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Ofensimulation | weyer spezial

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In Verfahren, bei denen die Prozessführung hohe Temperaturen (> 300 °C) vorschreibt, werden in der Regel direkt befeuerte Öfen eingesetzt. Man unterscheidet hierbei zwischen Prozessöfen und Raffinerieöfen. Am weitesten verbreitet sind die Raffinerieöfen, die zum Aufheizen oder Verdampfen von Kohlenwasserstoffen eingesetzt werden. In einer typischen Raffinerie findet man ca. 20 verschiedene Öfen. Dementsprechend groß ist die Verbreitung dieses Ofentyps, für den verschiedene validierte Simulationswerkzeuge auf dem Markt verfügbar sind. Die weyer gruppe verwendet Xfh von HTRI, das weit verbreitete Werkzeug der Raffinerieindustrie zur Modellierung von Prozessöfen. Im Folgenden soll der Umfang einer derartigen Simulation sowie die Verwendung der Simulationsergebnisse dargestellt werden.

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Ofensimulation | weyer spezial

  1. 1. weyer gruppeweyer spezial | thema ofensimulationkomplett. durchdacht.www.weyer-gruppe.com
  2. 2. In Verfahren, bei denen die Prozessführung hohe Temperaturen (> 300 °C) vorschreibt, werden in der Regel direkt befeu-erte Öfen eingesetzt. Man unterscheidet hierbei zwischen Prozessöfen und Raffinerieöfen. Am weitesten verbreitet sinddie Raffinerieöfen, die zum Aufheizen oder Verdampfen von Kohlenwasserstoffen eingesetzt werden. In einer typischenRaffinerie findet man ca. 20 verschiedene Öfen. Dementsprechend groß ist die Verbreitung dieses Ofentyps, für den ver-schiedene validierte Simulationswerkzeuge auf dem Markt verfügbar sind. Die weyer gruppe verwendet Xfh von HTRI,das weit verbreitete Werkzeug der Raffinerieindustrie zur Modellierung von Prozessöfen. Im Folgenden soll der Umfangeiner derartigen Simulation sowie die Verwendung der Simulationsergebnisse dargestellt werden.Unser Angebot:À OfennachrechnungÀ Neu-Berechnung beiProduktwechselÀ BrenneroptimierungÀ Planung vonNeuverrohrungenÀ Erstellung einerOfendokumentation1 Was wird simuliert?Die weyer gruppe verfügt über umfang-reiche Erfahrungen bzgl. der rigorosenthermodynamischen Simulation von der-artigen Prozessöfen.Mit speziellen Programmen wird hierbeizunächst die komplette Geometrie einesOfens abgebildet. Rohranordnung undHeader, sowohl der Konvektionszone alsauch in der Strahlungszone, werdennach Auswertung von Dokumentations-unterlagen nachgebildet. Die Geometrieder Fire-Box sowie die Anordnung derBrenner, inkl. Brennertyp, können durchentsprechende Modelle detailgetreu si-muliert werden. Natürlich ist auch dieDarstellung von LuVo´s oder Naturzug-öfen möglich.Entscheidend für ein verwertbares Er-gebnis ist insbesondere die Charakteri-sierung des Ofeneinsatzes. Die Mitarbei-ter der weyer gruppe verfügen überfundierte Kenntnisse aus dem Raffinerie-und Petrochemie-Bereich, um hier sinn-volle Eingabeparameter zu erzeugen. Eskönnen Stoffdaten direkt aus den bei derweyer gruppe verwendeten Prozesssi-mulationswerkzeugen (Pro/II und AspenHysis) verwendet werden. Zusätzlich istjedoch auch die Verwendung von Siede-analysen entsprechend ASTM D86 oderCrude Boiling Point möglich.2 Wie wird das Ergebnisverwendet?Die Einsatzmöglichkeiten derartiger Ofen-simulationen sind vielfältig:Ofensimulationweyer spezial | thema ofensimulation | seite 2weyer spezial | thema ofensimulation
  3. 3. À Life Cycle AnalysisEntsprechend der API 530 können aus denSimulationsergebnissen Angaben zur Le-bensdauer der Rohrschlangen gemachtwerden. Abhängig vom Betriebspunkt desOfens erhält man eine sogenannte Max.-Tube-Metal-Temperature (MTMT), die dieGrundlage einer Festigkeitsberechnungbildet. Auf Basis der TRD 508 kann auchretrospektiv der Ofenbetrieb ausgewertetund eine Aussage über den aktuellenOfenzustand gemacht werden.Durch Ofensimulationen wird der Betriebeines Ofens sicherer. Ein mögliches Versa-gen von Rohren, das zur Freisetzung vonKohlenwasserstoffen in den Feuerraumführen kann, kann schon frühzeitigerkannt werden. In den Turnaroundskönnen notwendige Instandhaltungsmaß-nahmen eingeplant werden.À Festlegung des „Operating Window“Selten wird in Prozessöfen nur ein spezifi-scher Einsatz verarbeitet. Es ist vielmehrPraxis, dass Einsätze, Durchsätze und auchdie zu erzielenden Produkttemperaturenhäufig wechseln. Durch eine rigoroseOfensimulation kann ein Betriebsfensterfür einen Prozessofen festgelegt werden.Folgende Ergebnisse aus der Simulationfließen in die Festlegung eines solchen„Betriebsfensters“ ein:• Rohrwandtemperaturen• Brenner-Flammenlängen• Filmtemperaturen• Druckverläufe im Rohr• Ofeninnendruckverläufe• Strömungsregime in den Rohren(Ein- / Zweiphasenströmung)Das Operating-Window bildet die Basis füreine Ofenautomatisierung, das Sicher-heitskonzept und eine entsprechende Be-triebsanweisung. Fahrweisen, die zurSchädigung des Ofens führen, könnendadurch ausgeschlossen werden.À OfenoptimierungBei Neuverrohrungen von Prozessöfenbzw. der Umwidmung bestehender Öfenfür bislang nicht verwendete Einsätze,liefert eine rigorose Simulation wertvolleHinweise in Bezug auf zu erwartendeDurchsätze, Energieverbräuche und Wir-kungsgrade.Es ist zum Beispiel möglich, den Einflussvon• neuen Rohrgeometrien,• Fin-Tubes vs. Glattrohren,• alternativen Brenneranordnungenoder den• Umbau von Gebläsenschon im Model zu untersuchen und sofrühzeitig Hinweise auf den späterenOfenbetrieb zu erzielen. Wiederinbetrieb-nahmezeiten können dadurch signifikantreduziert werden.Wie zu Beginn erwähnt, werden nebenden Raffinerieöfen in der Verfahrenstech-weyer spezial | thema ofensimulation | seite 3weyer gruppekomplett. durchdacht.Ihr Nutzen:À Erhöhte Prozesssicherheit durch"Life Cycle Analysis"À Optimierter Betriebspunkt des OfensÀ Vorplanung von• Revamps• Recoiling• ProduktwechselnÀ Einheitliche Dokumentationunabhängig vom Ofenherstellernik auch die sogenannten Prozessöfen ein-gesetzt. In diesen Öfen laufen währenddes Durchströmens der beheizten Zonenchemische Reaktionen ab. Man verwen-det diese Öfen beispielsweise zur Produktionvon Ethylen oder Synthesegas. Es handeltsich bei diesen Öfen um spezielle Designs,die auf den jeweiligen Einsatz ausgelegtwerden. So besteht ein signifikanter Unter-schied zwischen Spaltöfen zur Ethylener-zeugung, die als Einsatz Naphtha oderaber LPG verwenden. Für derartige Öfenwerden spezielle, auf den Einsatz ausge-legte, semi-empirische Simulationswerk-zeuge eingesetzt. Die in der Prozesssimula-tion erfahrenen Mitarbeiter der weyergruppe sind mit einigen dieser Werkzeuge(z. B. Spyro von KTI für Ethylenanlagen)vertraut.
  4. 4. weyer gruppekomplett. durchdacht.www.weyer-gruppe.comDie weyer gruppe ist ein konzernunabhängiger Unternehmensverbund von Ingenieur-und Consulting-Unternehmen in Deutschland, Österreich, der Schweiz, Polen und denNiederlanden.Immer ausgehend von den Erwartungen und Wünschen unserer Kunden hat dieweyer gruppe seit den Anfängen vor über 30 Jahren ein breites Spektrum an Kompetenzenentwickelt.Ihr Ansprechpartnerwww.weyer-gruppe.comBildquellen: Fotosearch |© Shariff CheLah - Fotolia.comReferenzen:À Arsol Aromatics GmbH & Co. KG, GelsenkirchenÀ Mineraloelraffinerie Oberrhein GmbH & Co. KG, Karlsruhe12/2011

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