El problema de la doble corrosión
Una instalación de procesamiento químico opera un intercambiador de calor de placas-y-marco que enfría una corriente de ácido mixto caliente con agua de torre de enfriamiento. Las placas de acero inoxidable se corroen por el lado ácido. El lado del agua de refrigeración presenta muchas incrustaciones. El intercambiador requiere un reemplazo y limpieza frecuentes de las placas. Los costos de mantenimiento aumentan. Las interrupciones de la producción se multiplican.
La instalación considera reemplazar la unidad de placa-y-marco por un diseño de carcasa-y-tubo. El desafío es que ambos lados del intercambiador transportan medios agresivos: el lado del tubo maneja el ácido mezclado caliente, el lado de la carcasa maneja agua de enfriamiento que puede transportar cloruros y sólidos disueltos. Un intercambiador de carcasa-y-tubos metálicos simplemente reubica el problema de corrosión de las placas a los tubos y la carcasa.
Un intercambiador de calor de carcasa-y-tubos totalmente de PTFE elimina la corrosión en ambos lados simultáneamente. Los tubos, la placa de tubos y el revestimiento de la carcasa son químicamente inertes para ambas corrientes del proceso. La transición de placa-y-marco a carcasa de PTFE-y-tubo requiere una ingeniería sistemática para igualar el rendimiento térmico dentro del espacio disponible y las limitaciones de conexión.
La traducción escénica
Los intercambiadores de placas-y-de marco logran altos coeficientes de transferencia de calor a través de placas delgadas y flujo turbulento a velocidades relativamente bajas. El coeficiente general de transferencia de calor para un intercambiador de placas de acero inoxidable en servicio de agua-ácida es de 2000 a 4000 W/m²·K.
Un intercambiador de carcasa-y-tubo de PTFE funciona con un coeficiente general más bajo-normalmente 200-350 W/m²·K-debido a la resistencia de la pared del fluoropolímero. Lograr el mismo rendimiento térmico requiere más superficie. La traducción de placa-y-marco a carcasa y tubo de PTFE-es un ejercicio de expansión de superficie limitado por el espacio de instalación disponible.
El proceso de diseño comienza con el servicio térmico real del intercambiador existente-no con la clasificación de la placa de identificación, que puede incluir factores de seguridad. Los registros de datos de proceso de temperaturas de entrada y salida y caudales en ambos lados establecen el verdadero trabajo requerido. El intercambiador de PTFE está dimensionado para esta función utilizando valores U-conservadores, teniendo en cuenta la resistencia mejorada a la incrustación en comparación con las placas metálicas incrustadas.
Tabla 1: Parámetros de traducción de placa-y-marco a carcasa de PTFE-y-tubo
| Parámetro de traducción | Placa-y-marco (existente) | Carcasa de PTFE-y-tubo (reemplazo) |
|---|---|---|
| Valor U-general (W/m²·K) | 2.500 (limpio), 1.200 (falta típica) | 280 (estable, sin-incrustaciones) |
| Área requerida para el mismo deber | Línea de base (1,0×) | 4-5× (basado en la relación del valor U) |
| Material del lado del tubo- | Acero inoxidable (corrosión) | PTFE (inerte) |
| Material del lado de la carcasa- | Acero inoxidable (escalado) | PTFE-revestido o PTFE sólido (inerte) |
| Material de la junta | EPDM o Viton (ataque químico) | PTFE (inercia universal) |
| Frecuencia de mantenimiento | Limpieza/reemplazo de placas cada 6-12 meses | Inspección visual anual |
| Vida útil | 2-5 años (fallo de la placa) | 10+ años |
| Huella de instalación | Compacto | Más grande (compensado al eliminar el intercambiador de repuesto) |
Estrategia de asignación de espacio
El intercambiador de carcasa-y-tubo de PTFE requiere 4-5 veces el área de superficie de la unidad limpia de placa-y marco para el mismo trabajo. En una planta química congestionada, es posible que esta huella adicional no esté disponible en la ubicación existente.
Varias estrategias abordan la limitación de espacio. El intercambiador-y-tubos se puede orientar verticalmente, utilizando la altura en lugar del área del piso. Múltiples carcasas más pequeñas en paralelo logran el área requerida mientras se ajustan dentro del espacio disponible. El intercambiador se puede reubicar en una zona con más espacio y conectarlo mediante tuberías.
La eliminación del intercambiador de repuesto-innecesario con la vida útil del 10+ año del PTFE-libera una cantidad significativa de espacio. Las instalaciones de placas-y-marcos normalmente incluyen una unidad de repuesto para un cambio rápido durante fallas de las placas. La confiabilidad del PTFE elimina este requisito.
Transición de conexión
El intercambiador de placas-y-marco existente tiene ubicaciones y tamaños de boquilla específicos para las dos corrientes de fluido. El intercambiador de carcasa-y-tubo de reemplazo debe conectarse a la tubería existente sin modificaciones importantes.
El diseño del intercambiador de PTFE especifica las ubicaciones, los tamaños y las clasificaciones de bridas de las boquillas para que coincidan con las tuberías existentes. Si la reubicación de la boquilla es inevitable, las modificaciones de las tuberías se diseñan como parte del proyecto de transición. El peso más ligero del intercambiador de PTFE en comparación con un equivalente metálico simplifica los requisitos de soporte y cimentación en las nuevas ubicaciones de las boquillas.
Resumen
La transición de un intercambiador de calor de placas-y-marco a un intercambiador de calor de carcasa-y{3}}tubos totalmente de PTFE resuelve el problema de la doble corrosión cuando ambas corrientes de fluido son agresivas. La traslación requiere de 4 a 5 veces el área de superficie para compensar la menor conductividad térmica, acomodada mediante orientación, capas paralelas o reubicación.
La eliminación del mantenimiento provocado por la corrosión-, el reemplazo de placas y el almacenamiento del intercambiador de repuesto recupera la pérdida de espacio y costos a lo largo de la vida útil prolongada. Tanto el proceso como el servicio logran la inercia química gracias a la resistencia universal a la corrosión del PTFE.
El análisis de ingeniería para la conversión de placa-y-marco a carcasa de PTFE-y-tubo está disponible previa presentación de las especificaciones existentes del intercambiador, composiciones de fluidos de proceso y servicio, temperaturas y presiones de funcionamiento, datos de servicio de calor y espacio de instalación disponible.
