El misterio de 30 minutos
Un intercambiador de calor de PTFE en un baño de zinc calienta la solución desde 25 grados hasta el punto de ajuste de 55 grados. Durante los primeros 30 minutos, el calentamiento se realiza con normalidad. La temperatura aumenta al ritmo esperado. La presión del vapor se mantiene estable en 3 barg. Luego, sin ningún cambio en el suministro de vapor o en la posición de la válvula de control, la velocidad de calentamiento disminuye. La temperatura del baño se estabiliza en 48 grados. El intercambiador no puede alcanzar el punto de ajuste a pesar del flujo continuo de vapor.
El mismo comportamiento se repite todos los días. Arranque en frío: calentamiento normal durante 30 minutos, luego pérdida de capacidad. El patrón apunta a una condición que se desarrolla dentro del intercambiador mientras opera-una condición que no existe al inicio pero se acumula durante la primera media-hora de operación.
Tres mecanismos pueden producir esta pérdida retrasada de capacidad: inundación progresiva de condensado, inertización de gas no-condensable o cambios-en el flujo lateral del proceso. El diagnóstico sistemático identifica qué mecanismo es responsable.
Mecanismo 1: Inundación progresiva de condensado
Al arrancar, el intercambiador de calor está frío. El vapor se condensa rápidamente y la carga de condensado es alta. La trampa de vapor maneja adecuadamente la carga elevada porque el condensado está frío y no se evapora. A medida que el intercambiador se calienta, la temperatura del condensado aumenta. A una temperatura cercana a la-saturación, parte del condensado se convierte en vapor a medida que pasa a través de la trampa. El vapor flash ocupa volumen en la trampa y en la línea de condensado, lo que reduce la capacidad efectiva de descarga de condensado.
Si la línea de retorno de condensado tiene un tamaño marginal, el volumen de vapor flash agregado crea contrapresión. La contrapresión obliga al condensado a retroceder hacia los tubos inferiores del intercambiador. Los tubos inundados dejan de transferir calor. La superficie efectiva disminuye. La producción de calor disminuye.
La firma del diagnóstico: la temperatura del condensado en la entrada de la trampa está en la saturación o cerca de ella. La trampa realiza ciclos rápidamente o permanece abierta continuamente. La línea de retorno de condensado se siente caliente aguas abajo, lo que indica vapor flash. Un aumento temporal en la ventilación de la línea de condensado restablece la capacidad brevemente.
Mecanismo 2: cobertura de gas no-condensable
El aire, el dióxido de carbono y otros gases no-condensables ingresan al sistema de vapor durante el arranque de la caldera, a través de interruptores de vacío o por descomposición del tratamiento químico. Cuando entra vapor al intercambiador de calor, estos gases no se condensan. Se acumulan en las partes superiores de los tubos, formando una capa de gas estancado.
La manta de gas aísla la pared del tubo del vapor. La transferencia de calor a través de la sección llena de gas-cae casi a cero. Los tubos revestidos no contribuyen en nada a la producción de calor total. A medida que se acumula más gas, la zona cubierta se expande y la capacidad disminuye progresivamente.
La firma del diagnóstico: la temperatura de la superficie de los tubos, medida mediante termometría infrarroja o sonda de contacto, es significativamente más fría en la parte superior de los tubos que cerca de la entrada de vapor. La manta de gas ocupa los puntos más altos. Un respiradero termostático en el punto más alto del intercambiador, si se abre momentáneamente, libera gas y restablece la capacidad inmediatamente.
Tabla 1: Diferenciación diagnóstica de los mecanismos de pérdida de capacidad retardada
| Síntoma | Inundaciones de condensado | Cobertura de gas | Proceso-Cambio de lado |
|---|---|---|---|
| Momento de la pérdida de capacidad | Gradual durante 20-40 min | Gradual durante 20-60 min | Correlacionado con la actividad productiva. |
| Perfil de temperatura de la pared del tubo | Fresco en el fondo (zona inundada) | Fresco en la parte superior (bolsa de gasolina) | uniformemente fresco |
| Temperatura del condensado | Casi saturación; línea de retorno caliente | Normal | Normal |
| Respuesta a la ventilación | Ninguna mejora inmediata | Recuperación inmediata de capacidad | Sin respuesta |
| Respuesta al bypass de trampa | Mejora temporal | Ninguna mejora | Sin respuesta |
| Presión de vapor en la entrada | Puede aumentar (contrapresión) | Normal o ligeramente elevado | Normal |
| Patrón de inicio | Mismo tiempo en cada ciclo | El tiempo varía según el funcionamiento de la caldera. | Varía según el programa de producción. |
Mecanismo 3: Proceso-Cambio de flujo lateral
Si el intercambiador de calor sirve a un sistema de recirculación, un cambio en el flujo del lado del proceso-puede imitar una pérdida de capacidad. Un filtro de bomba que se obstruye progresivamente, una válvula que se cierra o un filtro que se carga reducen el caudal a través del intercambiador de calor. El flujo reducido reduce el coeficiente de transferencia de calor y el intercambiador parece perder capacidad.
La firma del diagnóstico: el -medidor de flujo del lado del proceso (si está instalado) muestra un flujo reducido. La caída de presión del lado del proceso-a través del intercambiador es menor que la línea base. El problema se desarrolla en cuestión de días o semanas, no en minutos, lo que lo distingue de las inundaciones o las cubiertas de gas.
Resumen
La pérdida retardada de capacidad en un intercambiador de calor de PTFE-calentamiento normal seguido de una disminución después de 30 minutos-es causada más comúnmente por inundación progresiva de condensado a medida que el vapor flash reduce la capacidad de la trampa, o por acumulación de gas no-condensable que cubre las superficies de los tubos. El perfil de temperatura de la pared del tubo y la respuesta a la ventilación distinguen los dos mecanismos.
La inundación de condensado provoca temperaturas frías en los fondos de los tubos y responde a la derivación de la trampa. La inertización de gas provoca temperaturas frías en las tapas de los tubos y responde a la ventilación. Los cambios en el flujo del lado del proceso-se desarrollan en escalas de tiempo más largas y se identifican mediante la medición del flujo.
El soporte de ingeniería para la resolución de problemas del intercambiador de calor de PTFE está disponible tras el envío de las tendencias de temperatura de funcionamiento, la configuración del sistema de condensado, los datos de calidad del vapor y cualquier cambio observado en el flujo lateral del proceso-.
