Ketelbuizen Uitgelegd

Wat zijn ketelbuizen?

Bij alle ketels wordt warmte overgedragen van de binnenkant van buizen naar de buitenkant (vlamketels), of van de buitenkant van buizen naar de binnenkant (waterpijpketels). Het aantal buizen in een ketel varieert van honderden tot duizenden binnen een enkele ketel, afhankelijk van de grootte en het ontwerp van de ketel. Het primaire doel van ketelbuizen is om de warmte die wordt geproduceerd door de verbranding van brandstof over te dragen naar water of stoom.

Vlam- en Waterpijpketelbuizen

Goed om te weten – ‘waterpijp’ wordt ook gespeld als ‘water-pijp’, of ‘waterpijp’, maar de verschillende variaties betekenen allemaal hetzelfde.
Goed om te weten – ‘vlamketel’ wordt ook gespeld als ‘vlam-ketel’, of ‘vlamketel’, maar de verschillende variaties betekenen allemaal hetzelfde.
Opmerking - om begrip en vertrouwdheid te bevorderen, gebruikt dit artikel een mengeling van spellingen voor zowel vlam- als waterpijpketels.

Ketelbuistypen

Een ketel kan meerdere buistypen hebben om aan verschillende verwarmingsbehoeften te voldoen. Het type buis dat wordt gebruikt, hangt af van het ketelontwerp en de positie van de buis binnen de ketel. 

• Economizerbuizen – voor het voorverwarmen van voedingswater.
• Oververhitterbuizen – voor het oververhitten van stoom voorbij zijn verzadigingspunt.
• Verdamperbuizen – voor de omzetting van water naar stoom (waar verdamping plaatsvindt).
• Steunbuizen – voor warmteoverdracht en om structurele sterkte aan de ketel toe te voegen.
• Vinbuizen – voor het vergroten van het warmteoverdrachtsoppervlak.

Goed om te weten – de term ‘oververhitting’ is het proces van het overdragen van voelbare warmte aan verzadigde stoom om de temperatuur te verhogen en daarmee de hoeveelheid energie die de stoom bevat.

Goed om te weten – steunbuizen zijn speciaal ontworpen om niet alleen warmte over te dragen, maar ook om de interne structuur van de ketel te versterken. Steunbuizen zijn dikker dan gewone buizen en bieden extra structurele ondersteuning aan de ketel.

Waterpijpketel Buisbenamingen

Ketelbuisontwerp

Ketelbuizen zijn ontworpen om te voldoen aan strenge veiligheids en efficiëntie normen, wat specifieke ontwerp en materiaal vereisten met zich meebrengt. In tegenstelling tot gewone pijpen hebben ketelbuizen vaak dikkere wanden en ontbreken longitudinale naden, wat hun sterkte en integriteit onder hoge druk en hoge temperatuur omstandigheden vergroot. Ketelbuizen worden meestal naadloos vervaardigd om zwakke punten te vermijden die onder spanning kunnen leiden tot falen. Ketelbuizen worden vervaardigd in strikte overeenstemming met specifieke internationale normen. Bijvoorbeeld, ASTM A192 biedt standaard specificaties voor hoogdruk koolstofstalen buizen.

Waterpijp- en Vlamketelontwerpen

Ketelbuisindeling

De buisindeling binnen een ketel wordt gekozen op basis van verschillende factoren, waaronder warmteoverdrachtsnelheid, drukval, productiecomplexiteit en gewenste efficiëntie.

Waterpijpketel Buisindeling

Hieronder staan enkele veelvoorkomende ketelbuisindelingen:

• Versprongen Buisindeling – deze configuratie plaatst de buizen in een versprongen patroon, wat de warmteoverdrachtsnelheid verhoogt door verhoogde turbulentie in de vloeistofstroom.
• Inline of Rasterindeling – buizen zijn gerangschikt in een regelmatig rasterpatroon. Hoewel het gemak van productie en reiniging biedt, kan het resulteren in een lagere warmteoverdrachtsefficiëntie in vergelijking met versprongen indelingen.
• Geroteerde Vierkante Indeling – buizen zijn geplaatst in een vierkant patroon maar geroteerd onder een hoek. Deze indeling kan de warmteoverdracht verbeteren door de vloeistofstroom effectiever te verstoren dan een standaard rasterindeling.
• Driehoekige Stapeling – buizen zijn gerangschikt in een driehoekig patroon, wat het aantal buizen in een gegeven gebied maximaliseert, leidend tot hogere warmteoverdrachtsnelheden.

Voorbeelden van Buisstapeling

Ketelbuizen en Pijpen Vergeleken

Ketelbuizen verschillen aanzienlijk van standaard pijpen op verschillende manieren:

• Wanddikte – ketelbuizen hebben doorgaans dikkere wanden om de grote interne drukken te weerstaan waaraan ze zullen worden blootgesteld (krachtcentrale ketels werken doorgaans bij drukken boven 160 bar (2.400 psi) en temperaturen boven 540⁰C (1.000⁰F).
• Meting – in tegenstelling tot pijpen, die worden gemeten op hun interne diameter, worden ketelbuizen gemeten op hun externe diameter.

Pijp Met Een Longitudinale Las

Oorzaken van Ketelbuisfalen

Ketelbuisfalen zijn een van de belangrijkste oorzaken van ketelstilleggingen, met verschillende onderliggende redenen:

• Oververhitting – de meest voorkomende oorzaak van buisfalen. Het kan optreden door kalkaanslag binnenin de buizen, die fungeert als een isolerende laag, of door onvoldoende water- of stoomstroom (onvoldoende koeling), of door bedieningsfouten zoals oververhitting, waarbij overmatige brandstof de temperatuur van de ketel boven veilige limieten verhoogt.

Kalkaanslag Binnenin Een Ketelbuis

Goed om te weten – kalkaanslag binnen waterpijpketelbuizen veroorzaakt dat de procesvloeistof (water of stoom) met een verhoogde snelheid stroomt, terwijl ook de warmteoverdrachtsnelheid van de buis wordt verminderd. Een vermindering van de warmteoverdrachtsnelheid veroorzaakt een vermindering van de efficiëntie en een verhoogde kans op lokale oververhitting (waterpijp- en vlamketelbuizen worden gekoeld door de procesvloeistof).

• Corrosie – kan het buismetaal zowel intern als extern aantasten, veroorzaakt door factoren zoals slechte waterbehandeling of milieublootstelling aan chemicaliën en gassen.
• Erosie – slijt het buismateriaal door continue blootstelling aan bewegende vloeistoffen of deeltjes, vooral in kolengestookte ketels met veel as.
• Mechanische Spanning – veroorzaakt door druk, thermische uitzetting en trillingen, wat kan leiden tot vermoeidheid en uiteindelijk falen van ketelbuizen.
• Materiaaldefecten – fabricagefouten of materiaalongelijkheden kunnen leiden tot voortijdig ketelbuisfalen onder normale operationele spanningen.

Buisreparatie en Onderhoud

Het proces van reparatie van ketelbuizen omvat doorgaans lassen (een techniek die wordt gebruikt om metaal samen te smelten door intense hitte). Gezien de complexiteit en hoge vaardigheid die vereist is, wordt lassen meestal uitgevoerd door gecertificeerde lassers.

Verschillende Las Types

Ketelbuis Reparatietypen

De vier meest voorkomende manieren om ketelbuizen te repareren zijn:

• Bekleding – dit omvat het aanbrengen van een laag lasmateriaal om verzwakte gebieden te verdikken en te versterken.
• Breuksluiting – in gevallen van buisbreuken wordt het beschadigde gebied vaak dichtgelast na het uitlijnen van de randen.
• Vensterreparatie – een ernstig beschadigd gedeelte van de buis kan worden uitgeknipt en vervangen door een nieuw stuk, waardoor continuïteit en integriteit worden gewaarborgd.
• Afsluiten – uitgevoerd in gevallen waar schade onmogelijk te repareren is met andere middelen. Met deze methode worden pluggen van geschikt materiaal in beide uiteinden van de beschadigde buis geplaatst, waardoor deze hydraulisch wordt geïsoleerd.

BELANGRIJK: Het wordt niet aanbevolen om een ketel te bedienen met meer dan 10% van zijn buizen afgesloten. 

Preventief Onderhoud van Ketelbuizen

Het naleven van het door de ketelfabrikant aanbevolen preventieve onderhoudsplan is belangrijk om de ketel en zijn interne onderdelen in optimale conditie te houden. Preventieve onderhoudsplannen omvatten meestal het volgende:

• Water- en stoomchemiecontrole (zeer belangrijk!)
• Externe visuele inspecties op geplande intervallen, bijvoorbeeld elke 4 uur of dagelijks, etc.
• Interne visuele inspecties op geplande intervallen, bijvoorbeeld elke 6 maanden.
• Ketelbuisinspecties en bijwerken van ketelbuis kaarten (deze geven de conditie van elke buis binnen de ketel weer).
• Brandstofmonsters.
• Uitlaatgasmonsters.
• Thermografie-inspecties.
• Refractaire inspecties.

Houd er rekening mee dat dit slechts enkele van de taken zijn die nodig zijn om een industriële ketel correct te laten werken!

Gerelateerde Online Technische Cursussen

Vlamketels Uitgelegd

Inleiding tot Stoom, Ketels en Thermodynamica

Subkritische, Superkritische en Ultra-Superkritische Ketels