Diseño de P&ID de Hornos

Jess Cruz

Juan Jos Martn

INDICE DE CONTENIDOS1. Datos de la Divisin

2. Productos y Servicios

3. Aspectos Tcnicos de Diseo

o Diseo de Intercambiadores de Caloro Diseo de Air Coolerso Diseo de Fired Heaterso Diseo de P&IDs de combustin

1. DATOS DE LA DIVISIN

{ Qu es TR-Tecnical?Empresa lder en diseo de equipos para transferencia de calor

{ Origen: En 1965 se funda la divisin de transferencia de calor, Tecnical


{ Especialidad:Diseo y suministro de equipos para transferencia de calor

{ Experiencia: 38 aos de experiencia en industria petroqumica


{ Referencias:>3000 equipos diseados en operacin

{ Mercado: 70% Internacional30% Nacional

2. PRODUCTOS Y SERVICIOSPRODUCTOS

{ Hornos de Proceso:

Tipo Cabina y Cilndricos

{ Sistemas de Recuperacin de Calor

{ Cambiadores de Calor:

Industria Qumica / PetroqumicaPlantas SolaresPlantas NuclearesAlta Presin

{ Air Coolers:

Tiro ForzadoTiro InducidoAlta Presin

2. PRODUCTOS Y SERVICIOSSERVICIOS

{ Estudios de Viabilidad

{ Ingeniera Bsica y de Detalle

{ Diseo trmico, mecnico y estructural

{ Gestin de Proyectos

{ Compras

{ Supervisin e Inspeccin:

Fabricacin, Instalacin, Construccin y Comisionado

3. ASPECTOS TCNICOS DE DISEO

3.1. Diseo de Intercambiadores de Calor

3.1 DISEO DE INTERC. DE CALOR

{ Cdigos de Diseo:

API, TEMA, ASME, etc.

{ Especificaciones del Proyecto:

Cliente / Licenciante / TR

{ Anlisis Ingeniera Bsica:

Viabilidad termo-hidrulicaBalances Materia y Energa Tipo de Unidad, experiencia PFD P&IDsPlot Plants, etc.


{ Ingeniera de Detalle:

Tipo de equipo TEMA

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

Limitaciones de diseo:

PesoGeometra (L/D) Hidrulica, Prdida de Carga Permitida, etc.

Software:

HTRI, programas TR (know-how)


{ HTRI:

Potente herramienta de clculo termo-hidrulico:

Feed back Ingenieras, Suministradores, etc.Ensayos en plantas piloto continuos (I+D)

Mtodo de clculo Propio:

Correlacin de coeficientesTipo de sistemas (mezclas, inertes, etc.)Resolucin por Diferencias Finitas

Generacin de disposiciones mecnicos preliminares

Anlisis de posibilidad de vibraciones en tubos


INTERACCIN INTERDISCIPLINAR

MECNICA, PIPING, PROCESOS,

OPTIMIZACINACEPTACIN CLIENTESUMINISTRADORES

DISEO PROPUESTO

HTRICRITERIO DISEADOR

EXPERIENCIA


3.2. Diseo de Air Coolers

3.2 DISEO DE AIR COOLERS

{ Ingeniera de Detalle:

Seleccin Distribuidor

Disposicin: Tiro Forzado / Inducido

Materiales (P, T, servicios)

Limitaciones de diseo:

PesoGeometra (L, ancho bundle, rack,)Hidrulica, Prdida de Carga Permitida, etc.Tipo de aletasTamao de ventiladores

Software:

HTRI

3.2 DISEO DE AIR COOLERS

{ Control de Temperatura:

Persianas: Manuales o Automticas (Palas Fijas)

Accin sobre el ventilador: ngulo de pala

Actuacin sobre el motor: VSDS

{ Servicios especiales:

Equipos de winterizing (Recirculacin de Aire)

Air Coolers con Steam Coils

Equipos con presencia de sales


3.3. Diseo de Fired Heaters

3.3 DISEO DE FIRED HEATERS

CLASIFICACIN HORNOS

DE PROCESO

OBJETIVO

CALOR SENSIBLE (HOT OIL)CALOR LATENTE (EVAP)

CRACKINGREFORMADO (H2)

INCINERACIN

FORMA

CMARA SIMPLECMARA DOBLE

CMARA MULTICELDA

OTROS

CON/SIN CONVECTIVATIRO NATURAL/FORZADO

CON/SIN PRECALENT.UP/DOWN FIRED

LLAMA HORIZONTAL


{ SERPENTINES:

Tubos Rectos + Codos unidos por soldadura

Depsitos de Carbn de Coque: Codos accesibles

Disposicin de tubos:

Radiacin: vertical / horizontalConveccin: horizontal

Tubos horizontales:

Ventajas de estabilidad en mezclas Mayor soportacin que tubos verticales

Radiacin Simple / Doble Radiacin


PARTES DE UN HORNO (I)

CMARA RADIACIN

MAYOR T (RADIACIN)HORIZONTAL / VERTICAL

TUBOS DE CHOQUE

PARTE INFERIOR CONVECTIVAPOSICIN HORIZONTAL

CONVECCIN + RADIACIN

CONVECCIN

POSICIN HORIZONTALSUPERF. EXTENDIDA


PARTES DE UN HORNO (II)

PAREDES DE HORNOS

EXTERIOR: CHAPAS SOLDADASINTERIOR: REFRACTARIO

SOPORTES TUBOS

MATERIALES FUNDICINALEADOS (Cr-Ni)


{ CHIMENEA:

Tradicionalmente:

Pocas filas de convectivaChimeneas cortas

Actualmente:

Mayor rendimiento (menor T)Chimeneas largasRegulacin medioambiental


{ VENTILADORES:

Tradicionalmente:

Tiro Natural Regulacin con dampers de chimenea y registros quemadores

Actualmente:

Instalacin de ventiladores de tiro forzadoControl aire/combustibleEficacia de combustin (control llama)


{ BALANCE DE CALOR EN HORNOS

Se fija Rendimiento del horno () T humos

Liberacin = Duty / (kcal/h)

Liberacin / L.H.V. Consumo de combustible (kg/h)


{ BALANCE TOTAL

Q COMBUSTIN + Q COMBUSTIBLE + Q AIRE = Q PROCESO + Q PRDIDAS

LOBO-EVANS (CALOR POR RADIACIN)

Q PROCESO = Q RADIACIN = x F x A x (Ta4 Tb4)

CONVECCIN 5-20% (altura convectiva)

HOTTEL (REA DE SUPERFICIE RECEPTORA)

A = x AcpQ PRDIDAS = Q PAREDES + Q CHIMENEA


{ BALANCE PARCIAL (CMARA RADIACIN)

Q SAL RAD = Q COMBUSTIN + Q COMBUSTIBLE + Q AIRE - Q RAD - Q PRD. RAD

H SAL. RAD = Q SAL. RAD / G COMBUSTIBLE T SAL. RAD

{ BALANCE PARCIAL (CONVECTIVA)

Q SAL CONV = Q SAL RAD. - Q CONV. - Q PRD. RAD

H SAL. CONV. = Q SAL. CONV. / G COMBUSTIBLE T SAL. CONV.Q CONV. = U x A x MTD (iterativo)


{ FACTOR DE INTERCAMBIO (F)

Q PROCESO = Q RADIACIN = x F x A x (Ta4 Tb4)

Depende de:

Emisividad llama ()

Concentracin de CO2, H2O y SO2

rea por donde se pierde radiacin (Cuerpos Negros)


3.4. Diseo de P&IDs

3.4 DISEO DE P&IDs

{ CONTROL DE AIRE/COMBUSTIBLE

{ CONTROL DE HUMOS DE COMBUSTIN

{ SEGURIDAD EN HORNOS DE PROCESO

API 556, NFPA, etc.

3.4 DISEO DE P&IDs

{ CONTROL DE AIRE/COMBUSTIBLE (TIRO NATURAL)

Medicin demanda calor:

Actuacin sobre vlvula de combustible

Medicin del exceso de aire:

Actuacin sobre damper chimenea

3.4 DISEO DE P&IDs

{ CONTROL DE AIRE/COMBUSTIBLE (TIRO FORZADO)

Sistema de Rels Cruzados:

Establece mnimo caudal de aire, segn la seal mayor entre demanda de calor y caudal de combustible medidos.

Establece mximo caudal de combustible, segn la seal menor entre la demanda de calor y el caudal de aire medidos.

3.4 DISEO DE P&IDs

{ TIRO FORZADO-COMBINATION FIRING

Sistema de Rels Cruzados:

Establece mnimo caudal de aire, segn la seal mayor entre demanda de calor y caudal de combustible medidos.

Establece mximo caudal de combustible, segn la seal menor entre la demanda de calor y el caudal de aire medidos.

El sistema est diseado para quemar indistintamente combustibles lquidos, gaseosos o mezcla de ambos.

3.4 DISEO DE P&IDs

{ CONTROL DE HUMOS

Presin en el arco del horno: -2.5 mmca

Regulacin con damper salida convectiva

Soplante de inducido (con preca en operacin)

3.4 DISEO DE P&IDs

{ SEGURIDAD EN HORNOS DE PROCESO (DISPAROS)

Corte total (pilotos+combustible principal):

Parada de emergenciaAlta / Baja Presin a pilotosFallo de llamaAlta presin en cmara de radiacin

Corte parcial (slo combustible principal)

Causas externas a la combustinAlta/Baja Presin colector principal de combutibleFallo parcial de llama

RUEGOS Y

PREGUNTAS

SUPERFICIE

ENSUCIAMIENTOEN TUBOS

PRESION ENTUBOS

ENSUCIAMIENTOEN CARCASA

PRESION ENCARCASA

LIMPIO

MEDIA GRANDE

SUCIO

BAJA YMEDIA

SUCIO

MUY ALTA

LIMPIO

MUY ALTA

BAJA YMEDIA

DOBLE TUBO

TUBOS EN -U

PLACAS TUBULARES FIJAS

CABEZAL FLOTANTE

PCALCULO DE LASPROPIEDADES FISICAS

CALCULO DE LA MTD

FIJAR UN VALOR DELCOEFICIENTE GLOBAL Usup.

FIJAR N 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 C

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 C(correccin por bypasses y tipo de carcasa)

P>100 kg/cm2

Tipo de cabezal

Presin EnsuciamientoDistribuidor

Cabezal soldado con tapones

Cabezal con tapa

desmontable

P

TYPICAL FORCED DRAFTUNIT ILLUSTRATION

TYPICAL INDUCED DRAFTUNIT ILLUSTRATION

ALETAS EMBEDDED ALETAS EXTRUDED ALETAS TIPO L

T operacin hasta 400 C

Ambientes corrosivos pobres

Bajo coste inversin


Ambientes corrosivos

Alto coste inversin


Ambientes corrosivos pobres

Bajo coste inversin

GENERAL ARRANGEMENTLOUVER

(DISPOSICION GENERAL DE PERSIANA)

TT TC

TT TC

SC

CONTROL CON PERSIANAS

CONTROL CON VSDS

Fluido de Proceso: Problemas de Cristalizacin, Solidificacin, Pour Point, etc.

Control de T metal del tubo por medio T entrada aire

Instalacin de una closed house con persianas automticas

CMARA RADIACIN SENCILLA CILNDRICA

CMARA RADIACIN SENCILLA PARALELEPPEDA

CMARA RADIACIN DOBLE PARALELEPPEDA

COIL HORIZONTAL COIL VERTICAL

RADIACIN SIMPLE VS. DOBLE RADIACIN

Doble Radiacin T metal inferiores (menor coquizacin)

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)

INDICE DE CONTENIDOS1. DATOS DE LA DIVISIN1. DATOS DE LA DIVISIN1. DATOS DE LA DIVISIN2. PRODUCTOS Y SERVICIOS2. PRODUCTOS Y SERVICIOS3. ASPECTOS TCNICOS DE DISEO3.1 DISEO DE INTERC. DE CALOR3.1 DISEO DE INTERC. DE CALOR3.1 DISEO DE INTERC. DE CALOR3.1 DISEO DE INTERC. DE CALOR3. ASPECTOS TCNICOS DE DISEO3.2 DISEO DE AIR COOLERS3.2 DISEO DE AIR COOLERS3. ASPECTOS TCNICOS DE DISEO3.3 DISEO DE FIRED HEATERS3.3 DISEO DE FIRED HEATERS3.3 DISEO DE FIRED HEATERS3.3 DISEO DE FIRED HEATERS3.3 DISEO DE FIRED HEATERS3.3 DISEO DE FIRED HEATERS3.3 DISEO DE FIRED HEATERS3.3 DISEO DE FIRED HEATERS3.3 DISEO DE FIRED HEATERS3.3 DISEO DE FIRED HEATERS3. ASPECTOS TCNICOS DE DISEO3.4 DISEO DE P&IDs3.4 DISEO DE P&IDs3.4 DISEO DE P&IDs3.4 DISEO DE P&IDs3.4 DISEO DE P&IDs3.4 DISEO DE P&IDs

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