na zvyšující se tepelné zatížení a byl schopen dosáhnout požadované procesní teploty.
Zkouška garantovaných výkonových parametrů
Vlastní zkouška garantovaných výkonových parametrů probíhala nepřetržitě po dobu 24 hodin. Během zkoušky byl hmotnostní průtok páry udržován na úrovni přibližně 6 Mg/h.
Teplota procesního média na výstupu z výměníku zůstávala stabilní a pohybovala se v rozmezí 118 až 119,8 °C. Požadovaný rozsah procesní teploty činil 116 až 124 °C.
Výsledky zkoušky
Doba nepřetržitého provozu: 24 hodin
Hmotnostní průtok páry: přibližně 6 Mg/h
Výstupní teplota procesního média: 118–119,8 °C
Požadovaný rozsah teploty: 116–124 °C
Výsledek zkoušky: kladný
Výsledek projektu
Zkouška potvrdila, že výměník tepla:
- splňuje požadavky na tepelný výkon,
- zajišťuje stabilní procesní teplotu,
- může pracovat nepřetržitě při požadovaném průtoku páry,
- disponuje dostatečnou rezervou tepelného výkonu,
- správně spolupracuje se stávající technologickou instalací,
- splňuje procesní parametry stanovené zákazníkem.
Kladný výsledek zkoušky potvrdil, že individuálně navržený plášťotrubkový výměník tepla může účinně nahradit řešení, které bylo v této instalaci používáno dříve.
Výměníky tepla pro agresivní procesní média
Výběr výměníku tepla pro médium obsahující kyselinu sírovou vždy vyžaduje individuální analýzu chemického složení, koncentrace, teploty, tlaku, průtoku a přítomnosti dalších sloučenin nebo nerozpuštěných pevných částic.
Společnost Hexonic navrhuje průmyslové výměníky tepla přizpůsobené konkrétním provozním podmínkám každé instalace. Proces realizace může zahrnovat analýzu aplikace, tepelné a pevnostní výpočty, výběr materiálů, zpracování technické dokumentace, výrobu, zkoušky a potvrzení výkonových parametrů během uvádění do provozu.
Jaký typ výměníku tepla lze použít pro médium obsahující kyselinu sírovou?
Typ výměníku tepla a konstrukční materiál je nutné zvolit s ohledem na koncentraci kyseliny, teplotu, tlak, průtok a přítomnost dalších chemických sloučenin. V popisované instalaci byl použit individuálně navržený plášťotrubkový výměník tepla vyrobený z korozivzdorné oceli jakosti 1.4571.
Jaké topné médium bylo ve výměníku tepla použito?
Jako topné médium byla použita vodní pára. Během zkoušky garantovaných výkonových parametrů činil hmotnostní průtok páry přibližně 6 Mg/h
Může výměník tepla pracovat ve vakuu?
Ano. Plášťová strana výměníku tepla byla navržena pro provoz za podmínek plného vakua až do −1 bar(g).
Jak byl potvrzen tepelný výkon zařízení?
Tepelný výkon byl potvrzen během nepřetržité 24hodinové zkoušky provedené ve skutečných výrobních podmínkách. Po celou dobu zkoušky zůstávala teplota procesního média na výstupu z výměníku v požadovaném provozním rozsahu.
Lze grafitový výměník tepla nahradit plášťotrubkovým výměníkem?
V popisovaném případě byl plášťotrubkový výměník tepla navržen jako náhrada za dříve používaný grafitový výměník. Každá taková modernizace však vyžaduje individuální posouzení procesních podmínek a kompatibility materiálů.
Potřebujete výměník tepla pro náročný technologický proces?
Zašlete nám informace o médiu, teplotách, průtocích, tlaku a podmínkách instalace. Na základě těchto údajů vypracujeme řešení přizpůsobené technologickým požadavkům a stávající instalaci.
