Jesús Cruz Juan José Martín - isa.cie.uva.esprada/PresentacionJJRosano.pdf · {HTRI: Potente...

Jesús Cruz

Juan José Martín

INDICE DE CONTENIDOS1. Datos de la División

2. Productos y Servicios

3. Aspectos Técnicos de Diseño

o Diseño de Intercambiadores de Caloro Diseño de Air Coolerso Diseño de Fired Heaterso Diseño de P&ID´s de combustión

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% Internacional30% Nacional

2. PRODUCTOS Y SERVICIOSPRODUCTOS

Hornos de Proceso:

Tipo Cabina y Cilíndricos

Sistemas de Recuperación de Calor

Cambiadores de Calor:

Industria Química / PetroquímicaPlantas SolaresPlantas NuclearesAlta Presión

Air Coolers:

Tiro ForzadoTiro InducidoAlta Presión

2. PRODUCTOS Y SERVICIOSSERVICIOS

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-hidráulicaBalances Materia y Energía Tipo de Unidad, experiencia PFD – P&ID´sPlot Plants, etc.

3.1 DISEÑO DE INTERC. DE CALOR

Ingeniería de Detalle:

Tipo de equipo TEMA

Materiales: P, T y servicios (H2, H2S,..)

Limitaciones de diseño:

PesoGeometría (L/D) Hidráulica, Pérdida de Carga Permitida, etc.

Software:

HTRI, programas TR (know-how)

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 coeficientesTipo 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,…

OPTIMIZACIÓNACEPTACIÓN CLIENTESUMINISTRADORES

DISEÑO PROPUESTO

HTRICRITERIO 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:

PesoGeometría (L, ancho bundle, rack,…)Hidráulica, Pérdida de Carga Permitida, etc.Tipo de aletasTamaño de ventiladores

Software:

HTRI

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

Equipos con presencia de sales

3. ASPECTOS TÉCNICOS DE DISEÑO

3.3. Diseño de Fired Heaters

3.3 DISEÑO DE FIRED HEATERS

CLASIFICACIÓN HORNOS

DE PROCESO

OBJETIVO

CALOR SENSIBLE (HOT OIL)CALOR LATENTE (EVAP)

CRACKINGREFORMADO (H2)

INCINERACIÓN

FORMA

CÁMARA SIMPLECÁMARA DOBLE

CÁMARA MULTICELDA

OTROS

CON/SIN CONVECTIVATIRO 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 / horizontalConvección: 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 CONVECTIVAPOSICIÓN HORIZONTAL

CONVECCIÓN + RADIACIÓN

CONVECCIÓN

POSICIÓN HORIZONTALSUPERF. EXTENDIDA

3.3 DISEÑO DE FIRED HEATERS

PARTES DE UN HORNO (II)

PAREDES DE HORNOS

EXTERIOR: CHAPAS SOLDADASINTERIOR: REFRACTARIO

SOPORTES TUBOS

MATERIALES FUNDICIÓNALEADOS (Cr-Ni)

3.3 DISEÑO DE FIRED HEATERS

CHIMENEA:

Tradicionalmente:

Pocas filas de convectivaChimeneas cortas

Actualmente:

Mayor rendimiento (menor T)Chimeneas largasRegulación medioambiental

3.3 DISEÑO DE FIRED HEATERS

VENTILADORES:

Tradicionalmente:

Tiro Natural Regulación con dampers de chimenea y registros quemadores

Actualmente:

Instalación de ventiladores de tiro forzadoControl aire/combustibleEficacia de combustión (control llama)

3.3 DISEÑO DE FIRED HEATERS

BALANCE DE CALOR EN HORNOS

Se fija Rendimiento del horno (η) T humos

Liberación = Duty / η (kcal/h)

Liberación / L.H.V. Consumo de combustible (kg/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

Q PÉRDIDAS = Q PAREDES + Q CHIMENEA

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 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 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

Área por donde se pierde radiación (Cuerpos Negros)

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

API 556, NFPA, etc.

3.4 DISEÑO DE P&ID´s

CONTROL DE AIRE/COMBUSTIBLE (TIRO NATURAL)

Medición demanda calor:

Actuación sobre válvula de combustible

Medición del exceso de aire:

Actuación sobre damper chimenea

3.4 DISEÑO DE P&ID´s

CONTROL DE AIRE/COMBUSTIBLE (TIRO FORZADO)

Sistema de Relés Cruzados:

Establece mínimo caudal de aire, según la señal mayor entre demanda de calor y caudal de combustible medidos.

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:

Establece mínimo caudal de aire, según la señal mayor entre demanda de calor y caudal de combustible medidos.

Establece máximo caudal de combustible, según la señal menor entre la demanda de calor y el caudal de aire medidos.

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

Soplante de inducido (con preca en operación)

3.4 DISEÑO DE P&ID´s

SEGURIDAD EN HORNOS DE PROCESO (DISPAROS)

Corte total (pilotos+combustible principal):

Parada de emergenciaAlta / Baja Presión a pilotosFallo de llamaAlta presión en cámara de radiación

Corte parcial (sólo combustible principal)

Causas externas a la combustiónAlta/Baja Presión colector principal de combutibleFallo parcial de llama

RUEGOS Y

PREGUNTAS

SUPERFICIE

ENSUCIAMIENTOEN TUBOS

PRESION ENTUBOS

ENSUCIAMIENTOEN CARCASA

PRESION ENCARCASA

LIMPIO

MEDIA ÓGRANDE

SUCIO

BAJA YMEDIA

SUCIO

MUY ALTA

LIMPIO

MUY ALTA

BAJA YMEDIA

DOBLE TUBO

TUBOS EN -U

PLACAS TUBULARES FIJAS

CABEZAL FLOTANTE

P

CALCULO DE LASPROPIEDADES FISICAS

CALCULO DE LA MTD

FIJAR UN VALOR DELCOEFICIENTE GLOBAL Usup.

FIJAR Nº DE CARCASAS YCARACTERISTICAS

GEOMETRICAS DE CADA UNA

CALCULO DE COEFICIENTE YPERDIDA DE CARGA EN TUBOS

CALCULO DE COEFICIENTE YPERDIDA DE CARGA EN CARCASA

CALCULO DEL COEFICIENTEGLOBAL Ucal.

FIJAR UN VALOR MASALTO DEL COEFICIENTE

GLOBAL Usup.

>

Ucal: Usup>

=≤

CAMBIADOR CORRECTO

F

FIJAR UN VALOR MASBAJO DEL COEFICIENTE

GLOBAL Usup.

>

05.1:UU

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(corrección por bypasses y tipo de carcasa)

P>100 kg/cm2

Tipo de cabezal

Presión EnsuciamientoDistribuidor

Cabezal soldado con tapones

Cabezal con tapa

desmontable

P<30 kg/cm2

100<P<30 kg/cm2

Fouling

Fouling

TYPICAL FORCED DRAFTUNIT ILLUSTRATION

TYPICAL INDUCED DRAFTUNIT 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 ARRANGEMENTLOUVER

(DISPOSICION GENERAL DE PERSIANA)

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

Instalación de una “closed house” con persianas automáticas

CÁMARA RADIACIÓN SENCILLA CILÍNDRICA

CÁMARA RADIACIÓN SENCILLA PARALELEPÍPEDA

CÁMARA RADIACIÓN DOBLE PARALELEPÍPEDA

COIL HORIZONTAL COIL VERTICAL

RADIACIÓN SIMPLE VS. DOBLE RADIACIÓN

Doble Radiación T metal inferiores (menor coquización)

SUPERFICIES EXTENDIDAS EN HORNOS

ALETAS TETONES

CONTROL AIRE/COMBUSTIBLE EN TIRO NATURAL

CONTROL AIRE/COMBUSTIBLE EN TIRO FORZADO

CONTROL AIRE/COMBUSTIBLE EN TIRO FORZADO (“COMBINATION FIRING”)