Projeto

Os trocadores de calor de gás para gás de alta temperatura são comumente encontrados em fábricas de ácido sulfúrico, funcionando como intercambiadores ou pré-aquecedores para o leito do catalisador e como pré-aquecedores no forno de enxofre.

Esses recuperadores veem temperaturas muito altas e diferenciais de alta temperatura. Normalmente, pelo menos um, se não ambos, os fluxos de gás são altamente corrosivos se forem permitidos condensar.

Modos de falha comuns

Se um projeto padrão de casco e tubo for empregado, provavelmente ocorrerão vários modos de falha. Esses incluem:

Corrosão de extremidade fria – O fluxo de gás frio geralmente entra no trocador de calor a uma temperatura abaixo do ponto de orvalho dos constituintes contidos no fluxo de gás quente. Isso cria um potencial para temperaturas de superfície do material abaixo desse ponto de orvalho. Estes são comumente referidos como pontos frios. Se uma corrente de gás estiver em contato com um ponto frio, ocorrerá condensação. O ácido resultante causará corrosão localizada comumente chamada de corrosão de extremidade fria.

Incrustação na extremidade fria – Quando um fluxo de gás rico em SO3 está presente, pontos frios farão com que o SO3 precipite. O SO3 cria uma ligação tenaz com a parede do tubo de metal. Esses depósitos continuam a se acumular e, se a unidade não for desligada para manutenção, o bloqueio resultante do fluxo de gás levará a problemas óbvios de capacidade.

Falhas de estresse – Recuperadores de gás para gás de alta temperatura experimentam mudanças de temperatura rápidas e extremas. Isso resulta em rápida e significativa expansão e contração do material. Com projetos de casco e tubo padrão, os tubos provavelmente se expandirão em taxas diferentes devido à distribuição de temperatura desigual dentro do feixe de tubos. Isso resulta em forças desiguais exercidas no espelho pelos tubos e, finalmente, falha nas soldas do espelho.

Queda de pressão não prevista - Se a queda de pressão for maior do que a prevista, a vazão operacional também será menor do que a prevista.

Todos esses modos de falha impedem o desempenho do recuperador e, por fim, o desempenho de toda a planta. Uma vez em operação, o remédio ou reparo é muito caro e demorado. Se não for corrigida, a vida operacional pode ser tão curta quanto vários anos.

A solução

É imperativo avaliar minuciosamente a aplicação pretendida e projetar o recuperador com essas demandas operacionais e os modos de falha acima em mente. As questões precisam ser abordadas durante a fase de projeto para que a confiabilidade e a eficiência possam ser projetadas no recuperador.

Uma análise completa da unidade é essencial para lidar com pontos frios, tensões irregulares e queda de pressão antes que a unidade seja fabricada, de modo que ajustes e reparos dispendiosos sejam evitados e a vida operacional geral e a produtividade sejam maximizadas.

Dada a experiência e especialização, a solução é simples. O objetivo é criar simetria térmica dentro da unidade. Os seguintes recursos ajudam a atingir esse objetivo:

Feixe de tubos de passo variável – O passo, ou distância entre os tubos, varia entre as fileiras. Isso permitirá uma distribuição de fluxo mais uniforme por todo o feixe de tubos e levará a uma temperatura uniforme em todo o espelho. Isso também contribui para uma menor queda de pressão e maior eficiência térmica.

Arranjos de defletores exclusivos – Ao contrário dos arranjos padrão de casco e tubos, são utilizados locais de entrada e arranjos de defletores, resultando em uma combinação de fluxo cruzado e fluxo paralelo, além do contrafluxo comum. Múltiplas passagens são incorporadas, o que permite o circuito do fluxo de entrada de gás frio longe do fluxo de gás quente existente, evitando assim pontos frios onde seriam problemáticos. A disposição auxilia ainda mais na uniformidade da temperatura.

Plenums de entrada totalmente anulares – Plenums permitem que os fluxos de gás entrem no recuperador em velocidade mais baixa, promovendo uniformidade e evitando pontos frios. Esse projeto também evita áreas isoladas de maior queda de pressão comum nas conexões e aumenta a eficiência da unidade.