Jesús Cruz Juan José Martín

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Jesús Cruz

Juan José Martín

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INDICE DE CONTENIDOS

1. Datos de la División

2. Productos y Servicios

3. Aspectos Técnicos de Diseño

o

Diseño de Intercambiadores de Calor

o

Diseño de Air Coolers

o

Diseño de Fired Heaters

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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

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1. DATOS DE LA DIVISIÓN

{

Especialidad:

Diseño y suministro

de equipos para

transferencia de calor

{

Experiencia:

38 años de

experiencia en

industria petroquímica

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1. DATOS DE LA DIVISIÓN

{

Referencias:

>3000 equipos

diseñados en

operación

{

Mercado:

70% Internacional

30% Nacional

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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

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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

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3. ASPECTOS TÉCNICOS DE DISEÑO

3.1. Diseño de Intercambiadores de Calor

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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

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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:

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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

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3.1 DISEÑO DE INTERC. DE CALOR

INTERACCIÓN INTERDISCIPLINAR MECÁNICA, PIPING, PROCESOS,…

OPTIMIZACIÓN ACEPTACIÓN CLIENTE SUMINISTRADORES DISEÑO PROPUESTO HTRI CRITERIO DISEÑADOR EXPERIENCIA

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3. ASPECTOS TÉCNICOS DE DISEÑO

3.2. Diseño de Air Coolers

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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:

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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

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3. ASPECTOS TÉCNICOS DE DISEÑO

3.3. Diseño de Fired Heaters

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3.3 DISEÑO DE FIRED HEATERS

CLASIFICACIÓN

HORNOS 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

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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

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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

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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)

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3.3 DISEÑO DE FIRED HEATERS

{ CHIMENEA:

Tradicionalmente:

Pocas filas de convectiva Chimeneas cortas

Actualmente:

Mayor rendimiento (menor T) Chimeneas largas

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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

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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)

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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 _{– Tb}4₎

CONVECCIÓN 5-20% (altura convectiva)

“HOTTEL” (ÁREA DE SUPERFICIE RECEPTORA) A = α x Acp

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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)

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3.3 DISEÑO DE FIRED HEATERS

{ FACTOR DE INTERCAMBIO (F)

Q _PROCESO= Q _RADIACIÓN= σ x F x A x (Ta4 _{– Tb}4₎

Depende de:

Emisividad llama (ε)

Concentración de CO2, H2O y SO2

(27)

3. ASPECTOS TÉCNICOS DE DISEÑO

3.4. Diseño de P&ID´s

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3.4 DISEÑO DE P&ID´s

{ CONTROL DE AIRE/COMBUSTIBLE

{ CONTROL DE HUMOS DE COMBUSTIÓN { SEGURIDAD EN HORNOS DE PROCESO

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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:

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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.

(31)

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.

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3.4 DISEÑO DE P&ID´s

{ CONTROL DE HUMOS

Presión en el arco del horno: -2.5 mmca

Regulación con damper salida convectiva

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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

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RUEGOS

Y

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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

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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

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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 8000

Length from inlet, mm

Shell(1) Bulk temperature, C Tube Bulk temperature, C

MTD (HTRI) = ∑MTDi = 40 ºC

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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/cm2

Fouling

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TYPICAL FORCED DRAFT UNIT ILLUSTRATION

TYPICAL INDUCED DRAFT UNIT ILLUSTRATION

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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

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GENERAL ARRANGEMENT LOUVER

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TT

TC

TT

TC

SC

CONTROL

CON

PERSIANAS

CONTROL

CON VSDS

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Fluido de Proceso: Problemas de Cristalización, Solidificación, Pour Point, etc. Control de T metal del tubo por medio T entrada aire

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RADIACIÓN SIMPLE VS. DOBLE RADIACIÓN

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SUPERFICIES EXTENDIDAS EN HORNOS

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(59)

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