Jesús Cruz
Juan José Martín
INDICE DE CONTENIDOS
1.
Datos de la División
2.
Productos y Servicios
3.
Aspectos Técnicos de Diseño
o
Diseño de Intercambiadores de Calor
oDiseño de Air Coolers
o
Diseño de Fired Heaters
1. DATOS DE LA DIVISIÓN
{¿Qué es TR-Tecnical?
Empresa líder en
diseño de equipos
para transferencia de
calor
{Origen:
En 1965 se funda la
división de
transferencia de calor,
Tecnical
1. DATOS DE LA DIVISIÓN
{Especialidad:
Diseño y suministro
de equipos para
transferencia de calor
{Experiencia:
38 años de
experiencia en
industria petroquímica
1. DATOS DE LA DIVISIÓN
{
Referencias:
>3000 equipos
diseñados en
operación
{
Mercado:
70% Internacional
30% Nacional
2. PRODUCTOS Y SERVICIOS
PRODUCTOS
{ Hornos de Proceso:
Tipo Cabina y Cilíndricos
{ Sistemas de Recuperación de Calor { Cambiadores de Calor:
Industria Química / Petroquímica Plantas Solares Plantas Nucleares Alta Presión { Air Coolers: Tiro Forzado Tiro Inducido Alta Presión
2. PRODUCTOS Y SERVICIOS
SERVICIOS
{ Estudios de Viabilidad
{ Ingeniería Básica y de Detalle
{ Diseño térmico, mecánico y estructural
{ Gestión de Proyectos
{ Compras
{ Supervisión e Inspección:
Fabricación, Instalación, Construcción y Comisionado
3. ASPECTOS TÉCNICOS DE DISEÑO
3.1. Diseño de Intercambiadores de Calor
3.1 DISEÑO DE INTERC. DE CALOR
{ Códigos de Diseño:
API, TEMA, ASME, etc.
{ Especificaciones del Proyecto:
Cliente / Licenciante / TR
{ Análisis Ingeniería Básica:
Viabilidad termo-hidráulica
Balances Materia y Energía
Tipo de Unidad, experiencia PFD – P&ID´s
3.1 DISEÑO DE INTERC. DE CALOR
{ Ingeniería de Detalle:
Tipo de equipo TEMA
Materiales: P, T y servicios (H2, H2S,..) Limitaciones de diseño:
Peso
Geometría (L/D)
Hidráulica, Pérdida de Carga Permitida, etc. Software:
3.1 DISEÑO DE INTERC. DE CALOR
{ HTRI:
Potente herramienta de cálculo termo-hidráulico: Feed back Ingenierías, Suministradores, etc. Ensayos en plantas piloto continuos (I+D) Método de cálculo Propio:
Correlación de coeficientes
Tipo de sistemas (mezclas, inertes, etc.) Resolución por Diferencias Finitas
Generación de disposiciones mecánicos preliminares Análisis de posibilidad de vibraciones en tubos
3.1 DISEÑO DE INTERC. DE CALOR
INTERACCIÓN INTERDISCIPLINAR MECÁNICA, PIPING, PROCESOS,…
OPTIMIZACIÓN ACEPTACIÓN CLIENTE SUMINISTRADORES DISEÑO PROPUESTO HTRI CRITERIO DISEÑADOR EXPERIENCIA
3. ASPECTOS TÉCNICOS DE DISEÑO
3.2. Diseño de Air Coolers
3.2 DISEÑO DE AIR COOLERS
{ Ingeniería de Detalle:
Selección Distribuidor
Disposición: Tiro Forzado / Inducido Materiales (P, T, servicios)
Limitaciones de diseño: Peso
Geometría (L, ancho bundle, rack,…)
Hidráulica, Pérdida de Carga Permitida, etc. Tipo de aletas
Tamaño de ventiladores Software:
3.2 DISEÑO DE AIR COOLERS
{ Control de Temperatura:
Persianas: Manuales o Automáticas (Palas Fijas) Acción sobre el ventilador: Ángulo de pala
Actuación sobre el motor: VSDS
{ Servicios especiales:
Equipos de “winterizing” (Recirculación de Aire) Air Coolers con Steam Coils
3. ASPECTOS TÉCNICOS DE DISEÑO
3.3. Diseño de Fired Heaters
3.3 DISEÑO DE FIRED HEATERS
CLASIFICACIÓNHORNOS DE PROCESO
OBJETIVO
CALOR SENSIBLE (HOT OIL) CALOR LATENTE (EVAP)
CRACKING REFORMADO (H2) INCINERACIÓN FORMA CÁMARA SIMPLE CÁMARA DOBLE CÁMARA MULTICELDA OTROS CON/SIN CONVECTIVA TIRO NATURAL/FORZADO CON/SIN PRECALENT. UP/DOWN FIRED LLAMA HORIZONTAL
3.3 DISEÑO DE FIRED HEATERS
{ SERPENTINES:
Tubos Rectos + Codos unidos por soldadura
Depósitos de Carbón de Coque: Codos accesibles Disposición de tubos:
Radiación: vertical / horizontal Convección: horizontal
Tubos horizontales:
Ventajas de estabilidad en mezclas
Mayor soportación que tubos verticales Radiación Simple / Doble Radiación
3.3 DISEÑO DE FIRED HEATERS
PARTES DE UN HORNO (I)
CÁMARA RADIACIÓN
MAYOR T (RADIACIÓN) HORIZONTAL / VERTICAL
TUBOS DE CHOQUE
PARTE INFERIOR CONVECTIVA POSICIÓN HORIZONTAL CONVECCIÓN + RADIACIÓN
CONVECCIÓN
POSICIÓN HORIZONTAL SUPERF. EXTENDIDA
3.3 DISEÑO DE FIRED HEATERS
PARTES DE UN HORNO (II)
PAREDES DE HORNOS
EXTERIOR: CHAPAS SOLDADAS INTERIOR: REFRACTARIO
SOPORTES TUBOS
MATERIALES FUNDICIÓN ALEADOS (Cr-Ni)
3.3 DISEÑO DE FIRED HEATERS
{ CHIMENEA:
Tradicionalmente:
Pocas filas de convectiva Chimeneas cortas
Actualmente:
Mayor rendimiento (menor T) Chimeneas largas
3.3 DISEÑO DE FIRED HEATERS
{ VENTILADORES:
Tradicionalmente: Tiro Natural
Regulación con dampers de chimenea y registros quemadores
Actualmente:
Instalación de ventiladores de tiro forzado Control aire/combustible
3.3 DISEÑO DE FIRED HEATERS
{ BALANCE DE CALOR EN HORNOS
Se fija Rendimiento del horno (η) Æ T humos Liberación = Duty / η (kcal/h)
3.3 DISEÑO DE FIRED HEATERS
{ BALANCE TOTAL
Q COMBUSTIÓN + Q COMBUSTIBLE + Q AIRE = Q PROCESO + Q PÉRDIDAS “LOBO-EVANS” (CALOR POR RADIACIÓN)
Q PROCESO = Q RADIACIÓN = σ x F x A x (Ta4 – Tb4)
CONVECCIÓN 5-20% (altura convectiva)
“HOTTEL” (ÁREA DE SUPERFICIE RECEPTORA) A = α x Acp
3.3 DISEÑO DE FIRED HEATERS
{ BALANCE PARCIAL (CÁMARA RADIACIÓN)
Q SAL RAD = Q COMBUSTIÓN + Q COMBUSTIBLE + Q AIRE - Q RAD - Q PÉRD. RAD H SAL. RAD = Q SAL. RAD / G COMBUSTIBLE Æ T SAL. RAD
{ BALANCE PARCIAL (CONVECTIVA)
Q SAL CONV = Q SAL RAD. - Q CONV. - Q PÉRD. RAD
H SAL. CONV. = Q SAL. CONV. / G COMBUSTIBLE Æ T SAL. CONV. Q CONV. = U x A x MTD (iterativo)
3.3 DISEÑO DE FIRED HEATERS
{ FACTOR DE INTERCAMBIO (F)
Q PROCESO = Q RADIACIÓN = σ x F x A x (Ta4 – Tb4)
Depende de:
Emisividad llama (ε)
Concentración de CO2, H2O y SO2
3. ASPECTOS TÉCNICOS DE DISEÑO
3.4. Diseño de P&ID´s
3.4 DISEÑO DE P&ID´s
{ CONTROL DE AIRE/COMBUSTIBLE
{ CONTROL DE HUMOS DE COMBUSTIÓN { SEGURIDAD EN HORNOS DE PROCESO
3.4 DISEÑO DE P&ID´s
{ CONTROL DE AIRE/COMBUSTIBLE (TIRO NATURAL)
Medición demanda calor:
Æ Actuación sobre válvula de combustible
Medición del exceso de aire:
3.4 DISEÑO DE P&ID´s
{ CONTROL DE AIRE/COMBUSTIBLE (TIRO FORZADO)
Sistema de Relés Cruzados:
Æ Establece mínimo caudal de aire, según la señal mayor entre demanda de calor y caudal de combustible medidos.
Æ Establece máximo caudal de combustible, según la señal menor entre la demanda de calor y el caudal de aire medidos.
3.4 DISEÑO DE P&ID´s
{ TIRO FORZADO-”COMBINATION FIRING”
Sistema de Relés Cruzados:
Æ Establece mínimo caudal de aire, según la señal mayor entre demanda de calor y caudal de combustible medidos.
Æ Establece máximo caudal de combustible, según la señal menor entre la demanda de calor y el caudal de aire medidos.
Æ El sistema está diseñado para quemar indistintamente combustibles líquidos, gaseosos o mezcla de ambos.
3.4 DISEÑO DE P&ID´s
{ CONTROL DE HUMOS
Presión en el arco del horno: -2.5 mmca
Regulación con damper salida convectiva
3.4 DISEÑO DE P&ID´s
{ SEGURIDAD EN HORNOS DE PROCESO (DISPAROS)
Corte total (pilotos+combustible principal): Parada de emergencia
Alta / Baja Presión a pilotos Fallo de llama
Alta presión en cámara de radiación Corte parcial (sólo combustible principal)
Causas externas a la combustión
Alta/Baja Presión colector principal de combutible Fallo parcial de llama
RUEGOS
Y
SUPERFICIE ENSUCIAMIENTO EN TUBOS PRESION EN TUBOS ENSUCIAMIENTO EN CARCASA PRESION EN CARCASA LIMPIO MEDIA Ó GRANDE SUCIO BAJA Y MEDIA SUCIO MUY ALTA LIMPIO MUY ALTA BAJA Y MEDIA DOBLE TUBO TUBOS EN -U
PLACAS TUBULARES FIJAS
P
CALCULO DE LAS PROPIEDADES FISICAS
CALCULO DE LA MTD
FIJAR UN VALOR DEL COEFICIENTE GLOBAL Usup.
FIJAR Nº DE CARCASAS Y CARACTERISTICAS GEOMETRICAS DE CADA UNA
CALCULO DE COEFICIENTE Y PERDIDA DE CARGA EN TUBOS
CALCULO DE COEFICIENTE Y PERDIDA DE CARGA EN CARCASA
CALCULO DEL COEFICIENTE GLOBAL Ucal. FIJAR UN VALOR MAS
ALTO DEL COEFICIENTE GLOBAL Usup. > Ucal: Usup > = ≤ CAMBIADOR CORRECTO F
FIJAR UN VALOR MAS BAJO DEL COEFICIENTE
GLOBAL Usup. > 05 . 1 : U U SUP CAL
MTD (lineal) = (65-56) / Ln (65/56) * 0.944 = 57 ºC
140 160 180 200 220 240 260 0 1000 2000 3000 4000 5000 6000 7000 8000Length from inlet, mm
Shell(1) Bulk temperature, C Tube Bulk temperature, C
MTD (HTRI) = ∑MTDi = 40 ºC
P>100 kg/cm2
Tipo de cabezal
Presión
Ensuciamiento
Distribuidor
Cabezal soldado
con tapones
Cabezal con
tapa
desmontable
P<30 kg/cm2 100<P<30 kg/cm2Fouling
Fouling
TYPICAL FORCED DRAFT UNIT ILLUSTRATION
TYPICAL INDUCED DRAFT UNIT ILLUSTRATION
ALETAS “EMBEDDED”
ALETAS “EXTRUDED”
ALETAS TIPO “L”
T operación hasta 400 ºC Ambientes corrosivos pobres Bajo coste inversión
T operación hasta 300 ºC Ambientes corrosivos Alto coste inversión
T operación hasta 120 ºC Ambientes corrosivos pobres Bajo coste inversión
GENERAL ARRANGEMENT LOUVER
TT
TC
TT
TC
SC
CONTROL
CON
PERSIANAS
CONTROL
CON VSDS
Fluido de Proceso: Problemas de Cristalización, Solidificación, Pour Point, etc. Control de T metal del tubo por medio T entrada aire