Sự khác biệt giữa ống bức xạ và ống đối lưu là gì?

Sự khác biệt cơ bản giữa một ống rạng rỡ và một ống đối lưu nằm trong nhiệt được truyền từ ống đến quá trình hoặc tải xung quanh như thế nào . Ống bức xạ truyền nhiệt chủ yếu thông qua bức xạ nhiệt - năng lượng điện từ phát ra từ bề mặt nóng bên ngoài của ống trực tiếp đến phôi hoặc không khí lò mà không cần tiếp xúc hoặc chuyển động của chất lỏng. Ngược lại, ống đối lưu truyền nhiệt chủ yếu thông qua đối lưu cưỡng bức hoặc tự nhiên - chất lỏng (khí hoặc chất lỏng) chảy qua hoặc qua ống lấy năng lượng nhiệt và mang nó đến khu vực mục tiêu.

Trong các ứng dụng xử lý nhiệt và lò công nghiệp, sự khác biệt này có những hậu quả thực tế lớn: ống bức xạ được sử dụng khi phôi phải được gia nhiệt trong môi trường được kiểm soát hoặc bảo vệ, nơi nguồn nhiệt phải được cách ly khỏi không gian lò hoặc nơi cần có nhiệt độ rất cao. Ống đối lưu được sử dụng trong trường hợp mục tiêu chính là làm nóng đồng đều khối lượng lớn dòng khí hoặc chất lỏng và khi không yêu cầu hoặc không mong muốn tiếp xúc trực tiếp với ngọn lửa hoặc bức xạ với chất lỏng xử lý. Cả hai loại ống đều đóng vai trò thiết yếu trong xử lý nhiệt công nghiệp, nhưng chúng hoạt động trên các nguyên lý vật lý khác nhau và được thiết kế cho các ứng dụng khác nhau.

Ống bức xạ là gì và nó hoạt động như thế nào?

Ống bức xạ là một bộ phận làm nóng khép kín, khép kín, trong đó nguồn nhiệt - bộ phận điện trở hoặc ngọn lửa đốt - được đặt bên trong ống bảo vệ bên ngoài. Bề mặt ống bên ngoài nóng lên và phát ra bức xạ nhiệt vào buồng lò xung quanh, làm nóng phôi hoặc tải lò mà không có bất kỳ tiếp xúc trực tiếp nào giữa các sản phẩm đốt (hoặc các bộ phận điện) và không khí lò.

Ống bức xạ điện

Các ống bức xạ điện bao gồm một bộ phận làm nóng bên trong (lõi ống) được đặt trong một ống bảo vệ bên ngoài kín. Bộ phận làm nóng có sẵn trong một số cấu hình để phù hợp với mật độ năng lượng và yêu cầu lắp đặt khác nhau:

• Bộ phận làm nóng kiểu lồng: Dây điện trở tạo thành cấu trúc lồng hình trụ; cung cấp sự phân phối nhiệt tốt quanh trục trung tâm và cho phép giãn nở nhiệt
• Loại vết thương dải dọc: Dải kháng phẳng được quấn theo chiều dọc; mang lại diện tích bề mặt tiếp xúc cao với thành ống bên trong và hiệu suất truyền nhiệt tốt
• Loại dây điện trở xoắn ốc: Phần tử dây cuộn chạy hết chiều dài ống; được sử dụng rộng rãi do tính đơn giản trong sản xuất và đặc tính điện có thể dự đoán được

Các vật liệu làm dây điện trở được lựa chọn có khả năng chống oxy hóa ở nhiệt độ cao và tính chất điện ổn định: hợp kim niken-crom (Ni-Cr) cho các ứng dụng lên đến khoảng 1100°C, và hợp kim sắt-crom (Fe-Cr) cho các ứng dụng nhiệt độ cao kéo dài đến 1300°C hoặc cao hơn. Tải trọng bề mặt của bộ phận làm nóng được thiết kế ở mức bảo toàn 1 W/cm2 để đảm bảo tuổi thọ của phần tử lâu dài mà không có điểm nóng hoặc hư hỏng sớm. Xếp hạng công suất ống đơn dao động từ 3 kW đến 60 kW và nhiệt độ hoạt động của bộ phận làm nóng dao động từ 500°C đến 1300°C tùy thuộc vào ứng dụng.

Ống bức xạ đốt bằng khí đốt

Các ống bức xạ đốt bằng khí sử dụng đầu đốt ở một đầu của ống ngoài để đốt nhiên liệu (khí tự nhiên, LPG hoặc hydro) bên trong ống. Khí đốt chảy qua bên trong ống và thoát ra ở đầu kia (hoặc được tuần hoàn), làm nóng thành ống bên ngoài đến nhiệt độ thường nằm trong khoảng từ 900°C đến 1050°C. Ống bên ngoài sau đó tỏa nhiệt vào buồng lò. Các ống bức xạ đốt bằng khí được ưa chuộng khi cần công suất sưởi lớn và khi tính kinh tế của việc đốt khí so với điện có lợi cho việc sưởi ấm khí.

Cấu trúc ống bảo vệ bên ngoài

Ống bảo vệ bên ngoài của ống bức xạ là bộ phận tiếp xúc trực tiếp với môi trường lò và phải chịu được nhiệt độ cao, chu trình nhiệt và hóa học của khí quyển lò. Ba phương pháp sản xuất sản xuất ống bảo vệ bên ngoài:

• Ống đúc ly tâm: Hợp kim nóng chảy được đổ vào khuôn quay nhanh; lực ly tâm phân phối kim loại đồng đều vào thành khuôn, tạo ra ống có cấu trúc hạt tuyệt vời, mật độ cao và khả năng chống rão ở nhiệt độ cao vượt trội - lựa chọn ưu tiên cho các ứng dụng đòi hỏi khắt khe nhất
• Ống cán và hàn: Tấm hợp kim phẳng được cán đến đường kính yêu cầu và hàn đường nối; tiết kiệm chi phí cho đường kính lớn hơn và yêu cầu nhiệt độ vừa phải trong đó đường hàn có thể được xử lý nhiệt đầy đủ
• Ống liền mạch: Được sản xuất bằng cách ép đùn nóng hoặc xỏ lỗ quay không có đường hàn; cung cấp các đặc tính đồng nhất xuyên suốt và loại bỏ các điểm hỏng mối hàn tiềm ẩn - thích hợp cho các ứng dụng đạp xe áp suất cao hoặc nhiệt độ cao

Các vật liệu ống bên ngoài phổ biến bao gồm thép không gỉ chịu nhiệt (310S, 314, 330), hợp kim niken-crom-sắt (hợp kim 600, 601, 625) và đối với các ứng dụng nhiệt độ cao nhất, hợp kim đúc dựa trên hệ thống niken-crom-niobium duy trì đủ độ bền trên 1000°C.

Ống đối lưu là gì và nó hoạt động như thế nào?

Ống đối lưu là một ống trong đó chất lỏng xử lý (khí, chất lỏng hoặc hơi nước) chảy qua trong khi được làm nóng (hoặc làm mát) bởi môi trường xung quanh. Sự truyền nhiệt xảy ra ở thành ống - nhiệt di chuyển qua thành ống từ môi trường nóng bên ngoài sang chất lỏng bên trong mát hơn (hoặc ngược lại trong các ứng dụng làm mát). Cơ chế chủ yếu là đối lưu: dòng chảy cưỡng bức của chất lỏng xử lý bên trong ống tạo ra một lớp ranh giới vận tốc ở thành ống và nhiệt truyền qua lớp này bằng cách truyền nhiệt đối lưu. Bản thân việc làm nóng bên ngoài ống có thể xảy ra thông qua quá trình đốt cháy, bức xạ, bọc hơi nước hoặc đốt nóng bằng điện.

Ống đối lưu trong lò sưởi và lò nung

Trong các lò sưởi của nhà máy lọc dầu, máy nghiền hóa dầu và lò xử lý, phần đối lưu nằm phía trên phần bức xạ. Khí thải nóng bốc lên từ đầu đốt đi qua các ống đối lưu, truyền nhiệt cho chất lỏng xử lý chảy bên trong ống bằng đối lưu chứ không phải bức xạ. Khí thải đi vào phần đối lưu thường ở mức 700°C đến 900°C và rời đi lúc 200°C đến 450°C , với sự giảm nhiệt độ thể hiện nhiệt được hấp thụ bởi chất lỏng xử lý. Các bề mặt mở rộng (vây) thường được thêm vào bên ngoài ống đối lưu để tăng diện tích bề mặt truyền nhiệt và cải thiện hệ số truyền nhiệt đối lưu tương đối thấp hơn so với bức xạ.

Ống đối lưu trong bộ trao đổi nhiệt

Bộ trao đổi nhiệt dạng vỏ và ống là ứng dụng ống đối lưu công nghiệp phổ biến nhất. Chất lỏng xử lý chảy qua các ống trong khi môi trường gia nhiệt hoặc làm mát chảy xung quanh các ống trong vỏ. Nhiệt truyền từ dòng nóng hơn sang dòng lạnh hơn qua thành ống. Thành ống trong ứng dụng trao đổi nhiệt phải tối đa hóa độ dẫn nhiệt và giảm thiểu khả năng cản nhiệt - thường đạt được với các ống thép cacbon, thép không gỉ, đồng hoặc titan có thành mỏng tùy thuộc vào quá trình hóa học. Đường kính ngoài của ống trong các bộ trao đổi nhiệt công nghiệp thường dao động từ 19 mm đến 50 mm , với độ dày thành từ 1,5 mm đến 3,5 mm.

Ống đối lưu trong nồi hơi và máy tạo hơi nước

Trong nồi hơi ống nước, nước chảy bên trong các ống và được làm nóng bằng khí đốt bên ngoài - một quá trình đối lưu chiếm ưu thế trong các bộ phận tiết kiệm và bộ quá nhiệt. Cơ chế đối lưu là cần thiết để tách nhiệt dư từ khí đốt đã thải ra phần lớn năng lượng bức xạ trong phần bức xạ của lò hơi. Vật liệu ống đối lưu nồi hơi phải chịu được cả áp suất nước/hơi bên trong (thường từ 1 đến 30 MPa) và nhiệt độ khí thải bên ngoài trong khi vẫn duy trì khả năng chống ăn mòn cho cả hai môi trường.

Vật lý truyền nhiệt: Bức xạ và đối lưu

Để hiểu đầy đủ sự khác biệt giữa ống bức xạ và ống đối lưu, điều quan trọng là phải hiểu cơ chế vật lý truyền nhiệt cơ bản xác định khả năng và giới hạn của từng loại.

Nguyên tắc cơ bản về bức xạ nhiệt

Bức xạ nhiệt là năng lượng điện từ được phát ra bởi bất kỳ vật thể nào có nhiệt độ trên độ không tuyệt đối. Công suất phát ra trên một đơn vị diện tích tuân theo định luật Stefan-Boltzmann: Q = εσT⁴ , trong đó ε là độ phát xạ của bề mặt, σ là hằng số Stefan-Boltzmann (5,67 × 10⁻⁸ W/m²·K⁴) và T là nhiệt độ tuyệt đối tính bằng Kelvin. Sự phụ thuộc T⁴ có nghĩa là sự truyền nhiệt bức xạ tăng rất nhanh theo nhiệt độ — việc tăng gấp đôi nhiệt độ tuyệt đối sẽ làm tăng sản lượng nhiệt bức xạ lên gấp 16 lần. Điều này làm cho bức xạ trở thành cơ chế truyền nhiệt chủ yếu ở nhiệt độ cao (trên khoảng 700°C), giải thích tại sao ống bức xạ là giải pháp tiêu chuẩn cho các lò công nghiệp nhiệt độ cao. Bức xạ không cần môi trường - nó truyền qua chân không hoặc khí trong suốt, đó là lý do tại sao các ống bức xạ có thể làm nóng phôi qua môi trường lò mà không có đối lưu hoặc dẫn nhiệt.

Nguyên tắc cơ bản về truyền nhiệt đối lưu

Sự truyền nhiệt đối lưu phụ thuộc vào chuyển động khối của chất lỏng mang nhiệt năng. Tốc độ truyền nhiệt đối lưu được mô tả bởi Định luật làm mát của Newton: Q = h × A × ΔT , trong đó h là hệ số truyền nhiệt đối lưu, A là diện tích bề mặt truyền nhiệt và ΔT là chênh lệch nhiệt độ giữa bề mặt và chất lỏng. Không giống như bức xạ, sự truyền nhiệt đối lưu thay đổi tuyến tính theo chênh lệch nhiệt độ chứ không phải theo T⁴, khiến nó kém mạnh hơn bức xạ ở nhiệt độ khắc nghiệt nhưng dễ kiểm soát và dự đoán hơn ở nhiệt độ vừa phải. Hệ số truyền nhiệt h phụ thuộc nhiều vào vận tốc chất lỏng, tính chất chất lỏng (mật độ, độ nhớt, độ dẫn nhiệt) và hình dạng ống - đó là lý do tại sao vây, bộ tạo rối và vận tốc chất lỏng cao được sử dụng để nâng cao hiệu suất của ống đối lưu.

Phạm vi nhiệt độ nơi mỗi cơ chế chiếm ưu thế

Tầm quan trọng tương đối của bức xạ so với đối lưu phụ thuộc rất nhiều vào mức nhiệt độ:

• Dưới 300°C: Sự đối lưu thường chiếm ưu thế; bức xạ đóng góp ít hơn 10–20% tổng lượng nhiệt truyền trong hầu hết các cấu hình
• 300°C đến 700°C: Chế độ hỗn hợp - cả bức xạ và đối lưu đều đóng góp đáng kể; thiết kế lò và lò sưởi trong phạm vi này phải tính đến cả hai cơ chế
• Trên 700°C: Bức xạ chiếm ưu thế mạnh mẽ; đây là phạm vi hoạt động chính của ống bức xạ công nghiệp để xử lý nhiệt, hoạt động ở nhiệt độ bề mặt ống 700°C đến 1100°C trong các ứng dụng điển hình

Sự khác biệt về kết cấu và kỹ thuật

Ngoài cơ chế truyền nhiệt, ống bức xạ và ống đối lưu về cơ bản khác nhau về thiết kế kết cấu, yêu cầu vật liệu, hướng lắp đặt và các hạn chế về kỹ thuật.

Tuổi thọ sử dụng: Tuổi thọ của mỗi loại ống trong sử dụng công nghiệp

Tuổi thọ sử dụng là một trong những khác biệt thực tế đáng kể nhất giữa ống bức xạ và ống đối lưu trong các ứng dụng công nghiệp - và việc so sánh không đơn giản là nghiêng về loại này so với loại kia. Mỗi loại già đi thông qua các cơ chế phân hủy khác nhau phù hợp với các điều kiện hoạt động rất khác nhau.

Tuổi thọ của ống bức xạ

Các ống bức xạ hoạt động ở nhiệt độ khắc nghiệt và trong môi trường tuần hoàn nhiệt, khiến chúng có tuổi thọ ngắn hơn so với các ống đối lưu. Ống bảo vệ bên ngoài xuống cấp do quá trình oxy hóa và hình thành cặn ở bề mặt bên ngoài, quá trình cacbon hóa hoặc nitrat hóa từ môi trường lò, mỏi nhiệt do chu kỳ nhiệt độ và biến dạng rão dưới trọng lượng của chính nó ở nhiệt độ cao duy trì. Đối với các ống bức xạ điện, phần tử dây điện trở bên trong còn có thể bị suy giảm điện, hình thành điểm nóng và mỏi cơ học do giãn nở nhiệt chênh lệch.

Tuổi thọ của ống bức xạ điện điển hình theo loại lò là:

• Lò làm nguội (mức độ nghiêm trọng cao nhất): ≥1 năm - chu kỳ nhiệt nhanh từ việc tải các bộ phận nguội làm tăng tốc độ mỏi nhiệt và là điều kiện vận hành đòi hỏi khắt khe nhất
• Lò ủ (nhiệt độ thấp hơn, chu trình ổn định): ≥3 năm - nhiệt độ vận hành thấp hơn và chu kỳ nhiệt độ dần dần hơn cho phép tuổi thọ sử dụng dài hơn đáng kể
• Ống bức xạ đốt khí: ≥2 năm - hóa học sản phẩm đốt tạo ra sự xuống cấp bổ sung của ống thông qua quá trình sunfua hóa và cacbon hóa mà không có trong ống điện

Tuổi thọ sử dụng này thể hiện những kỳ vọng tối thiểu được đảm bảo đối với các ống bức xạ được sản xuất có chất lượng; Tuổi thọ sử dụng thực tế thường vượt quá những con số này khi kiểm soát nhiệt độ lò tốt, quản lý hóa học trong không khí hợp lý và ống được đánh giá phù hợp cho ứng dụng của nó.

Tuổi thọ của ống đối lưu

Các ống đối lưu thường đạt được tuổi thọ dài hơn các ống bức xạ vì chúng hoạt động ở nhiệt độ thấp hơn và không phải chịu cùng một chu kỳ nhiệt khắc nghiệt. Tuy nhiên, sự xuống cấp của ống đối lưu được thúc đẩy bởi các cơ chế khác nhau: ăn mòn từ quá trình hóa học của chất lỏng (cả bên trong và bên ngoài), xói mòn từ dòng chất lỏng chứa nhiều hạt tốc độ cao, tắc nghẽn và đóng cặn làm giảm hiệu suất truyền nhiệt và tăng nhiệt độ thành ống, rão ở những vị trí có nhiệt độ cao nhất và sốc nhiệt do rối loạn quá trình hoặc ngừng hoạt động khẩn cấp.

Trong các bộ gia nhiệt và bộ trao đổi nhiệt được thiết kế tốt và vận hành hợp lý, tuổi thọ của ống đối lưu 10 đến 25 năm trở lên là phổ biến khi lựa chọn vật liệu phù hợp với quá trình hóa học và điều kiện vận hành. Tuổi thọ sử dụng ngắn hơn xảy ra khi tốc độ ăn mòn bị đánh giá thấp, khi quá trình hoạt động không ổn định gây ra sự chênh lệch nhiệt độ vượt quá giới hạn vật liệu hoặc khi sự tắc nghẽn được phép tiến triển đến mức nhiệt độ thành ống vượt quá giới hạn thiết kế.

Các ứng dụng sử dụng từng loại ống

Việc hiểu loại ống nào phù hợp cho một ứng dụng nhất định đòi hỏi phải kết hợp cơ chế truyền nhiệt, phạm vi nhiệt độ và các yêu cầu quy trình của ứng dụng với các đặc tính cơ bản của từng loại ống.

Các ứng dụng ống bức xạ điển hình

• Lò xử lý nhiệt điều khiển bằng khí quyển: Lò ủ, làm cứng, làm nguội, ủ, cacbon hóa và thấm nitơ trong đó phôi phải được bảo vệ khỏi quá trình oxy hóa bằng nitơ, hydro, khí thu nhiệt hoặc khí quyển được kiểm soát khác - ống bức xạ cách ly các sản phẩm đốt hoặc bộ phận điện khỏi khí quyển được kiểm soát
• Dây chuyền ủ dải liên tục: Dải thép và nhôm được nung nóng trong khu vực lò kín với không khí được kiểm soát chính xác; ống bức xạ cung cấp hệ thống sưởi đồng đều, có thể kiểm soát mà không làm ô nhiễm không khí
• Dây chuyền gia nhiệt nồi mạ kẽm: Các ống bức xạ đốt bằng điện hoặc khí đốt làm nóng bể mạ kẽm nóng chảy mà không nhấn chìm các phần tử điện trong kẽm - ống tỏa nhiệt vào kẽm từ phía trên hoặc trên bề mặt bể
• Lò khuếch tán bán dẫn: Môi trường lò siêu sạch để xử lý tấm bán dẫn trong đó bất kỳ sự ô nhiễm nào từ nguồn đốt sẽ gây thảm họa - chỉ các ống bức xạ điện mới được chấp nhận trong các ứng dụng này
• Lò thiêu kết luyện kim bột: Bột kim loại được nung ở nhiệt độ từ 1100°C đến 1400°C trong môi trường khí hydro hoặc nitơ được kiểm soát, nơi các ống bức xạ cung cấp nhiệt độ cao mà không làm ô nhiễm không khí

Ứng dụng ống đối lưu điển hình

• Máy sưởi quá trình lọc dầu: Dầu thô, dầu khí chân không và các dòng xử lý được nung nóng đến nhiệt độ nứt trong các phần ống đối lưu của lò sưởi nhà máy lọc dầu - phần đối lưu thu hồi nhiệt từ khí thải thoát ra khỏi phần bức xạ
• Máy cải cách hơi nước: Khí tự nhiên hoặc naphtha được cải tiến để sản xuất hydro trong các ống được làm nóng đến 800°C–950°C bằng bức xạ đầu đốt và đối lưu - trong ứng dụng này, ranh giới giữa các ống bức xạ và đối lưu chồng lên nhau, trong đó ống đóng vai trò hấp thụ nhiệt theo cơ chế kép
• Bộ trao đổi nhiệt dạng vỏ và ống: Xương sống của quá trình thu hồi nhiệt của nhà máy xử lý trong các ngành công nghiệp hóa dầu, hóa chất, dược phẩm và chế biến thực phẩm - xử lý quá trình truyền nhiệt từ chất lỏng sang chất lỏng qua thành ống
• Bộ tiết kiệm nồi hơi và bộ quá nhiệt: Các phần ống đối lưu làm nóng trước nước cấp nồi hơi và hơi quá nhiệt bằng cách thu hồi nhiệt khí thải - cần thiết cho hiệu suất của nhà máy điện
• Đơn vị thu hồi nhiệt thải (WHRU): Các bó ống đối lưu trích nhiệt từ dòng khí thải (tua bin khí, động cơ diesel, khí thải lò xử lý) để tạo ra hơi nước hoặc chất lỏng xử lý nhiệt

Ống bức xạ và ống đối lưu trong cùng hệ thống lò nung

Trong nhiều hệ thống lò sưởi và lò đốt công nghiệp, ống rạng rỡs và các ống đối lưu hoạt động trong cùng một đơn vị tổng thể nhưng ở các phần khác nhau, mỗi phần khai thác cơ chế truyền nhiệt phù hợp nhất với mức nhiệt độ cục bộ và yêu cầu quy trình. Sự kết hợp này là một trong những khái niệm quan trọng nhất trong thiết kế lò sưởi.

Trong một lò sưởi quy trình lọc dầu điển hình:

1. Phần bức xạ: Đầu đốt đốt vào hộp lửa bức xạ, làm nóng chất lỏng xử lý trong ống bằng bức xạ nhiệt từ ngọn lửa và các bức tường chịu lửa nóng. Nhiệt độ khí thải ở vùng bức xạ dao động từ 1100°C đến 1500°C tại đầu đốt và thoát ra khỏi vùng bức xạ ở nhiệt độ 700°C đến 900°C. Các ống xử lý trong phần này hấp thụ khoảng 60–70% tổng lượng nhiệt đầu vào.
2. Phần đối lưu: Khí thải nóng bốc lên từ phần bức xạ đi qua các dãy ống đối lưu, làm nóng trước chất lỏng xử lý, tạo ra hơi nước và làm nóng trước không khí đốt. Khí thải đi vào ở nhiệt độ 700°C đến 900°C và thoát ra ở nhiệt độ 200°C đến 450°C, với phần đối lưu thu hồi thêm 20–30% tổng năng lượng nhiên liệu mà nếu không sẽ bị thất thoát vào ống khói.

Sự chuyển đổi từ truyền nhiệt bức xạ sang đối lưu khi nhiệt độ khí thải giảm qua hệ thống minh họa lý do tại sao cả hai loại ống cùng tồn tại trong cùng một lò đốt - vùng chiếm ưu thế bức xạ nhiệt độ cao và vùng chiếm ưu thế đối lưu nhiệt độ thấp hơn, mỗi loại đều yêu cầu các ống được thiết kế và định vị cho cơ chế truyền nhiệt cụ thể và môi trường nhiệt của chúng.

Chế độ bảo trì, kiểm tra và lỗi

Các yêu cầu bảo trì và chế độ hư hỏng của ống bức xạ và ống đối lưu khác nhau đáng kể, phản ánh các điều kiện vận hành rất khác nhau và cơ chế xuống cấp riêng biệt ảnh hưởng đến từng loại.

Bảo trì và hư hỏng ống bức xạ

Ống bức xạ là bộ phận tiêu hao có tuổi thọ sử dụng có thể dự đoán được và cần được thay thế theo lịch trình như một phần của quá trình bảo trì lò theo kế hoạch. Các chế độ lỗi chính bao gồm:

• Đốt cháy oxy hóa ống ngoài: Quá trình oxy hóa dần dần làm mỏng thành ống cho đến khi xảy ra thủng hoặc hư hỏng cấu trúc, làm lộ ra không khí lò hoặc bộ phận bên trong - kiểu hư hỏng phổ biến nhất trong lò tôi
• Vết nứt do mỏi nhiệt: Chu kỳ nhiệt mở ra các vết nứt tại các điểm tập trung ứng suất (đầu ống, vị trí đỡ, chuyển tiếp đường kính) đặc biệt trong các lò có tải bộ phận thường xuyên gây ra thay đổi nhiệt độ nhanh chóng
• Lỗi phần tử bên trong: Dây điện trở bị cháy tại các điểm nóng do phần tử bị võng, hình thành vùng lạnh do phần tử tiếp xúc kém hoặc quá tải do lỗi điện - biểu hiện dưới dạng lỗi mạch hở có thể được phát hiện bằng cách giám sát hệ thống điều khiển lò
• Biến dạng leo: Biến dạng dẻo lâu dài của ống ngoài dưới trọng lượng của chính nó ở nhiệt độ cao duy trì, làm cho ống bị võng giữa các giá đỡ và cuối cùng tiếp xúc với thành lò hoặc các ống liền kề

Bảo trì và hư hỏng ống đối lưu

Các hư hỏng của ống đối lưu trong bộ gia nhiệt và bộ trao đổi nhiệt thường diễn ra từ từ - có thể phát hiện thông qua giám sát trước khi xảy ra sự cố nghiêm trọng - và được quản lý thông qua các chương trình kiểm tra thay vì thay thế theo lịch trình:

• Ăn mòn bên trong: Quá trình hóa học chất lỏng tấn công bên trong ống; được giám sát bằng phép đo độ dày siêu âm trong quá trình ngừng hoạt động theo kế hoạch và được quản lý thông qua các chương trình ức chế ăn mòn hoặc nâng cấp vật liệu
• Ăn mòn và oxy hóa bên ngoài: Hóa chất khí thải (hợp chất lưu huỳnh, hơi nước, ngưng tụ điểm sương ở nhiệt độ thấp) tấn công bên ngoài ống; được quản lý thông qua lựa chọn vật liệu, kiểm soát nhiệt độ vận hành và lớp phủ bề mặt
• Làm bẩn và đóng cặn: Chất cặn bám trên bề mặt bên trong hoặc bên ngoài ống làm tăng khả năng chịu nhiệt, tăng nhiệt độ thành ống và cuối cùng hạn chế dòng chảy - được quản lý thông qua việc làm sạch định kỳ (cơ học, hóa học hoặc tia nước)
• Sự đứt gãy do nhiệt: Thành ống mỏng do ăn mòn kết hợp với áp suất bên trong cao cuối cùng dẫn đến nổ ống - dạng hư hỏng nghiêm trọng nhất trong các thiết bị gia nhiệt quy trình áp suất cao, đòi hỏi các chương trình kiểm tra nghiêm ngặt để ngăn ngừa

Tiêu chí lựa chọn: Khi nào nên sử dụng ống bức xạ và ống đối lưu

Việc lựa chọn giữa ống bức xạ và ống đối lưu cho một ứng dụng sưởi ấm công nghiệp nhất định đòi hỏi phải đánh giá một số tiêu chí chính. Trong nhiều trường hợp, sự lựa chọn được xác định rõ ràng bởi bản chất của quy trình - nhưng trong những trường hợp khác, cả hai phương pháp đều khả thi về mặt kỹ thuật và quyết định phụ thuộc vào hiệu quả, chi phí và các yếu tố vận hành.

• Chọn ống bức xạ khi: Môi trường phôi hoặc lò phải được cách ly khỏi các sản phẩm cháy; nhiệt độ lò vượt quá 700°C và bức xạ là cơ chế truyền nhiệt chiếm ưu thế; cần có sự gia nhiệt bề mặt chính xác, đồng đều và có thể kiểm soát được; hoặc quá trình này đòi hỏi một bầu không khí kín hoặc bảo vệ sẽ bị ô nhiễm bởi đầu đốt đốt trực tiếp
• Chọn ống đối lưu khi: Chất lỏng xử lý phải được làm nóng hoặc làm mát bằng cách truyền qua thành ống; nhiệt độ vận hành dưới 700°C, nơi đối lưu hiệu quả và tiết kiệm chi phí; tốc độ dòng thể tích lớn của chất lỏng phải được làm nóng đồng đều; hoặc thu hồi nhiệt thải từ dòng khí nóng là mục tiêu
• Sử dụng kết hợp cả hai khi: Lò sưởi hoặc lò xử lý hoạt động trong phạm vi nhiệt độ rộng - phần bức xạ xử lý các nhiệm vụ ở nhiệt độ cao và phần đối lưu thu hồi nhiệt ở nhiệt độ thấp hơn từ khí thải thoát ra, tối đa hóa hiệu suất nhiệt tổng thể