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"Procédé de nettoyage des échangeurs de chaleur."
La présente invention est relative au nettoyage des échangeurs de chaleur qui ont été rendus inefficaces par le dépôt d'une matière combustible, spécialement une matière car- bonée.
Beaucoup d'échangeurs de chaleur, spécialement des échangeurs de chaleur du type à enveloppe et tubes, tendent à devenir moins efficaces après un certain temps de service:, du fait de la formation d'incrustations et de dép8ts sur les sur-
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faces d'échange de chaleur, qui réduisent le degré de trans- fert dechaleur entre les courants de fluide passant à travers l'échangeur, et qui peuvent provoquer finalement un blocage total d'une partie ou de l'entièreté des tubes. Dans les raffi- neries de pétrole, beaucoup de ces dép8ts sont carbonés et peuvent être formés par dép8t d'une matière solide en suspen- sion ou par le cracking et la cokéfaction des courants de fluide.
Il est de pratique courante de nettoyer les tubes d'échangeur de chaleur, dans lesquels un@matière carbonée, telle que du coke, a été déposée, en forant les tubes totale- ment bloqués et en nettoyant ensuite à la flamme les tubes encore partiellement bloqués. Une surchauffe est empêchée en montant le faisceau de tubes dans une enveloppe de rechange à travers laquelle de l'eau est alors mise en circulation. Cet- te méthode est à la fois laborieuse et coûteuse. Le nettoyage des surfaces extérieures des tubes d'échangeur est également dix difficile du fait des difficultés d'accès; il est habituellement réalisé par un lavage à l'acide ou par une projection de sa- ble ou d'eau.
Surivantla présente invention, un procédé pour enle- ver une matière combustible des surfaces d'échange de chaleur dans les échangeurs de chaleur du type à enveloppe et tubes comprend l'oxydation réglée de la matière combustible en présen- ce d'un courant d'un gaz contenant de l'oxygène, mais en l'ab- sence de tout combustible supplémentaire quelconque ou des pro=- duits de combustion de tout combustible supplémentaire quel- conque, à une température qui est inférieure à celle à laquel- le des dégâts aux tubes de l'échangeur pourraient se produire.
La méthode convient spécialement pour enlever la matière combustible des surfaces intérieures des tubes d'échan- geur de chaleur, le gaz oxygéné préféré étant l'air. Le gaz oxygéné comprend de préférence au départ une petite quantité de vapeur.
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Le gaz oxygéné peut être introduit en un point con- venable de la conduite d'entrée à l'échangeur et les gaz de peuvent être enlevés en un point convenable rebut/de la conduite de sortie partant de l'échangeur ou vice versa. Lorsque les surfaces intérieures des tubes d'un échan- geur de chaleur à deux passages doivent être nettoyés, un gaz oxygéné peut être admis simultanément à chaque passage de l'é- changeur, par exemple à deux fois la vitesse utilisée lors- qu'on nettoie un échangeur à simple passage, et les gaz de rebut sont enlevés en un point convenable, ce qui permet de con- duire le nettoyabe en deux parties.avec une économie résultante de temps allant jusqu'à 50% ou plus.
Ceci peut être étendu, si nécessaire, à des échangeurs à passages multiples avec une plus grande économie de temps encore.
Un avantage particulier de la présente invention est que le nettoyage peut être réalisé sans déplacer l'échangeur de chaleur depuis sa position normale de fonctionnement, ce qui a pour résultat une grande économie de main-d'oeuvre et du coût des matières.
Le procédé de la présente invention convient spécia- lement pour le nettoyage des rechauffeurs à huile en circula- tion, couramment utilisés pour chauffer un mélange un mélange extrait furfural dans le procédé bien connu d'extraction de furfural. Ces réchauffeurs se cokéfient après des périodes d'utilisation relativement/courtes, du fait de l'instabilité du furfural et/ou de l'extrait aux hautes températures. L'éco- nomie des frais et du temps, obtenue en utilisant le procédé d'oxydation réglée, permet un nettoyage plus fréquent et avant que l'échangeur ne soit trop fortement bloqué.
Comme signalé précédemment, il est nécessaire de maintenir la température d'oxydation en dessous de celle à la- quelle des dégâts pourraient se produire aux tubes. Cette tem- pérature varie avec la matière en laquelle le tube est réalisé.
D'une façon générale, la température d'oxydation ne devrait pas
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excéder 350 C, de préférence pas plus de 300 C. Au-dessus de ces chiffres, les tubes en acier doux qui sont couramment uti- lisés dans les réchauffeurs précités se corrodent, et les tu- bes en.acier inoxydable qui sont également fréquemment utilisés sont rendus cassants par la formation de carbure de chrome.
La température peut être réglée en enlevant la chaleur de combustion partiellement dans les gaz de sortie et partielle- ' ment par passage d'un milieu convenable à travers le coté de l'échangeur qui n'est pas nettoyé. La vitesse de cir- culation d'air est de façon idéale celle qui produit de .l'an-' hydride carbonique au degré le plus élevé compatible avec la limitation de température définie ci-avant, mais il peut se présenter une limitation en pratique du fait des difficultés e de msure des faibles pourcentages d'anhydride carbonique dans les gaz de sortie et des faibles taux de circulation d'air verd l'échangeur.
De la vapeur est, de préférence, introduite en petites quantités avec l'air dans au moins les premières phases ,
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n de l'oxydation, la réaction endothermique eau-gaz tedant à re- froidir rapidement toute "tache chaude" pouvant se former. De la chaleur peut être fournie pour amorcer l'oxydation en chauf- fant l'air, avant son introduction dans l'échangeur ou de pré- férence en faisant passer un milieu convenable à travers le côté de l'échangeur qui n'est pas nettoyé.
Ce milieu est, de préférence, un mélange d'hydrocarbures et, lorsque le nettoya- ge est réalisé dans la position normale de fonctionnement de l'échangeur de chaleur,le milieu peut être, de façon convena- ble, la matière qui passe normalement à travers le côté de l'échangeur qui n'est pas nettoyé; par exemple dans un réchauf- feur extrait/furfural, le milieu peut être un gas-oil. Une fois dans cette voie, ce milieu règle la température dans les tubes en emportant une partie de la chaleur de combustion. L'oxyda- tion est arrêtée lorsque le volume d'anhydride carbonique dans ,
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les gaz %-'La sortie indiqua que la plus grande partie du dépôt carboné a été enlevée.
L'invention peut être illustrée par les exemples suivants.
EXEMPLE 1
Un réchauffeur d'extrait furfural à huile chaude était retiré duservice. lorsque le taux global de transfert de chaleur était de 30 Unités Thermiques Britanniques par heure par pied cube par F. Du furfural était mis en circulation à travers les tubes pendant 8 heures pour enlever la matière hui- leuse. Le coté des tubes de l'échangeur était ensuite isolé de la manière habituelle et traité à la vapeur allant à l'at- mosphère) pendant 8 heures pour enlever toute matière huileu- se restante. De l'air à 100 livres par pouce carré était introduit dans les tubes au taux de 1325 pieds cubes standards par heure, en même temps qu'une pe.tite quantité de vapeur, estimée à 100 livres par heure, et les gaz de sortie étaient rejetés à l'atmosphère.
Un gas-oil chaud, à une tempé- rature de 575 F, était mis en circulation à travers le coté enveloppe de l'échangeur) et l'opération était poursuivie pendant
115 heures, la vapeur étant coupée après 48 heures. Les condi- tions opératoires sont résumées au tableau suivant.
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<tb>
Période <SEP> Taux <SEP> d'air <SEP> Air <SEP> total <SEP> Analyse <SEP> Orsat-Produits <SEP> de <SEP> Combustion <SEP> Températures. F <SEP> Pression
<tb> (heure) <SEP> (pieds <SEP> cubes <SEP> sur <SEP> la <SEP> pé- <SEP> % <SEP> vol. <SEP> Pieds <SEP> cubes <SEP> stan- <SEP> Gas-oil <SEP> Gas-oil <SEP> Gaz <SEP> de <SEP> d'air
<tb> sans <SEP> con- <SEP> standards <SEP> riode <SEP> , <SEP> CO <SEP> % <SEP> volCO <SEP> dards <SEP> totaux <SEP> sur <SEP> entrant <SEP> sortant <SEP> sortie <SEP> livre;
, <SEP> par <SEP>
<tb> ditions <SEP> par <SEP> (pieds <SEP> cu- <SEP> 2 <SEP> la <SEP> période <SEP> entrant <SEP> sortant <SEP> sortie <SEP> pouce
<tb> constan- <SEP> heure) <SEP> bes <SEP> stan- <SEP> CO <SEP> CO <SEP> carré
<tb> tes <SEP> dards) <SEP> 2
<tb> 1325 <SEP> 570 <SEP> 566 <SEP> 94
<tb> 11/2 <SEP> 1325 <SEP> 1.
<SEP> 990 <SEP> 11,8 <SEP> 0,9 <SEP> 235 <SEP> 18 <SEP> 554 <SEP> 554 <SEP> 257 <SEP> 90
<tb> 9 <SEP> 1325 <SEP> 11.950 <SEP> 9,2 <SEP> 1 <SEP> 1100 <SEP> 120 <SEP> 571 <SEP> 567 <SEP> 244 <SEP> 90
<tb> 81/2 <SEP> 1325 <SEP> 11.300 <SEP> 7,9 <SEP> 1,2 <SEP> 895 <SEP> 135 <SEP> 570 <SEP> 566 <SEP> 225 <SEP> 95
<tb> 111/2 <SEP> 1325 <SEP> 15.200 <SEP> 5,4 <SEP> 1 <SEP> 825 <SEP> 152 <SEP> 575 <SEP> 563 <SEP> 221 <SEP> 92
<tb> 4 <SEP> 1325 <SEP> 5.300 <SEP> 5 <SEP> 1,4 <SEP> 265 <SEP> 75 <SEP> 572 <SEP> 564 <SEP> 219 <SEP> 94
<tb> 8 <SEP> 1325 <SEP> 10.600 <SEP> 2,8 <SEP> 2 <SEP> 295 <SEP> 210 <SEP> 570 <SEP> 562 <SEP> 216 <SEP> 93
<tb> 12 <SEP> 1325 <SEP> 15.900 <SEP> 2,2 <SEP> 0,4 <SEP> 350 <SEP> 65 <SEP> 573 <SEP> 562 <SEP> 216 <SEP> 90
<tb> 8 <SEP> 1325 <SEP> 10.600 <SEP> 1,8 <SEP> 0,
2 <SEP> 190 <SEP> 20 <SEP> 575 <SEP> 561 <SEP> 212 <SEP> 94
<tb> 8 <SEP> 1325 <SEP> 10.600 <SEP> 0,8 <SEP> néant <SEP> 85 <SEP> néant <SEP> 574 <SEP> 563 <SEP> 212 <SEP> 90
<tb> 8 <SEP> 1325 <SEP> 10.600 <SEP> 0,8 <SEP> néant <SEP> 85 <SEP> néant <SEP> 574 <SEP> 563 <SEP> 225 <SEP> 97
<tb> 8 <SEP> 1325 <SEP> 10. <SEP> 600 <SEP> 0,6 <SEP> 0,2 <SEP> 65 <SEP> 20 <SEP> 570 <SEP> 562 <SEP> 216 <SEP> 92
<tb> 7 <SEP> 1325 <SEP> 9,275 <SEP> 0,4 <SEP> 0,5 <SEP> 35 <SEP> 45 <SEP> 575 <SEP> 564 <SEP> 234 <SEP> 90
<tb> 9. <SEP> 1325 <SEP> 11.9'75 <SEP> 0,4 <SEP> 0,2 <SEP> 50 <SEP> 25 <SEP> 575 <SEP> 560 <SEP> 239 <SEP> 95
<tb> 8 <SEP> 1325 <SEP> 10.
<SEP> 600 <SEP> 0,2 <SEP> néant <SEP> 20 <SEP> néant <SEP> 570 <SEP> 561 <SEP> 230 <SEP> 90
<tb> 41/2 <SEP> 1325
<tb>
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Le carbone enlevé était calculé comme étant de 130 livres et, lors de la rentrée en service, on trouvait que le taux global de transfert de chaleur était de 55 Unités Thermi- ques Britanniques par heure par pied cube par F.
L'économie réalisée par rapport aux procédés habi- tuels était de 858 heures de main-d'oeuvre par échangeur.
EXEMPLE 2
Un réchauffeur d'extrait furfural à huile chaude étaitretiré du service lorsque le taux global de transfert de chaleur était de 43,6 Unités Thermiques Britanniques par heure par pied cube par F. Du furfural était mis en circula- tion à travers les tubes pendant 8 heures, le c8té des tubes de l'échangeur était isolé et traité à la vapeur (allant à 1!atmosphère) pendant 8 heures comme à 1''exemple 1.
De l'air à 100 livres par pouce carré (normal) était introduit dans les tubes au taux de 400 pieds cubes standards par heure, en même temps que 100 livres par heure de vapeur, les gaz d'échappement étant libérés à l'atmosphère. Du gas-oil à travers le côté enveloppe de l'échangeur, chaud, à une température de 575 F, était mis en circulation/ et l'opération était poursuivie pendant 48 heures, la vapeur étant coupée après 24 heures.
Au retour du réchauffeur en service, le taux global de transfert de chaleur était de 63 Unités Thermiques Bri- tanniques par heure par pied cube par F.
**ATTENTION** fin du champ DESC peut contenir debut de CLMS **.
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"Process for cleaning heat exchangers."
The present invention relates to the cleaning of heat exchangers which have been rendered ineffective by the deposition of combustible material, especially carbon material.
Many heat exchangers, especially shell and tube type heat exchangers, tend to become less efficient after a certain period of service :, due to the formation of scale and deposits on the excess.
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heat exchange faces, which reduce the degree of heat transfer between the fluid streams passing through the exchanger, and which can ultimately cause complete blockage of some or all of the tubes. In petroleum refineries, many of these deposits are carbonaceous and can be formed by the deposition of a suspended solid or by the cracking and coking of fluid streams.
It is common practice to clean the heat exchanger tubes, in which carbonaceous material, such as coke, has been deposited, by drilling through the completely blocked tubes and then flame cleaning the tubes still partially. blocked. Overheating is prevented by mounting the tube bundle in a spare casing through which water is then circulated. This method is both laborious and expensive. Cleaning the outer surfaces of the exchanger tubes is also difficult because of the difficulty of access; it is usually carried out by washing with acid or by spraying with sand or water.
Further to the present invention, a method of removing combustible material from heat exchange surfaces in shell and tube type heat exchangers comprises the controlled oxidation of the combustible material in the presence of a flow of heat. a gas containing oxygen, but in the absence of any additional fuel or the products of combustion of any additional fuel, at a temperature which is lower than that at which the damage heat exchanger tubes could occur.
The method is especially suitable for removing combustible material from the interior surfaces of heat exchanger tubes, the preferred oxygen gas being air. The oxygenated gas preferably initially comprises a small amount of vapor.
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The oxygenated gas can be introduced at a suitable point in the inlet line to the exchanger and the gas can be removed at a suitable waste point / in the outlet line from the exchanger or vice versa. When the interior surfaces of the tubes of a two-pass heat exchanger are to be cleaned, oxygenated gas may be admitted simultaneously with each pass of the exchanger, for example at twice the speed used when a single pass heat exchanger is cleaned, and the waste gases are removed at a convenient point, which allows the cleaner to be made in two parts, with a resulting saving in time of up to 50% or more.
This can be extended, if necessary, to multiple-pass heat exchangers with even greater time savings.
A particular advantage of the present invention is that cleaning can be carried out without moving the heat exchanger from its normal operating position, resulting in a great saving in labor and material cost.
The process of the present invention is particularly suitable for cleaning circulating oil heaters commonly used to heat a mixture of a furfural extract mixture in the well known furfural extract process. These heaters coke after relatively / short periods of use, due to the instability of the furfuraldehyde and / or the extract at high temperatures. The savings in costs and time, obtained by using the controlled oxidation process, allow more frequent cleaning and before the exchanger is blocked too strongly.
As noted above, it is necessary to keep the oxidation temperature below that at which damage could occur to the tubes. This temperature varies with the material from which the tube is made.
Generally speaking, the oxidation temperature should not
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exceed 350 C, preferably not more than 300 C. Above these figures, mild steel tubes which are commonly used in the above heaters will corrode, and stainless steel tubes which are also frequently used. used are made brittle by the formation of chromium carbide.
The temperature can be controlled by removing the heat of combustion partially from the outlet gases and partially by passing a suitable medium through the side of the exchanger which is not cleaned. The air circulation rate is ideally that which produces carbon dioxide at the highest degree compatible with the temperature limitation defined above, but there may be a practical limitation. due to the difficulties of measuring the low percentages of carbon dioxide in the outlet gases and the low rates of air circulation through the exchanger.
Steam is preferably introduced in small quantities with the air in at least the first phases,
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n oxidation, the endothermic water-gas reaction tends to rapidly cool any "hot spots" that may form. Heat can be supplied to initiate oxidation by heating the air, prior to its introduction into the exchanger or preferably by passing a suitable medium through the side of the exchanger which is not. cleaned up.
This medium is preferably a mixture of hydrocarbons and, when the cleaning is carried out in the normal operating position of the heat exchanger, the medium can suitably be the material which normally passes. through the side of the exchanger that is not cleaned; for example in an extract / furfural heater, the medium may be a gas oil. Once in this path, this medium regulates the temperature in the tubes by taking away part of the heat of combustion. The oxidation is stopped when the volume of carbon dioxide in,
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The gases% - 'The output indicated that most of the carbonaceous deposit had been removed.
The invention can be illustrated by the following examples.
EXAMPLE 1
A hot oil furfural extract heater was removed from service. when the overall rate of heat transfer was 30 British Heat Units per hour per cubic foot per F. Furfuraldehyde was circulated through the tubes for 8 hours to remove the oily material. The tube side of the exchanger was then insulated in the usual manner and treated with steam going to the atmosphere for 8 hours to remove any remaining oily material. Air at 100 pounds per square inch was introduced through the tubes at the rate of 1325 standard cubic feet per hour, along with a small amount of steam, estimated at 100 pounds per hour, and the exhaust gases. were released into the atmosphere.
A hot gas oil, at a temperature of 575 F, was circulated through the shell side of the exchanger) and the operation was continued for
115 hours, the steam being cut after 48 hours. The operating conditions are summarized in the following table.
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<tb>
Period <SEP> Rate <SEP> of air <SEP> Air <SEP> total <SEP> Analysis <SEP> Orsat-Products <SEP> of <SEP> Combustion <SEP> Temperatures. F <SEP> Pressure
<tb> (hour) <SEP> (cubic feet <SEP> <SEP> on <SEP> the <SEP> p- <SEP>% <SEP> vol. <SEP> Cubic feet <SEP> <SEP> stan- <SEP> Gas-oil <SEP> Gas-oil <SEP> Air <SEP> gas <SEP>
<tb> without <SEP> con- <SEP> standards <SEP> riode <SEP>, <SEP> CO <SEP>% <SEP> volCO <SEP> darts <SEP> totals <SEP> on incoming <SEP> < SEP> outgoing <SEP> exit <SEP> book;
, <SEP> by <SEP>
<tb> editions <SEP> by <SEP> (feet <SEP> cu- <SEP> 2 <SEP> the <SEP> period <SEP> entering <SEP> outgoing <SEP> exit <SEP> inch
<tb> constant- <SEP> hour) <SEP> bes <SEP> stan- <SEP> CO <SEP> CO <SEP> square
<tb> tes <SEP> darts) <SEP> 2
<tb> 1325 <SEP> 570 <SEP> 566 <SEP> 94
<tb> 11/2 <SEP> 1325 <SEP> 1.
<SEP> 990 <SEP> 11.8 <SEP> 0.9 <SEP> 235 <SEP> 18 <SEP> 554 <SEP> 554 <SEP> 257 <SEP> 90
<tb> 9 <SEP> 1325 <SEP> 11.950 <SEP> 9.2 <SEP> 1 <SEP> 1100 <SEP> 120 <SEP> 571 <SEP> 567 <SEP> 244 <SEP> 90
<tb> 81/2 <SEP> 1325 <SEP> 11.300 <SEP> 7.9 <SEP> 1.2 <SEP> 895 <SEP> 135 <SEP> 570 <SEP> 566 <SEP> 225 <SEP> 95
<tb> 111/2 <SEP> 1325 <SEP> 15.200 <SEP> 5.4 <SEP> 1 <SEP> 825 <SEP> 152 <SEP> 575 <SEP> 563 <SEP> 221 <SEP> 92
<tb> 4 <SEP> 1325 <SEP> 5.300 <SEP> 5 <SEP> 1,4 <SEP> 265 <SEP> 75 <SEP> 572 <SEP> 564 <SEP> 219 <SEP> 94
<tb> 8 <SEP> 1325 <SEP> 10.600 <SEP> 2.8 <SEP> 2 <SEP> 295 <SEP> 210 <SEP> 570 <SEP> 562 <SEP> 216 <SEP> 93
<tb> 12 <SEP> 1325 <SEP> 15.900 <SEP> 2.2 <SEP> 0.4 <SEP> 350 <SEP> 65 <SEP> 573 <SEP> 562 <SEP> 216 <SEP> 90
<tb> 8 <SEP> 1325 <SEP> 10.600 <SEP> 1.8 <SEP> 0,
2 <SEP> 190 <SEP> 20 <SEP> 575 <SEP> 561 <SEP> 212 <SEP> 94
<tb> 8 <SEP> 1325 <SEP> 10.600 <SEP> 0.8 <SEP> none <SEP> 85 <SEP> none <SEP> 574 <SEP> 563 <SEP> 212 <SEP> 90
<tb> 8 <SEP> 1325 <SEP> 10.600 <SEP> 0.8 <SEP> none <SEP> 85 <SEP> none <SEP> 574 <SEP> 563 <SEP> 225 <SEP> 97
<tb> 8 <SEP> 1325 <SEP> 10. <SEP> 600 <SEP> 0.6 <SEP> 0.2 <SEP> 65 <SEP> 20 <SEP> 570 <SEP> 562 <SEP> 216 < SEP> 92
<tb> 7 <SEP> 1325 <SEP> 9.275 <SEP> 0.4 <SEP> 0.5 <SEP> 35 <SEP> 45 <SEP> 575 <SEP> 564 <SEP> 234 <SEP> 90
<tb> 9. <SEP> 1325 <SEP> 11.9'75 <SEP> 0.4 <SEP> 0.2 <SEP> 50 <SEP> 25 <SEP> 575 <SEP> 560 <SEP> 239 <SEP> 95
<tb> 8 <SEP> 1325 <SEP> 10.
<SEP> 600 <SEP> 0.2 <SEP> none <SEP> 20 <SEP> none <SEP> 570 <SEP> 561 <SEP> 230 <SEP> 90
<tb> 41/2 <SEP> 1325
<tb>
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The carbon removed was calculated to be 130 pounds, and upon entry into service the overall rate of heat transfer was found to be 55 British Thermal Units per hour per cubic foot per F.
The saving compared to the usual processes was 858 man-hours per exchanger.
EXAMPLE 2
A hot oil furfural extract heater was withdrawn from service when the overall heat transfer rate was 43.6 British Heat Units per hour per cubic foot per F. Furfuraldehyde was circulated through the tubes for 8 hours, the side of the exchanger tubes was insulated and steamed (going to 1! atmosphere) for 8 hours as in Example 1.
Air at 100 pounds per square inch (normal) was introduced through the tubes at the rate of 400 standard cubic feet per hour, along with 100 pounds per hour of vapor, the exhaust gases being released to the atmosphere . Hot gas oil through the shell side of the heat exchanger at a temperature of 575 F was circulated and the operation continued for 48 hours with the steam shut off after 24 hours.
When the heater returned to service, the overall heat transfer rate was 63 British Heat Units per hour per cubic foot per F.
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