Hechos a su alcance: Calor

1 de agosto de 2022 | Por Kapil Bathla, Eastman Chemical Co.

Los fluidos de transferencia de calor (HTF, por sus siglas en inglés) proporcionan calentamiento y enfriamiento de equipos de proceso, incluidos reactores, autoclaves, columnas de destilación, rehervidores, mezcladores y secadores. Los diseños de los sistemas HTF deben prever una ventilación eficaz del sistema, tanto del agua residual en el arranque como de los productos de degradación durante la operación.

Al poner en marcha nuevos sistemas HTF (Figura 1), una preocupación principal deben ser los efectos del agua: los nuevos sistemas pueden ser vulnerables a las presiones excesivas del agua residual. Las pruebas de presión hidrostática (comprobaciones de fugas) realizadas en el sistema durante la fabricación o in situ después del mantenimiento pueden ser una fuente típica de agua. La eliminación completa del agua puede verse obstaculizada por trampas y cambios de elevación de tuberías. Los mejores diseños de sistemas proporcionan instalaciones de tuberías con pendientes hacia drenajes de punto bajo colocados estratégicamente. Después de drenar el agua, pero antes de llenarlo, el sistema puede secarse aún más purgando aire tibio y seco (o N2) a través de los circuitos del sistema hasta que el punto de rocío del gas de salida llegue a –34 a –40 °C, lo que indica que la humedad se ha secado adecuadamente. . La atención cuidadosa al proceso de secado reducirá significativamente el tiempo necesario para alcanzar las altas temperaturas de funcionamiento previstas en el arranque.

FIGURA 1. Es necesario ventilar los sistemas de fluidos de transferencia de calor para eliminar el agua residual durante el arranque y los productos de degradación del fluido durante el funcionamiento.

Antes de la circulación, asegúrese de que el nivel de líquido frío del HTF en el sistema sea adecuado. Esto suele indicarlo el instrumento de nivel de líquido del tanque de expansión (Figura 1). A continuación, caliente el líquido lentamente mientras circula por todos los circuitos de tuberías suponiendo que el contenido de agua puede ser excesivo. La válvula A está cerrada y las válvulas B y C están abiertas. El HTF circula a través del tanque de expansión y se calienta justo por encima de los 100 °C. Esta temperatura obliga a la humedad a entrar instantáneamente en el espacio de vapor del tanque de expansión. La válvula E está abierta y la entrada de gas inerte arrastra los vapores de agua desde el espacio de vapor aguas abajo hasta un tanque de captura o un sistema de antorcha. El proceso continúa hasta que los síntomas de humedad, incluida la cavitación de la bomba, el caudal errático en el lado de descarga de la bomba y los sonidos de traqueteo, golpeteo y ebullición en el tanque de expansión y la tubería, desaparecen.

Una vez que se considera que el HTF se ha secado adecuadamente, el fluido debe ser capaz de continuar calentándose a temperaturas de funcionamiento más altas. La alineación típica de las válvulas durante el funcionamiento normal es que las válvulas A y B estén abiertas y las válvulas C y E cerradas. La ubicación de esta válvula permite una temperatura más baja en el tanque de expansión (comúnmente alrededor del 25% del volumen del sistema), donde su tasa de degradación térmica es insignificante.

En funcionamiento, el HTF se deteriora a un ritmo creciente a medida que las temperaturas de funcionamiento se acercan al máximo de funcionamiento a granel para el HTF específico, alterando la condición y la composición del HTF. La degradación térmica conduce a la formación de compuestos de alto punto de ebullición, que aumentan la viscosidad del fluido y la posible formación de sólidos que aumentan los riesgos de depósitos de coque o incrustaciones, y compuestos de bajo punto de ebullición que disminuyen la viscosidad del fluido y que tienen puntos de ebullición inferiores al rango de ebullición. de la HTF. Además, aumentar el contenido de bajo punto de ebullición puede conducir a una depresión del punto de inflamación de 45 °C o más.

Los puntos de ebullición bajos se pueden gestionar mediante la ventilación del sistema de rutina. Los sistemas se ventilan mejor solo cuando la concentración de productos de bajo punto de ebullición supera los límites recomendados según el análisis de muestra del fluido.

Se sigue el mismo procedimiento cuando se pone en marcha un nuevo sistema, excepto que se necesitan temperaturas más altas. Para muchos HTF orgánicos, el procedimiento de ventilación se lleva a cabo a temperaturas de fluido cercanas a 180 a 200 °C. Este rango de temperatura admite la evaporación instantánea en la fase de vapor y la separación de los productos de bajo punto de ebullición del fluido de transferencia de calor para su eliminación sin incurrir en una pérdida significativa de los componentes HTF. Con la válvula A cerrada y las válvulas B y C abiertas, todo el fluido fluye por el vaso de expansión. Este proceso eleva la temperatura del fluido en el tanque de expansión y aumenta las presiones parciales de los productos de degradación de bajo punto de ebullición. Esto permite que los productos de bajo punto de ebullición pasen a la fase de vapor, donde su eliminación se apoya abriendo la válvula E. Se puede usar gas inerte para barrer de manera eficiente esos vapores a través de la superficie del líquido y fuera de la línea de ventilación, donde se pueden condensar. y recogidos para su eliminación.

La circulación a través del tanque de expansión también asegura que todos los HTF se beneficien de la reducción de los niveles de bajo punto de ebullición.

Después del proceso de ventilación, vuelva a la alineación típica de válvulas para el funcionamiento normal, donde las válvulas A y B están abiertas y las válvulas C y E están cerradas. Esta disposición proporciona la expansión y contracción térmica del volumen de HTF hacia y desde el tanque de expansión con cambios de temperatura. No se recomienda la ventilación y purga continuas, ya que esto puede agotar fracciones del propio HTF, creando cambios relacionados en sus propiedades, rendimiento y expectativa de vida.

Nota del editor:Este contenido fue redactado por Kapil Bathla, especialista en desarrollo de productos y soporte técnico al cliente de Eastman Chemical Co. (Kingsport, Tenn.; www.eastman.com).