PDVSA MANUAL DE DISEÑO DE PROCESO TRANSFERENCIA DE CALOR HORNOS PDVSA N° MDP–05–F–05 0 DIC.95 REV. FECHA APROB. E1994 TITULO PRECALENTADORES DE AIRE 43 DESCRIPCION FECHA PAG. REV. APROB. APROB. APROB. FECHA ESPECIALISTAS MANUAL DE DISEÑO DE PROCESO PDVSA .Menú Principal TRANSFERENCIA DE CALOR HORNOS PRECALENTADORES DE AIRE Indice manual Indice volumen PDVSA MDP–05–F–05 REVISION FECHA 0 DIC.95 Página 1 Indice norma Indice 1 OBJETIVO . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3 2 ALCANCE . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3 3 REFERENCIAS . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3 4 ANTECEDENTES . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4 5 TIPOS DE EQUIPOS . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5 5.1 5.2 5.3 Precalentadores de aire regenerativos rotativos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Precalentadores de aire tubulares . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Precalentadores de aire de fluido circulante . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5 8 10 6 USOS DEL PRECALENTADOR . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 11 6.1 6.2 Consideraciones de los equipos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Costo y justificación económica . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 11 12 7 CONSIDERACIONES DE DISEÑO . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 13 7.1 7.2 7.3 7.4 7.5 7.6 7.7 7.8 Sistema global . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Precalentador de aire . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Soplado de hollín/lavado con agua . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Ducto . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Sistema de tiro forzado . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Sistema de tiro inducido . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Reguladores de tiro de gas de combustión . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Piezas de repuesto . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 14 18 20 21 22 22 23 24 8 INSTRUMENTACION . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 24 9 SISTEMA DE SEGURIDAD . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 25 10 PROBLEMA TIPO . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 27 11 NOMENCLATURA . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 29 12 APENDICE . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 30 Tabla 1. Tabla 2. Tabla 3. Figura 1. Figura 2. Figura 3. Consideraciones de seguridad en el diseño de sistema de precalentamiento de aire en fluidos de proceso . . . . . . . . . . . . . . . . Especificaciones típicas de un precalentador de aire . . . . . . . . . . . Especificaciones típicas del regulador de tiro . . . . . . . . . . . . . . . . . . Instalación típica del precalentador de aire . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Precalentador de aire del tipo regenerativo Ljungstrom . . . . . . . . . Dimensiones aproximadas del precalentador Ljungstrom . . . . . . . 31 33 35 36 37 38 MANUAL DE DISEÑO DE PROCESO PDVSA .Menú Principal Figura 4. Figura 5. Figura 6. Figura 7. Figura 8. TRANSFERENCIA DE CALOR HORNOS PRECALENTADORES DE AIRE Indice manual Indice volumen PDVSA MDP–05–F–05 REVISION FECHA 0 DIC.95 Página 2 Indice norma Arreglo del precalentador de aire “DEKA” a prueba de corrosión . Sistema de precalentamiento de aire de fluido circulante . . . . . . . Esquema de un sistema de precalentador de aire del tipo regenerativo . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Arreglos del ducto de aire precalentado . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Balance de material para un sistema de precalentamiento típico . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 39 40 41 42 43 MANUAL DE DISEÑO DE PROCESO PDVSA .Menú Principal 1 TRANSFERENCIA DE CALOR HORNOS PRECALENTADORES DE AIRE Indice manual Indice volumen PDVSA MDP–05–F–05 REVISION FECHA 0 DIC.95 Página 3 Indice norma OBJETIVO Presentar información básica que pueda usarse en la evaluación de ofertas precalentadores de aire nuevos para hornos de proceso. Esta información cubre criterios de diseño que sean propietarios de PDVSA y sus filiales. El tema “Hornos”, dentro del area de “Transferencia de Calor”, en el Manual de Diseño de Procesos (MDP), está cubierto por los siguientes documentos: PDVSA–MDP– Descripción de Documento 05–F–01 Hornos: Principios Básicos. 05–F–02 Hornos: Consideraciones de diseño. 05–F–03 Hornos: Quemadores. 05–F–04 05–F–05 Hornos: Sistemas de tiro forzado. Hornos: Precalentadores de aire (Este documento). 05–F–06 Hornos: Generadores de gas inerte. 05–F–07 Hornos:Incineradores. Este documento, junto con los demás que cubren el tema de “Hornos”, dentro del Manual de Diseño de Procesos (MDP) de PDVSA, son una actualización de la Práctica de Diseño “HORNOS”, presentada en la versión de Junio de 1986 del MDP (Sección 8). 2 ALCANCE Este documento cubre los procedimientos necesarios para la selección, diseño y especificación de un sistema de precalentamiento de aire. También se incluyen excepciones a otros documentos, tales como el PDVSA–MDP–05–F–04, Sistemas de tiro forzado, las cuales son necesarias cuando se incorpora en el diseño del horno de proceso, un precalentador de aire. 3 REFERENCIAS Manual de Diseño de Proceso (versión 1986) S Vol VII y VIII, Sección 12 “Instrumentación” S Vol VIII y IX, Sección 15 “Seguridad en el diseño de plantas” Manual de Ingeniería de Diseño S PDVSA–MID–B–201–PR “Hornos de fuego directo” S PDVSA–MID–GB–205 “Ventiladores centrífugos” S PDVSA–MID–K–337: “Furnace instrumentation” S PDVSA–MID–L–TP–2.7 “Hornos de proceso: Requisición, análisis de ofertas y detalles de compra” S PDVSA–MID–SN–252: “Control de ruidos en equipos” MANUAL DE DISEÑO DE PROCESO PDVSA .Menú Principal PDVSA MDP–05–F–05 TRANSFERENCIA DE CALOR HORNOS PRECALENTADORES DE AIRE Indice manual REVISION FECHA 0 DIC.95 Página 4 Indice volumen Indice norma Manual de Ingeniería de Riesgo S PDVSA–IR–P–01 “Sistema de paradas de despresurizacion y venteo de equipos y plantas” 4 emergencia, bloqueo, ANTECEDENTES Motivado al énfasis creciente sobre conservación de energía en los últimos años, el interés por instalar equipos de precalentadores de aire de combustión ha crecido. Este método de recuperar calor de desecho es uno de los dos métodos principales para optimizar la eficiencia térmica de equipos de combustión. El otro método es el de calderas de recuperación de calor de desecho. El consumo de combustible puede disminuir marcadamente mediante el precalentamiento del aire de combustión. En el precalentador, se transfiere calor de los gases de combustión ó de chimenea, al aire para la combustión, reduciendo la temperatura de salida de los gases de chimenea, y elevando la eficiencia térmica de todo el sistema del horno. Con sistemas de precalentamiento de aire, la temperatura de salida de los gases de chimenea está entre 163 °C (325 °F) y 177 °C (350 °F), y los niveles de eficiencia térmica pueden alcanzar de 90 a un 92% (basados en el poder calórico inferior del combustible). Cuando se quema gas con un contenido muy bajo de azufre, la temperatura de salida de los gases de chimenea puede ser tan baja como 121 °C (250 °F): en tales sistemas, la eficiencia térmica alcanzable ya no se mide por la diferencia de temperaturas entre los gases de combustión y los fluídos entrando al sistema. La temperatura de los gases de combustión saliendo del precalentador, la cual determina la eficiencia, debería ser lo más baja posible, sin producir corrosión de los elementos del precalentador, debido a la condensación de materiales corrosivos por la baja temperatura. El costo de un sistema de precalentamiento de aire debe justificarse por los ahorros en consumo de combustible. Además, mientras más alta sea la temperatura del aire de combustión, aumentará el nivel de NOx en los gases de combustión y, si se viola alguna regulación ambiental tratando de maximizar la eficiencia térmica, deberá añadirse algún tipo de control del contenido de NOx. El vendedor del horno deberá considerar el costo adicional de tal control de emisión de NOx, al evaluar económicamente el uso o no de un precalentador. Además del precalentador de aire, el sistema de precalentamiento de aire consiste de ventiladores de tiro forzado e inducido, ductos para el gas de combustión y el aire, cierre hermético, reguladores de tiro y controles especiales de seguridad e instrumentación. En la Figura 1. se presenta una ilustración de la instalación de un precalentador de aire. MANUAL DE DISEÑO DE PROCESO PDVSA TRANSFERENCIA DE CALOR HORNOS PRECALENTADORES DE AIRE .Menú Principal 5 Indice manual Indice volumen PDVSA MDP–05–F–05 REVISION FECHA 0 DIC.95 Página 5 Indice norma TIPOS DE EQUIPOS Los precalentadores de aire disponibles actualmente incluye tres tipos básicos: 1. Rotativo/regenerativo, tal como el de Ljungstrom, Lugat y Rothemuhle. 2. Tubular, tal como el DEKA, Stierle, Air Industries, etc. 3. De fluido circulante. Todos estos equipos tienen ventajas/desventajas en instalaciones específicas. Los precalentadores de aire del tipo regenerativo y tubular tienen una historia de aplicación larga de la cual se ha obtenido experiencia muy valiosa. El sistema de fluido circulante ofrece experiencia de operación limitada y por lo tanto requiere de detalles del diseño mucho más precisos si va a ser utilizado. A continuación, se suministra una descripción de cada tipo de equipo y una lista de las principales ventajas/desventajas. Las comparaciones entre los precalentadores de aire del tipo regenerativo y tubular excluyen el uso de una sección de tubo de vidrio debido a que este equipo puede ser aplicado separadamente a cualquier tipo de precalentador de aire para la recuperación de calor de baja temperatura. También, se incluye una discusión del diseño del tubo de vidrio de la DEKA en la Subsección de “Precalentadores de Aire DEKA”. 5.1 Precalentadores de aire regenerativos rotativos Este precalentador de aire consiste de elementos metálicos que son enfriados y calentados alternadamente. El tipo más común de este tipo de precalentador es el Ljungstrom, el cual se muestra en la Figura 2. Los elementos metálicos están contenidos en un cilindro subdividido que rota dentro de la envoltura. Los gases calientes producto de la combustión fluyen a través de un lado de este cilindro y calienta los elementos, mientras que el aire a ser calentado fluye a través del otro lado. El cilindro gira y se transfiere calor desde los elementos calientes al aire frío. Los deflectores que subdividen el cilindro, al igual que los sellos entre el cilindro y la envoltura, limitan la cantidad de fugas del lado del aire al lado del gas de combustión. Esto se debe a que el aire está a una presión mayor que el gas de combustión, por lo que la fuga siempre es al lado de los gases. Esta fuga que es generalmente del 10–20% del flujo total, debe ser tomada en cuenta en el diseño del sistema de precalentamiento. Otros tipos de precalentadores regenerativos son los suplidos por Lugat y Rothemuhle. El diseño de Lugat es idéntico al de la Ljungstrom con la excepción de que éste utiliza superficies de transferencia de calor y sellos del aire/gas de combustión del tipo de la Rothemuhle. El diseño Rothemuhle es diferente al de los dos anteriores, ya que las cubiertas de aire de entrada y salida giran mientras que las superificies calientes permanecen estacionarias. El precalentador de aire se instala normalmente en la plataforma, adyacente al calentador. Aire del medio ambiente es forzado a través del calentador por medio MANUAL DE DISEÑO DE PROCESO PDVSA .Menú Principal TRANSFERENCIA DE CALOR HORNOS PRECALENTADORES DE AIRE Indice manual PDVSA MDP–05–F–05 REVISION FECHA 0 DIC.95 Indice volumen Página 6 Indice norma de un ventilador de tiro forzado y es llevado por los ductos desde el precalentador a los quemadores del horno. Los gases de combustión calientes son llevados por medio de ductos desde el tope de la sección de convección al precalentador. Un ventilador de tiro inducido saca estos gases de combustión a través de la sección de convección, ductos y el precalentador, y los descargan en la chimenea. En este caso, se requiere un aumento en el área trazada por encima del calentador convencional debido al precalentador de aire, ventiladores y ductos. Ver la Figura 3. para las dimensiones típicas del precalentador Ljungstrom. Los precalentadores del tipo regenerativo se usan mucho en hornos de cargas calóricas muy grandes, y cuando se usan combustibles muy sucios, los cuales producen muchas incrustaciones o depósitos. Precalentador de aire Ljungstrom – La Figura 2. es una ilustración descriptiva de una unidad típica instalada horizontalmente. Este precalentador de aire puede ser suplido con tres materiales, dependiendo de la temperatura del gas de combustión y la posición dentro del precalentador; en el extremo caliente se utiliza normalmente acero dulce; las secciones intermedias pueden ser de acero “Corten o acero esmaltado”; las secciones frías son normalmente de acero esmaltado. La instalación puede ser horizontal o vertical. Las principales ventajas de este precalentador son: 1. Costo inicial relativamente bajo en comparación con los otros tipos. 2. Tamaño compacto, no requiere mucha área y el peso es relativamente liviano por lo que no requiere de fundación especial. 3. Fácil mantenimiento. 4. Aceptable para servicios con combustibles de alto azufre. 5. Puede ser limpiado por un solo soplador de hollín en el extremo frío. Para casos donde se espera ensuciamiento fuerte se puede instalar sopladores de hollín en ambos extremos tanto en el caliente como en el frío. 6. Pueden ser instalados para flujo horizontal de gas de combustión y aire, lo que facilita el arreglo del ducto en muchas aplicaciones. 7. Los daños por corrosión del elemento no contribuyen con las fugas. 8. El ensuciamiento no afecta significativamente a la transferencia de calor. 9. Se tiene alta experiencia internacional. Las principales desventajas de este precalentador son: 1. Altas fugas de aire de hasta 10–20%, las cuales aumentan con el tiempo de operación debido a la degradación de los sellos. 2. Para las unidades diseñadas, existe un ∆P del aire y del gas de combustión relativamente alto que contribuye a aumentar los costos operacionales del ventilador. MANUAL DE DISEÑO DE PROCESO PDVSA .Menú Principal TRANSFERENCIA DE CALOR HORNOS PRECALENTADORES DE AIRE Indice manual Indice volumen PDVSA MDP–05–F–05 REVISION FECHA 0 DIC.95 Página 7 Indice norma 3. Generalmente, los daños por corrosión son más altos que en precalentadores de aire del tipo tubular de hierro fundido. 4. Más propenso a ensuciamiento con depósitos fríos y pegostosos que imponen limitaciones por caída de presión y aumento de la corrosión. 5. Las unidades horizontales no pueden ser lavada con agua efectivamente y están sujetas a corrosión severa donde se colecta el agua de lavado en la parte más baja de la envoltura y los sellos. 6. Contiene partes móviles. 7. Diseños estándar limitados a una temperatura máxima de entrada de gas de combustión de 510°C (950°F) con diseños especiales disponibles para temperatura de hasta 675°C (1250°F). Este tipo de precalentador de aire es preferible para las aplicaciones de la refinería en comparación con los tipos tubulares de acero o hierro fundido, debido a su bajo costo, tamaño compacto y generalmente alta eficiencia térmica. Además, el tipo de precalentador de aire regenerativo/rotativo no sufre pérdidas significativas de transferencia de calor debido a recolección moderada de depósitos, ya que los mismos depósitos son los transmisores de calor entre el aire y el gas de combustión. En adición los daños por corrosión de la superficie de transferencia de calor no afecta las fugas, ya que la superficie no forma obstáculo entre el gas de combustión y el aire. Estas ventajas son anuladas por los costos altos de operación de calentadores de aire tipo rotativo causados por altas fugas de aire y alta tendencia de ensuciamiento, lo cual resulta en un aumento de la caída de presión del lado del gas de combustión. Por supuesto que la alta tendencia de ensuciamiento y reducción en limpieza también contribuye a mayores tasas de corrosión por depósitos. Adicionalmente, aunque las partes móviles de los precalentadores de aire del tipo rotativo experimentan pocas fallas, esto necesariamente reduce el factor de confiabilidad. Finalmente, aun cuando la mayoría de las aplicaciones de precalentamiento de aire no requieren la utilización de temperaturas del gas de combustión mayores de 510°C (950°F), ciertas aplicaciones han sido descartadas en el pasado debido a esta limitación. En precalentadores de aire del tipo regenerativo/rotativo propuestos para estas condiciones, es necesario suministrar un diseño especial del material y de los sellos, los cuales pueden incrementar significativamente el costo del precalentador de aire. MANUAL DE DISEÑO DE PROCESO PDVSA .Menú Principal 5.2 TRANSFERENCIA DE CALOR HORNOS PRECALENTADORES DE AIRE Indice manual Indice volumen PDVSA MDP–05–F–05 REVISION FECHA 0 DIC.95 Página 8 Indice norma Precalentadores de aire tubulares El precalentador de aire tubular normalmente consiste de un intercambiador de calor rectangular. En casi todos los diseños, el aire a ser precalentado es forzado a través de los tubos, mientras los gases calientes producto de la combustión pasan por fuera de los tubos. Los tubos generalmente tienen aletas para mejorar la transferencia de calor; algunos diseños utilizan tubos lisos o tubos de acero con aletas y otros utilizan tubos de hierro fundido con aletas. Para temperaturas del gas de combustión muy bajas en presencia de gases de combustión altamente corrosivos, algunos vendedores ofrecen tubos de vidrio. Los precalentadores de aire son instalados típicamente cerca de la plataforma al lado del calentador como se ilustra en la Figura 1. La principal ventaja del diseño de este tipo de precalentador siempre ha sido la ausencia de fugas y por lo tanto, una máxima recuperación de calor del gas de combustión. Sin embargo, este precalentador también ha afrontado problemas de alta corrosión del metal de los tubos si se reduce la temperatura muy por debajo del punto de rocío. Por otro lado, las unidades regenerativas/rotativas mantienen una temperatura mínima del metal más alta que los precalentadores tubulares a condiciones iguales de temperatura de salida, debido al ciclo continuo entre el gas de combustión y el aire. Esto fuerza normalmente la selección de una temperatura de salida de los gases mayor para los precalentadores tubulares sin tubos de vidrio y compensa los beneficios de eficiencia, los cuales pudieran ser reclamados debido a la ausencia de fugas. Los precalentadores de aire tubulares pueden soportarse en la plataforma o montarse por encima de la sección de convección del calentador. Cuando se soporta en la plataforma, los ductos y ventiladores son similares a aquellos utilizados por el precalentador de aire regenerativo. En el caso de los precalentadores de aire tubulares montados en el calentador, los gases de combustión pasan directamente del calentador a través del precalentador a la chimenea. En muchos casos, el ventilador de tiro inducido es eliminado. Sin embargo, se requiere el ducto para trasladar el aire frío desde el ventilador de tiro forzado hasta el precalentador y otro para el aire caliente de retorno a los quemadores. En algunos casos, el ventilador de tiro forzado puede ser montado en el tope del horno para eliminar los ductos largos desde el ventilador al precalentador. Normalmente, esto no es recomendado desde el punto de vista de mantenimiento y operación debido a la falta de fácil acceso. Existen numerosos diseños comerciales técnicamente aceptables de precalentadores de aire tubulares. Como una ilustración de este tipo de precalentador, a continuación se describe el precalentador de aire DEKA. MANUAL DE DISEÑO DE PROCESO PDVSA .Menú Principal TRANSFERENCIA DE CALOR HORNOS PRECALENTADORES DE AIRE Indice manual Indice volumen PDVSA MDP–05–F–05 REVISION FECHA 0 DIC.95 Página 9 Indice norma Precalentador de aire DEKA – Este tipo de precalentador, dependiendo de la aplicación, consistirá de uno, dos o tres tipos diferentes de secciones de tubos, dos construidas con hierro fundido y una con tubos de vidrio. Unos tubos de hierro fundido se fabrican con aletas en las superficies tanto interna como externa y estos tubos se aplican en la zona caliente de los gases de combustión para obtener una máxima recuperación de calor. En la zona de temperatura intermedia de los gases de combustión, los tubos de hierro fundido se fabrican con aletas en la superficie externa (en contacto con los gases) y de esta manera se trata de mantener una temperatura del metal tan alta como sea posible. El tercer tipo de tubo de la sección consiste en tubos de vidrio de borosilicatos y se emplean cuando la temperatura del extremo frío es muy baja. En la Figura 4. se presentan todas las combinaciones de las instalaciones de estos tres tipos de precalentadores. A través de una aplicación apropiada de cada tipo de tubo de la sección, se puede mantener la temperatura del metal en o por encima de su punto de rocío. La sección de tubos de vidrio opera sin problemas de corrosión por debajo del punto de rocío, por lo que puede ser utilizada para alcanzar altas eficiencias térmicas. Los diseños de tubos de vidrio del pasado han dado un funcionamiento poco seguro debido primeramente a problemas de esfuerzo y restricciones del extremo del tubo, los cuales impiden la expansión térmica resultando un sobrepeso y rompimiento. Este problema ha sido superado en el diseño patentado de la DEKA (y “Air Industries”), debido a que los tubos sobresalen a través de la lámina sin restringir el extremo del tubo y son soportadas dentro de una empacadura de sello de teflón, sin problema de expansión térmica diferencial o ciclo térmico. El teflón también cubre la superficie del tubo expuesta a los gases de combustión para evitar la corrosión en la lámina de tubos. La sección de tubos de vidrio está disponible para ser utilizada en conjunto con otro tipo de precalentador que ya esté en servicio. La única limitación operacional de diseño del tubo de vidrio es que la temperatura diferencial entre los tubos de vidrio y el agua de lavado no debe exceder los 100°C (180°F) con el fin de evitar fallas del vidrio por choque térmico. Las ventajas del precalentador tubular DEKA pueden ser resumidas como sigue: 1. No hay fugas de aire. 2. El diseño del tubo de vidrio es aceptable. 3. Las secciones de hierro fundido pueden limpiarse con sopladores de hollín, lavado con agua y dejando caer pequeñas bolas de acero o perdigones a través del banco de tubos. 4. Menor tendencia a ensuciamiento debido a mayores espacios libres entre la superficie extendida. 5. Incorpora en el diseño flexibilidad dimensional. MANUAL DE DISEÑO DE PROCESO PDVSA .Menú Principal TRANSFERENCIA DE CALOR HORNOS PRECALENTADORES DE AIRE Indice manual PDVSA MDP–05–F–05 REVISION FECHA 0 DIC.95 Página 10 Indice volumen Indice norma 6. No tiene partes móviles. 7. Fácil mantenimiento. 8. Puede tolerar altas temperaturas de entrada del gas de combustión sin cambios en el diseño. Las principales desventajas de este tipo de precalentador incluye lo siguiente: 1. Más costosos que el tipo de precalentadores regenerativos. 2. Construcción voluminosa la cual requiere generalmente mayor espacio. 3. El ensuciamiento disminuye la transferencia de calor. 5.3 Precalentadores de aire de fluido circulante Este tipo de precalentador puede ser de dos formas: 1. Del tipo de fluido intermedio donde el fluido de transferencia de calor es circulado entre el ducto de los gases de combustión y el ducto del aire de combustión de tal forma que toma calor de los gases de combustión y lo descarga al aire de combustión. 2. Proceso de recuperación de calor de desecho utilizando una corriente del proceso, la cual puede ceder calor para precalentar el aire de combustión en un intercambiador adecuado. Con este sistema no se reduce significativamente la temperatura de la chimenea y por lo tanto se puede recuperar calor adicional de los gases de combustión, por ejemplo instalando una caldera para este calor de desecho. Un sistema típico de recuperación de calor de desecho del tipo de fluido intermedio se muestra esquemáticamente en la Figura 5. Este sistema es similar a un precalentador de aire tubular, excepto que el fluido intermedio es calentado con los tubos y no con el aire de combustión. El fluido es circulado al ducto de aire donde se utiliza otro intercambiador de calor para suministrar calor al aire de combustión. Las principales ventajas de este tipo de precalentador de aire son: 1. Son más adaptables estructuración. potencialmente a situaciones difíciles de 2. Pueden ser usadas para mayor económica del transporte de calor de desecho en distancias largas reemplazando el ducto por tubería. 3. Provee fácil separación del calor de desecho recuperado para calentar el aire de combustión para hornos diferentes de los que se obtuvo el calor de desecho. Las principales desventajas del sistema de fluido circulante en adición a las experimentadas por otros tipos de precalantadores de aire tubulares son: MANUAL DE DISEÑO DE PROCESO PDVSA .Menú Principal TRANSFERENCIA DE CALOR HORNOS PRECALENTADORES DE AIRE Indice manual Indice volumen PDVSA MDP–05–F–05 REVISION FECHA 0 DIC.95 Página 11 Indice norma 1. Peligro potencial de incendio si ocurre rotura de tubos del lado aire y/o del lado de gases de combustión. El riesgo de peligro de incendio por rotura de tubo en la sección de convección aumenta con el uso de combustibles que contienen azufre. Sin embargo, una sección de convección de compensación reduce el peligro de incendio en los tubos de proceso. 2. Requiere una bomba de circulación que adiciona una fuente potencial de problemas, que posiblemente no fue considerada en la etapa de diseño del horno. 3. Requiere largo tiempo de arranque y fuerza–hombre adicional para establecer la circulación en todos los pasos paralelos. 4. Experiencia relativamente baja. 5. Limitado a la temperatura del aire precalentado de aproximadamente 345°C (653°F) debido a problemas de degradación del combustible. 6. Los tubos con aletas comúnmente suplidos con estos sistemas no pueden ser limpiados efectivamente por los sopladores de hollín. Los tubos sin revestir generalmente no son usados debido al costo, lo que hace a este tipo de diseño menos competitivo. Debido al problema potencial de seguridad con los precalentadores de aire de este tipo, y debido a la falta de experiencia que se tiene con este tipo de diseño, se ha desarrollado una lista de consideraciones las cuales deben ser incorporadas en las aplicaciones de este equipo. Estas consideraciones están resumidas en la Tabla 1 e involucra las siguientes áreas: 1. Minimización de fugas potenciales que puedan ocurrir. 2. Tipo aceptable de fluidos circulantes. 3. Procedimientos de operación. 4. Equipo de seguridad e instrumentación. 5. Suposiciones básicas para los cálculos relacionados con las fugas de tubos. La lista de consideraciones de diseño fue primeramente desarrollada para el caso de recuperación de calor de desecho de una corriente del proceso. Por lo tanto, puede que no sea enteramente aplicable a casos de fluidos intermedios, especialmente en el caso que se necesite instalar un analizador de vapores de hidrocarburos en la corriente de aire de combustión. 6 USOS DEL PRECALENTADOR 6.1 Consideraciones de los equipos Hornos – Generalmente es necesario hacer un estudio económico para cada caso a fin de determinar el retorno de la inversión incremental del precalentador. MANUAL DE DISEÑO DE PROCESO PDVSA .Menú Principal TRANSFERENCIA DE CALOR HORNOS PRECALENTADORES DE AIRE Indice manual Indice volumen PDVSA MDP–05–F–05 REVISION FECHA 0 DIC.95 Página 12 Indice norma Sin embargo, los precalentadores de aire deben considerarse en situaciones que llenen todas o la mayoría de las siguientes condiciones: 1. La temperatura del gas en la chimenea para un horno sin precalentador de aire debe ser mayor que 290°C (550°F) (es decir, la temperatura de entrada al serpentín es 345°C (650°F)). 2. El costo de combustible es mayor de $1.9/GJ (2$/MMBTU) (relativo a (1979 US o a los costos de construcción europeos) (Criterio a ser corroborado por los grupos de Evaluación Tecnico–Económica ó equivalente de la filial correspondiente). 3. El calor absorbido por el horno es mayor que 30 MW (100 MMBTU/h) (o una carga térmica (Duty) combinada de 45 MW (150 MMBTU/h) para un grupo de calentadores). 4. Se debe usar un sistema de tiro forzado, independientemente de que se instala o no un precalentador. 5. El retorno sobre la inversión incremental es de 20% o más, antes de impuestos. (Criterio a ser corroborado por los grupos de Evaluación Tecnico–Económica ó equivalente de la filial correspondiente). Debido a que cada una de esta condiciones afecta los ahorros potenciales de combustible y/o la inversión, un retorno satisfactorio en base a la inversión es posible aún si aparece un factor antieconómico. Por ejemplo, un precalentador de aire puede ser económicamente justificado para un horno pequeño si el costo de combustible es demasiado alto. Calderas – Los precalentadores de aire normalmente no han sido usados en calderas en refinerías y en plantas químicas debido a otros medios de recuperación de calor, tales como economizadores que son generalmente más económicos. Sin embargo, se debe investigar la economía con la utilización de un precalentador de aire además del economizador debido a los aumentos en el precio del combustible. 6.2 Costo y justificación económica El costo incremental de un horno con precalentador de aire en comparación con los hornos convencionales normalmente se justifica por el ahorro en combustible obtenido por medio de la reducción de la temperatura del gas de la chimenea. Ahorros de combustible – Para un horno sin precalentador de aire la temperatura del gas de la chimenea (y la eficiencia y quema de combustible) se determina adicionando la temperatura de aproximación económica a la temperatura de entrada del serpentín. Para un horno con precalentador de aire, la temperatura del gas de combustión a la salida del precalentador (no corregida por fugas) es usada para determinar la cantidad de calor recuperado. La temperatura de salida del gas de combustión debe ser la temperatura más baja, como lo desarrollado bajo las Consideraciones de Diseño. MANUAL DE DISEÑO DE PROCESO PDVSA .Menú Principal 6.2.1 TRANSFERENCIA DE CALOR HORNOS PRECALENTADORES DE AIRE Indice manual Indice volumen PDVSA MDP–05–F–05 REVISION FECHA 0 DIC.95 Página 13 Indice norma Inversión 1. Precalentador – Los costos aproximados para precalentadores de aire deben ser obtenidos de los vendedores. Cuando el tamaño específico del precalentador es determinado después que el diseño del horno, los costos pueden ser confirmados con el vendedor. 2. Hornos – La adición de un precalentador de aire, transfiere calor de la sección de convección a la sección de radiación, lo cual tiende a reducir los costos de inversión del horno. Además, el sistema normalmente está diseñado para una cantidad máxima de precalentamiento. De esta manera, el gas de combustión que sale de la sección de convección está a su máxima temperatura, lo cual resulta en una temperatura aproximadamente alta en la sección de convección. Esto además reduce la inversión del horno. El problema del ejemplo dado en este documento ilustra el comportamiento relativo de las secciones de radiación y convección de los hornos con o sin precalentadores. 3. Sistema de tiro forzado – Muchos hornos tendrán sistemas de tiro forzado, dependiendo de si se usa o no aire precalentado. En estos casos, sólo los costos aplicables al sistema de precalentamiento del aire se incluyen en la justificación. Esto comprende lo siguiente: a. Un ventilador de tiro forzado de mayor capacidad, debido a la caída de presión adicional del precalentador (y fugas a través de los precalentadores del tipo regenerativo). b. Ducto adicional el cual debe ser más largo debido al gran volumen de aire de alta temperatura. Este ducto también debe ser diseñado mecánicamente para esta alta temperatura. c. Los quemadores normalmente son más costosos que los usados cuando el aire es frío, debido a que se requieren materiales de más alta calidad. 4. Sistema de tiro inducido – El sistema de tiro inducido generalmente es requerido como un resultado directo de usar precalentadores de aire. A menos que se requiera que la chimenea esté soportada al piso como es el caso de los hornos convencionales (por ejemplo, para reducir la contaminación), el costo adicional de la chimenea en comparación con la chimenea soportada al horno debe también ser incluida. 7 CONSIDERACIONES DE DISEÑO La mayoría de las consideraciones de diseño de un precalentador de aire están relacionadas con los efectos que su inclusión produce en el sistema del horno de proceso a comprar modificar. A continuación se discute más profundamente ese tema. MANUAL DE DISEÑO DE PROCESO PDVSA .Menú Principal 7.1 TRANSFERENCIA DE CALOR HORNOS PRECALENTADORES DE AIRE Indice manual Indice volumen PDVSA MDP–05–F–05 REVISION FECHA 0 DIC.95 Página 14 Indice norma Sistema global Protección contra la corrosión por temperatura fría – La temperatura del gas de combustión a la salida del precalentador (no corregida por fugas de aire frío en el caso de precalentadores regenerativos) determinará la eficiencia total del sistema. Esta temperatura debe ser tan baja como sea posible sin riesgos significativos de corrosión en los elementos del precalentador de aire por baja temperatura. La temperatura del gas de combustión a la salida del precalentador estará influenciada por la temperatura del aire a la entrada y el porcentaje máximo de quema de combustible del horno. En general, si tanto la temperatura de aire a la entrada como la cantidad de combustible que se quema son bajos, esto resultará en una temperatura baja del gas de combustión a la salida. A fin de unificar los cálculos se asume una temperatura de entrada del aire de 15°C (60°F), sin embargo, esta temperatura puede que no sea representativa en climas más fríos. Además, algunos equipos (tales como termoreactores) operan a alta capacidad por períodos largos, lo que puede resultar en temperaturas del gas de combustión a la salida menores que el diseño. Los métodos que pueden utilizarse para aumentar la temperatura del extremo frío del metal y que tomen en cuenta las variaciones de la temperatura del medio ambiente y la cantidad de combustible que se quema, incluyen lo siguiente: 1. Usar un calentador vapor/aire para precalentar el aire frío antes del precalentador gas de combustión/aire. 2. Un desvío de aire frío que limite la temperatura mínima del gas de combustión del precalentador de aire. 3. Un desvío de aire caliente que regrese al lado frío para aumentar la temperatura a la entrada del precalentador de la misma forma que el calentador vapor/aire. El desvío de aire frío (Punto 2) es un lineamiento unificado en todos los tipos de instalaciones de precalentadores de aire. Sin embargo, la adición de los Puntos 1 y/o 3 para aumentar la temperatura del metal en precalentadores tubulares, puede requerir gastos injustificados y/o complicaciones por lo que debe ser evaluado dependiendo de la aplicación del precalentador de aire. En adición a la corrosión del calentador de aire, se debe considerar la corrosión aguas abajo del ducto, ventilador de tiro inducido y chimeneas. La temperatura mínima del gas de combustión a la salida de la chimenea debe estar en o por encima del punto de rocío. El establecer la temperatura del gas de combustión a la salida de la chimenea permite calcular la temperatura mínima a la salida del precalentador (corregida por fugas, de estar presentes), tomando en cuenta las pérdidas de calor en el ducto y la chimenea. En las instalaciones donde el arreglo no está bien definido durante las etapas de diseño, se sugiere que la temperatura MANUAL DE DISEÑO DE PROCESO PDVSA .Menú Principal TRANSFERENCIA DE CALOR HORNOS PRECALENTADORES DE AIRE Indice manual Indice volumen PDVSA MDP–05–F–05 REVISION FECHA 0 DIC.95 Página 15 Indice norma del gas combustible a la salida del precalentador sea estimada en unos 28°C (50°F) por encima de la temperatura del punto de rocío medido. En casos donde más de un equipo descarga a una chimenea común, la chimenea y el ducto de cada equipo deben evaluarse separadamente, basándose en condiciones individuales de la temperatura del gas de combustión. En tales casos es posible bajar la temperatura del gas de combustión de un horno en particular al punto de rocío si la temperatura de la mezcla en la chimenea está por encima al punto de rocío. El ducto aguas abajo del precalentador de aire preferiblemente debe tener, externamente, material aislante con un mínimo de 50 mm (2 pulg) de lana mineral o estar internamente revestido con un mínimo de 50 mm (2 pulg) de refractario fundido para mantener las temperaturas de la superficie interna cerca de la temperatura del gas de combustión. De igual forma, el ventilador de tiro inducido debe estar aislado externamente con un mínimo de 50 mm (2 pulg) de lana mineral. La protección de la chimenea depende del tipo de chimenea y del tipo de horno al cual está conectada. Los siguientes puntos suministran lineamientos, pero se deben desarrollar recomendaciones específicas en cada caso, consultando con los grupos de apoyo correspondientes: S Las chimeneas de acero o ductos de acero que aceptan gas de combustión de un solo horno o en combinaciones con calderas y otros hornos, deben estar: – Internamente aislada con un mínimo de 50 mm (2 pulg) de por lo menos 960 kg/m3 (60 lb/pie3) de refractario fundido para asegurar protección contra incendio por rotura del tubo del calentador. S Las chimeneas de ladrillos que aceptan gas de combustión de hornos y/o calderas. – Generalmente requiere revestimiento con ladrillo ácido. S Las chimeneas de acero y/o los conductos de acero que aceptan gas de combustión de calderas solamente, deben estar: – Aisladas externamente con un mínimo de 50 mm (2 pulg) de lana mineral o alternadamente revestida en la parte interna con un mínimo de 50 mm (2 pulg) de 960 kg/m3 (60 lb/pie3) de refractario fundido. Temperatura de salida en precalentador del tipo regenerativo – En el precalentador regenerativo, las elementos extremos fríos se mueven entre la temperatura del gas de combustión a la salida y la temperatura del aire a la entrada. La temperatura mínima recomendada está basada en el promedio de estas dos temperaturas y en la cantidad de azufre en el combustible de acuerdo con la siguiente tabla: MANUAL DE DISEÑO DE PROCESO PDVSA .Menú Principal TRANSFERENCIA DE CALOR HORNOS PRECALENTADORES DE AIRE Indice manual Indice volumen PDVSA MDP–05–F–05 REVISION FECHA 0 DIC.95 Página 16 Indice norma ÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁ Azufre en el combustible g/kg 5 (0.5 % en peso) 10 (1% en peso) 15 (1.5% en peso) 20 (2 en peso 25 (2.5% en peso) Temp. del extremo Frío recomendado, (no corregida) °C 70 95 100 105 110 °F 160 205 215 225 235 Temp. resultante del gas de combustión a la salida (corregida) basado en 15°C (60°F) Temp. del aire °C °F 125(70x2–15=125) 260 175 350 185 370 200 390 210 410 Basado en estas temperaturas recomendadas (no corregidas por fugas) se esperan obtener los diseños del precalentador que requieran sólo un mantenimiento mínimo, principalmente limitada a los elementos extremos fríos. Debido a que la esmaltadura de estos elementos es relativamente económica, se recomienda esta protección para reducir aun más el mantenimiento. También se recomienda la protección adicional de los extremos calientes en su especificación. Las temperaturas extremos frías promedio del precalentador tan bajas como 80°C (175°F) (por ejemplo, temperatura de salida gas de combustión = 145°C (290°F)), pueden ser especificadas para obtener mayor eficiencia del horno cuando se usan combustibles que contienen 10 g/kg (1% en peso) de azufre o más. Sin embargo, se necesitan materiales resistentes a la corrosión en el precalentador, por lo que se requiere mayor mantenimiento. Temperatura de salida en precalentadores del tipo tubular – En el diseño de un precalentador de aire es importante eliminar la corrosión con el fin de prevenir paradas no programadas y el mantenimiento intensivo. A diferencia del precalentador de aire regenerativo, la corrosión en el precalentador de aire tubular puede ser muy severa, ya que la falla de un tubo provee fuga de aire intolerable o causa un incendio en el caso de diseños de fluidos circulantes. Si se desea que la operación con las superficies de transferencia de calor esté en o por debajo del punto de rocío del gas de combustión, el único equipo recomendado es una sección de extremo frío con tubo de vidrio ofrecida por la DEKA. Temperatura de salida de la sección de convección – El sistema debe ser diseñado para la cantidad máxima de precalentamiento de aire, ya que el costo debido al incremento del sistema de precalentamiento es relativamente pequeño. Además, los costos del calentador se minimizan debido a la alta temperatura de aproximación en la sección de convección. Como la temperatura del gas de combustión a la salida de la sección de combustión está relativamente alta, el espesor del refractario en la cámara y en el ducto debe ser aumentado con respecto al espesor utilizado normalmente sin recuperación de calor aguas abajo con el fin de mantener la conservación de calor. MANUAL DE DISEÑO DE PROCESO PDVSA .Menú Principal TRANSFERENCIA DE CALOR HORNOS PRECALENTADORES DE AIRE Indice manual PDVSA MDP–05–F–05 REVISION FECHA 0 DIC.95 Indice volumen Página 17 Indice norma Generalmente, los precalentadores de aire tubular no están limitados por altas temperaturas de entrada del gas de combustión. Sin embargo, en la mayoría de los casos, es deseable limitar las temperaturas del aire precalentado a 540°C máx. (1000°F), lo cual es equivalente a una temperatura del gas de combustión de aproximadamente 705°C (1300°F) (asumiendo una temperatura del gas de combustión a la salida de 205°C (400°F)). Para los precalentadores regenerativos, la temperatura máxima del gas de combustión saliendo de la sección de convección (entrando al precalentador) debe normalmente ser entre 480 y 510°C (900 y 950°F). La temperatura resultante del aire precalentado a los quemadores es de 345 a 370°C (650 a 700°F) (asumiendo una temperatura del gas de combustión a la salida de 205°C (400°F)). Estos niveles de temperatura permiten el uso de materiales convencionales en el precalentador. Para aplicaciones especiales, el precalentador regenerativo puede ser diseñado para temperaturas de entrada del gas de combustión tan alta como 675°C (1250°F), si los materiales, los diseños de sellos, etc. son los adecuados. Requerimiento total de combustible – Debido al equipo adicional en el sistema de precalentamiento de aire, las pérdidas totales por radiación serán mayores que en calentadores convencionales. Para hornos con más de 30 MW (100 MMBTU/h) de calor absorbido utilice: Fg = 1.015 Fn (diseños nuevos) Fg = 1.025 Fn (diseños renovados) donde: ÁÁÁÁÁ ÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁ ÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁ ÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁ ÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁÁ Fg Fn = Combustible total requerido = Combustible neto requerido En unidades SI kg/s kg/s En unidades inglesas lb/h lb/h Condiciones de diseño/alternativas – El sistema también debe ser diseñado para operar a temperatura ambiente con el precalentador y el ventilador de tiro forzado desviados. El horno debe ser diseñado basado en condiciones normales de operación con el aire precalentado y verificando para el caso del aire a temperatura ambiente a 100% de capacidad calórica con todos los quemadores en operación. No es recomendable que el sistema de tiro forzado sea especificado basado en estas condiciones de operación. Sin embargo, en situaciones donde la capacidad del horno este restringida bajo condiciones operacionales, esto se debe enfatizar en las especificaciones de diseño y en los procedimientos de operación. MANUAL DE DISEÑO DE PROCESO PDVSA .Menú Principal TRANSFERENCIA DE CALOR HORNOS PRECALENTADORES DE AIRE Indice manual Indice volumen PDVSA MDP–05–F–05 REVISION FECHA 0 DIC.95 Página 18 Indice norma Efectos en el diseño del horno El calor disponible del combustible que se quema (y la temperatura de los productos de combustión) se aumenta por la entalpía del aire precalentado. De esta manera, el uso del aire precalentado aumenta directamente el calor de radiación del horno en una cantidad igual al aire precalentado. Para propósitos de diseño, las mismas relaciones de transferencia de calor de la sección de radiación son usadas en aplicaciones de precalentamiento de aire al igual que en diseños con aire a temperatura ambiente. Por lo tanto, se pueden usar las mismas curvas de temperatura de pared divisoria/densidad calórica de radiación (para hornos de proceso, Figuras 1 a 5 en PDVSA–MDP–05–F–02). Excepto por lo modificado en este documento, todos los otros criterios de diseño del horno usados en diseños convencionales no cambian. El comportamiento de la sección de convección reducida en hornos con aplicaciones de precalentamiento de aire debe hacer posible el ajuste del comportamiento en no más de ocho filas de tubos de convección y, por lo tanto, eliminar la necesidad de una segunda fila de sopladores de hollín normalmente requerida en hornos convencionales. En el problema del ejemplo se ilustran los tamaños relativos de las secciones de radiación y convección del horno con o sin precalentador de aire. 7.2 Precalentador de aire Dimensiones básicas para hornos – En vista de que el diseñador del horno debe tomar en cuenta las condiciones operacionales del precalentador de aire, el tamaño del precalentador debe ser aproximadamente establecido durante la etapa de diseño del calentador. La mayoría de los precalentadores de aire son unidades patentadas, construidas en tamaños uniformes y deben ser evaluadas por el vendedor, dependiendo de las condiciones específicas de diseño. La siguiente información es requerida por el vendedor para seleccionar el tamaño del precalentador y establecer las condiciones operacionales del mismo: 1. Temperatura del gas de combustión deseada saliendo del precalentador (no corregida). Una vez que esta temperatura haya sido determinada, las otras condiciones listadas más adelante pueden ser determinadas fácilmente. 2. Temperatura y flujo del gas de combustión a la entrada del precalentador. 3. Flujo de aire requerido en los quemadores (por ejemplo, abandonando el precalentador). 4. Temperatura ambiente del aire para el diseño térmico (generalmente 15°C (60°F)). MANUAL DE DISEÑO DE PROCESO PDVSA .Menú Principal TRANSFERENCIA DE CALOR HORNOS PRECALENTADORES DE AIRE Indice manual Indice volumen PDVSA MDP–05–F–05 REVISION FECHA 0 DIC.95 Página 19 Indice norma 5. Caída de presión diferencial aproximada a través del precalentador (para precalentadores de aire del tipo regenerativo). Esta es usada para determinar fugas en el precalentador y es igual a la presión del aire a la salida del precalentador (presión máxima del quemador más pérdidas en el ducto), más el tiro requerido por el gas de combustión a la entrada del precalentador (generalmente del orden de 0.4 kPa (1.5 pulg de H2O)). Generalmente, las condiciones del precalentador son muy parecidas a las deseadas, por lo que se requieren pocos cálculos para obtener las especificaciones de diseño. Frecuentemente, algunos precalentadores de un fabricante en particular se adaptan a los requerimientos, cada uno con alguna pequeña diferencia en comparación con las condiciones de operación. El diseñador del horno debe escoger el precalentador más apropiado tomando en cuenta el tamaño del precalentador (costo), caída de presión, temperatura, etc. En todo caso, se recomienda que la especificación de diseño del precalentador de aire sea abierta en cuanto al tipo, con el fin de permitir licitaciones competitivas para este equipo. En la Tabla 2 se presenta una especificación típica general. Si el tipo de precalentador de aire debe ser definido en la etapa de diseño, el tamaño del precalentador seleccionado debe especificarse en el diseño junto con las principales condiciones operacionales. Algunas condiciones operacionales dependen directamente del diseño del horno, mientras que otras dependen del precalentador y deben ser indicadas como aproximaciones. Esta última incluye las temperaturas del aire y del gas de combustión saliendo del precalentador, fugas y caída de presión. En vista de que el vendedor del precalentador normalmente ofrece su equipo como un sub–suplidor al vendedor del horno, esos datos deben ser confirmados por el vendedor del precalentador a través del vendedor del horno. Por lo tanto, la especificación del diseño debe incluir: “El vendedor del horno debe incluir un conjunto de datos completos del funcionamiento del precalentador y una garantía del funcionamiento en la propuesta”. Dimensiones básicas para la reconstrucción de hornos – En las instalaciones reconstruidas es muy difícil escoger las condiciones correctas basándose en la economía del proyecto y las dimensiones del precalentador de aire. En muchos casos, la temperatura del gas de combustión en la chimenea, el exceso de oxígeno y el flujo de gas de combustión varía considerablemente con respecto a las condiciones del diseño original debido al ensuciamiento de la sección de convección, condiciones modificadas del proceso, altas fugas de aire, etc. Para asegurarse que la instalación de un precalentador de aire (u otro tipo de recuperación de calor) es la alternativa más económica, se hace necesaria verificar una medición alta de la temperatura de la chimenea. Esto se hace comprobando las lecturas con TI temporales y simulando en el computador al horno para compararla con los datos de campo. Se debe cuestionar seriamente MANUAL DE DISEÑO DE PROCESO PDVSA .Menú Principal TRANSFERENCIA DE CALOR HORNOS PRECALENTADORES DE AIRE Indice manual Indice volumen PDVSA MDP–05–F–05 REVISION FECHA 0 DIC.95 Página 20 Indice norma las altas temperaturas medidas en las chimenea si la simulación del computador está en desacuerdo con los valores medidos. En tal caso, se puede incrementar la efectividad del soplado de hollín y/o reducir el exceso de O2 con el fin de recuperar un porcentaje grande del calor potencial absorbido por el precalentador de aire sin inversión adicional. Para efectos de simulación del horno, están disponibles los programas FH–0 del HTRI, y FRNC–5 de PFR. Cuando se han verificado los datos de campo y el proyecto se justifica, es necesario definir una condición normal de operación y una condición mínima y máxima de operación. La condición máxima de operación debe ser consistente con los límites del diseño actual, tales como flujo de calor máximo y, generalmente, no se espera un incremento en la capacidad de la unidad como un resultado de añadir facilidades para precalentador de aire. En muchos casos, el tamaño del precalentador de aire, al igual que los auxiliares, tales como quemadores, ventiladores de tiro inducido y forzado están basados bajo las condiciones máximas de operación. Sin embargo, si la condición normal de operación es significativamente menor que la máxima y esta última pudiera ocurrir con poca frecuencia, es preferible diseñar para la condición de máxima operación, pero construir con suficiente flexibilidad, tal como especificar dos motores de velocidad variable para los ventiladores. La condición mínima de operación es importante para definir las temperaturas mínimas esperadas del gas de combustión a la salida del precalentador de aire y la necesidad de instalar desvíos del aire o del gas de combustión o reducción en la superficie de transferencia de calor del precalentador. Es importante obtener licitaciones competitivas para instalaciones en reconstrucción al igual que en instalaciones nuevas a fin de obtener el costo más bajo posible. 7.3 Soplado de hollín/lavado con agua En todos los casos donde se quema aceite combustible, el precalentador debe ser equipado con sopladores y facilidades de lavado con agua. Estas facilidades no son requeridas normalmente en instalaciones que queman gas combustible. Los precalentadores tipo regenerativo están equipados con sopladores especiales provistos por el fabricante. Las facilidades de lavado con agua también son provistas por el fabricante y pueden consistir de una combinación sopladores/agua de lavado y/o una boquilla múltiple para rociar agua permanentemente instalada en el ducto inmediatamente aguas arriba y/o la sección aguas abajo del precalentador de aire. Las facilidades de soplado y lavado con agua en los precalentadores tubulares es similar a las utilizadas en la sección de convección de un horno. MANUAL DE DISEÑO DE PROCESO PDVSA .Menú Principal TRANSFERENCIA DE CALOR HORNOS PRECALENTADORES DE AIRE Indice manual Indice volumen PDVSA MDP–05–F–05 REVISION FECHA 0 DIC.95 Página 21 Indice norma Los requerimientos de soplado con vapor para los precalentadores de aire regenerativos varían entre los fabricantes, pero típicamente estos requerimientos son de 0.25 kg/s (2000 lb/h) por soplador y una presión de 1800 kPa (250 psig). Los precalentadores de aire tubulares están típicamente equipados con sopladores retractables requeriendo 1.25 kg/s (10000 lb/h) y 1800 kPa (250 psig) de vapor. Los requerimientos de lavado con agua dependen del tamaño del precalentador de aire y pueden variar desde 2.5 dm3/s (40 gal/min) para un precalentador dimensionado para un calentador de 15 MW (50 MMBTU/h) hasta 25 dm3/s (400 gal/min) para un calentador de 90 MW (300 MMBTU/h). El lavado del precalentador de aire debe ser utilizado con el precalentador desviado para minimizar los efectos de choque térmico en el precalentador, ducto etc. El drenaje del agua de lavado normalmente puede ser enviado al sistema de tanquillas de la refinería. Si este sistema no puede tolerar material ácido o si las regulaciones ambientales locales requieren la neutralización del ácido, se debe realizar un tratamiento de esta agua de lavado. 7.4 Ducto El ducto debe ser provisto para ambas corrientes, el gas de combustión y el aire. Un esquema típico del ducto se muestra en la Figura 6. Para el diseño de este ducto se debe considerar lo siguiente: 1. El ducto debe ser dimensionado para una velocidad del gas de 15 m/s (50 pie/s). 2. Paletas deflectoras deben ser usadas en todos los ductos de sección transversal rectangular (excepto en el ducto de salida de los quemadores) incluyendo la entrada a la chimenea. 3. Se debe proveer un ducto de desvío alrededor del lado del aire del precalentador. Además de su uso al desviar completamente el precalentador, este ducto se utiliza para controlar la temperatura del gas de combustión a la salida minimizando corrosión en el precalentador causada por condensación en el lado del gas de combustión a bajas cargas o a bajas temperaturas del aire. (También se puede instalar un serpentín de vapor a la entrada del precalentador para evitar la temperatura baja del aire). 4. Se debe proveer de un ducto de desvío para la chimenea del gas de combustión. Este es usado para desviar el precalentador y el ventilador de tiro inducido. 5. Se deben especificar reguladores de tiro en el ducto como lo discutido en una de las secciones anteriores. 6. Las especificaciones de diseño deben requerir que el precalentador y los ventiladores sean protegidas de expansión térmica del ducto por inclusión de juntas de expansión. MANUAL DE DISEÑO DE PROCESO PDVSA .Menú Principal TRANSFERENCIA DE CALOR HORNOS PRECALENTADORES DE AIRE Indice manual Indice volumen PDVSA MDP–05–F–05 REVISION FECHA 0 DIC.95 Página 22 Indice norma 7. Como lo indicado en la Figura 7., el ducto de distribución de tiro forzado debe estar ubicado por encima del piso de acuerdo con una de las configuraciones presentadas. Ductos subterráneos de aire caliente son aceptables pero son mucho más costosos y sólo son requeridos para satisfacer arreglos poco usuales. Otros tipos de ductos subterráneos no son aceptables debido a su estructura y seguridad. 7.5 Sistema de tiro forzado El sistema de tiro forzado y los ventiladores son especificados en la misma manera que los hornos, usando aire a temperatura ambiente, tal y como lo indica el con los siguientes puntos adicionales: documento PDVSA–MDP–05–F–04, 1. La caída de presión del precalentador de aire debe incluirse en el sistema de caída de presión. 2. Las fugas del precalentador de aire, si las hay, deben ser sumadas al aire requerido en los quemadores para determinar el flujo normal de aire del ventilador. 3. Se debe especificar una condición alterna del ventilador que cubra la operación del horno con el precalentador desviado. Esta condición requiere un aumento en el flujo de aire a baja presión. 7.6 Sistema de tiro inducido Presión de operación – El horno opera como un sistema de tiro balanceado. El tope de la sección de radiación siempre debe ser mantenido a una presión ligeramente negativa. Una presión positiva causará fugas de los gases calientes a través de aberturas de la cubierta del horno ocasionando daños a la estructura del mismo. El tiro requerido a la entrada del precalentador incluye lo siguiente: 1. Tiro en el tope de la sección de radiación del horno (normalmente 0.025 kPa (0.1 pulg de agua). 2. Caída de presión de la sección de convección. 3. Caída de presión del ducto. 4. Efecto “reverso” de la chimenea en el ducto descendente de la sección de convección al precalentador. Ventilador de tiro inducido – El ventilador de tiro inducido debe suplir el tiro requerido a la entrada del precalentador, más la caída de presión del precalentador, menos el tiro disponible en la chimenea. El flujo normal en el ventilador es igual al flujo de gas de combustión a través del precalentador, más las fugas del precalentador. La información requerida del ventilador de tiro inducido en la especificación de diseño es la misma que la requerida por el ventilador de tiro forzado con las siguientes consideraciones adicionales: MANUAL DE DISEÑO DE PROCESO PDVSA .Menú Principal TRANSFERENCIA DE CALOR HORNOS PRECALENTADORES DE AIRE Indice manual Indice volumen PDVSA MDP–05–F–05 REVISION FECHA 0 DIC.95 Página 23 Indice norma 1. Los cojinetes del ventilador deben ser enfriados con agua. 2. El ventilador debe ser aislado externamente para protección del personal y de las condiciones del tiempo frías. 3. El diseño mecánico y la capacidad del ventilador debe estar basada en una temperatura de 10°C (50°F) por encima de la temperatura de salida del precalentador (incluyendo fugas del precalentador). 4. El punto nominal (rated point) del ventilador debe ser 125% del flujo normal y 150% del incremento en la presión normal. (Los ventiladores de tiro forzado usan 115/115%). 7.7 Reguladores de tiro de gas de combustión Estas compuertas son un recurso constante de importancia cuando las condiciones operacionales requieren de disparos rápidos. Esta compuerta está garantizada para suministrar fugas menores de 1% y operan libremente aun en ambientes sucios. El cierre hermético es provisto a través del uso de un listón de cierre a lo largo de las extremidades de las aletas. Estos sellos son fabricados de acero inoxidable y se parecen a un resorte metálico de lámina flexible el cual se ajusta a las irregularidades de su superficie apareada cuando está en la posición cerrada. Los cojinetes están aislados totalmente de la corriente de gas de combustión, y son del tipo no lubricante construidos con materiales resistentes a la corrosión. En instalaciones reconstruidas, si se instala una nueva chimenea y la chimenea existente es mantenida para la operación a aire ambiente, el aislamiento de esta última chimenea debe estar acompañada por la instalación de una compuerta en el punto donde el gas de combustión es desviado a los precalentadores de aire. Las compuertas instaladas en el tope de la chimenea descontinuada atrapa gas de combustión estancado, el cual es bajo en temperatura por pérdidas de calor y produce daños severos y rápidos de corrosión debido al ácido sulfúrico. La experiencia ha demostrado que el deterioro de las chimeneas ciegas en esta forma es mucho más severa que las chimeneas abiertas a la atmósfera con muy poco o sin ningún flujo de gas de combustión. En la Tabla 3 se muestra una especificación típica de una compuerta. Nótese que algunas compuertas son abiertas automáticamente. Otras compuertas son usadas sólo para aislamiento, por lo que pueden ser del tipo guillotina. En la Figura 6. se muestran las posiciones de la compuerta para un sistema típico de precalentamiento de aire. MANUAL DE DISEÑO DE PROCESO PDVSA TRANSFERENCIA DE CALOR HORNOS PRECALENTADORES DE AIRE .Menú Principal 7.8 Indice manual Indice volumen PDVSA MDP–05–F–05 REVISION FECHA 0 DIC.95 Página 24 Indice norma Piezas de repuesto El precalentador de aire no debe tener otro de repuesto, ya que el horno es generalmente diseñado para operar a máxima capacidad a condiciones de aire a temperatura ambiente con el precalentador desviado. Por supuesto que la eficiencia se reduce grandemente durante este período. Como se discutió en el documento PDVSA–MDP–05–F–04, el ventilador de tiro forzado tampoco debe tener otro ventilador de repuesto. En unidades críticas, se pueden considerar dos ventiladores de 50% para aumentar la confiabilidad. Por otro lado el ventilador de tiro inducido tampoco debe tener otro ventilador de repuesto, ya que el gas de combustión puede ser desviado directamente a la chimenea. 8 INSTRUMENTACION La siguiente instrumentación debe ser provista en los sistemas de precalentamiento de aire. Esta instrumentación es adicional en comparación a la requerida en un horno convencional de tiro forzado y por lo general se muestra en la Especificación de Diseño del diagrama de flujo. Además, la instrumentación debe mostrarse en la Especificación de Diseño de la sección del horno, en el diagrama del sistema de precalentamiento de tal forma que puedan ser ubicados adecuadamente. En la Figura 6. se muestra un dibujo esquemático de un sistema típico de precalentamiento de aire con la adecuada instrumentación. Lado aire (sistema de tiro forzado) Indicadores de temperatura – A la salida del precalentador, aguas abajo del ducto de desvío de aire para medir la temperatura de la mezcla. Indicadores manométricos de tiro – En cada lado del precalentador y en el ducto de distribución de los quemadores. Lado gas de combustión (sistema de tiro inducido) Indicadores de temperatura/alarmas 1. A la entrada y salida del precalentador. 2. Alarma por alta temperatura a la entrada del precalentador, para indicar temperaturas excesivas del gas de combustión que pueden dañar el sistema de precalentamiento de aire. 3. Alarma por baja temperatura a la salida del precalentador, para indicar problemas de corrosión en el extremo frío. MANUAL DE DISEÑO DE PROCESO PDVSA .Menú Principal TRANSFERENCIA DE CALOR HORNOS PRECALENTADORES DE AIRE Indice manual Indice volumen PDVSA MDP–05–F–05 REVISION FECHA 0 DIC.95 Página 25 Indice norma Indicadores manométricos de tiro 1. A la entrada y salida del precalentador. 2. A la salida del ventilador de tiro inducido. 3. Aguas arriba y aguas abajo del ducto de desvío del gas de combustión. 9 SISTEMA DE SEGURIDAD Los siguientes puntos son requeridos para proteger el horno y el sistema de precalentamiento de aire. Sistema de combustible Indicadores de presión, disparos y alarmas (Ver PDVSA–IR–P–01). Lado aire (sistema de tiro forzado) Se requiere de un disparo por baja presión diferencial (PdLCO) u otro dispositivo para indicar pérdidas de flujo de aire de combustión (Ver PDVSA–MID–K–337). En los hornos con quemadores de tiro natural, el horno puede mantenerse en servicio utilizando un regulador automático en el ducto de aire accionado por el PdLCO. Si esta compuerta falla (no abre) se debe disparar la unidad. Lado gas de combustión (sistema de tiro inducido) Se requiere una alarma por alta temperatura (THA) a la entrada del ventilador de tiro inducido para protección del mismo (y el del precalentador). Esto indicará fallas del precalentador (no rotativo) o combustión retardada en el precalentador. También se debe proveer de un disparo por alta temperatura (THCO) a la entrada del precalentador para evitar daños al sistema de precalentamiento de aire causados por temperaturas excesivas del gas de combustión. El THCO preferiblemente debe abrir el regulador de desvío a la chimenea o alternativamente disparar el horno. Cámara de combustión del horno Se necesita una alarma por alta presión (PHA) para indicar la presión excesiva en la cámara de combustión del horno. Esto puede ser causado por un inadecuado tiro inducido debido a un escaso control, excesiva caída de presión del precalentador, fallas en el ventilador de tiro inducido. También se debe instalar un disparo por alta presión (PHCO) (Ver PDVSA–MID–K–337), para aliviar la presión excesiva en la cámara del horno. La presión máxima en la cámara de combustión del horno está limitada a 1.25 kPa (5 pulg de agua). MANUAL DE DISEÑO DE PROCESO PDVSA .Menú Principal PDVSA MDP–05–F–05 TRANSFERENCIA DE CALOR HORNOS PRECALENTADORES DE AIRE Indice manual REVISION FECHA 0 DIC.95 Página 26 Indice volumen Indice norma Para servicios críticos y en otras aplicaciones se pueden considerar las compuertas de alivio de presión, o sea donde no de deseen presiones excesivas de la cámara del horno. Estas compuertas deben ser ubicadas en la sección de radiación o en el ducto por encima de la sección de convección. El ducto de desvío a la chimenea no es una manera aceptable para aliviar presión debido a la posibilidad de que se tranque la compuerta en posición cerrada. Sin embargo, cuando se utilizan dos ductos separados con sus respectivas compuertas es posible aliviar presión, por lo que las compuertas de alivio son requeridas en vista de que el diseño de la doble contingencia de dos compuertas en la chimenea hace que la falla simultánea sea conservativa. El área requerida para las compuertas de alivio de presión se determina utilizando la Ec.(1), la cual está basada en una caída de presión a través de la compuerta igual a 1.25 kPa (5 pulg de agua) y un cabezal de velocidad de 2.8. A+ Wf Ǹ Tg ) F 18 Ec. (1) F 53 donde: ÁÁÁÁÁ ÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁ ÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁ ÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁ ÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁ ÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁ ÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁ ÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁ ÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁ ÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁ ÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁ ÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁ ÁÁÁÁÁ ÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁ ÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁ ÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁÁ A Wf Tg F53 = Area de la compuerta de alivio de presión = Flujo de gas de combustión = Temperatura del gas de combustión en la puerta de alivio. Para compuertas de alivio ubicadas en la sección de radiación, utilice la temperatura de la pared divisoria (Bridgewall temp.). Para compuertas ubicadas encima de la sección de convección, use la temperatura de salida de la sección de convección = Factor cuyo valor depende de la unidades usadas En unidades SI m2 En unidades inglesas pie2 kg/s °C lb/s °F 546 150 MANUAL DE DISEÑO DE PROCESO PDVSA .Menú Principal TRANSFERENCIA DE CALOR HORNOS PRECALENTADORES DE AIRE Indice manual Indice volumen PDVSA MDP–05–F–05 REVISION FECHA 0 DIC.95 Página 27 Indice norma 10 PROBLEMA TIPO Dado: Calor total absorbido Qa = 58.62 MW (200 MMBTU/h) Caso I: Horno sin precalentador de aire. Temperatura de la chimenea Ts = 370°C (700°F) Caso II: Igual que el caso I, pero con Ts = 510°C (950°F) Caso III: Horno con precalentador de aire. Temperatura a la salida de la sección de convección = 510°C (950°F). Temperatura a la salida del precalentador (no corregida) = 195°C (390°F) (para un combustible que contiene 20 g/kg de azufre (2% en peso de azufre)). Encontrar: Para cada caso: Calor consumido y eficiencia del horno Rendimiento térmico entre la sección de radiación y la sección de convección Solución: Este problema ilustra lo siguiente: 1. Los ahorros típicos de combustibles obtenidos por utilizar un precalentador de aire: Diseño del horno basado en una temperatura típica de la chimenea (370°C (700°F)) contra un sistema con precalentamiento de aire (temperatura de la chimenea = 195°C (390°F)). 2. Determinación del calor total de radiación para un horno que contiene un precalentador de aire. 3. Comparación de los tamaños relativos de las secciones de radiación y convección para hornos con o sin precalentadores de aire. 4. Condiciones típicas de operación para un horno con el precalentador desviado. Para facilitar la comparación, los cálculos para los primeros tres casos se muestran lado a lado en forma tabular en la próxima página. MANUAL DE DISEÑO DE PROCESO PDVSA .Menú Principal TRANSFERENCIA DE CALOR HORNOS PRECALENTADORES DE AIRE Indice manual Indice volumen PDVSA MDP–05–F–05 REVISION FECHA 0 DIC.95 Página 28 Indice norma ÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁ Solución al Problema Ejemplo Eficiencia del Horno Temp. de la chimenea, Ts, °C Temp. salida sección convección, °C Temp. salida precalent., (no corregido), °C Exceso de aire, % Calor disponible en la chimenea HAs MJ/kg(2) Comb. Neto Fn, kg/s = 59.62MW(Qa)/ HAs Com. total Fg, kg/s =1.05 x Fn = 1.015 x Fn (para horno con el precalentador en operación) PCI (LHV) de comb. con 950 kg/m3 MJ/kg(2) Calor consumido, Qf , MW= Fg x PCI Eficiencia del horno, %Qa/Qf x 100 Rend. sección radiación/convección Calor disponible en la chimenea a la Temp. pared divisoria, Tbw, °C HAbw, MJ/kg Calor radiado de la combustión del combustible= Fn x HAbw, MW Calor transferido en el precal., Qph: HA 195 °C = 37.7 MJ/kg HA 510 °C = 31.3 MJ/kg 6.4 MJ/kg Qph, MW = 6,4 MJ/kg x Fn = Qtr, MW = Rend. por rad., %Qtr/Qax 100 Rend. por convec.= 100–% Rend. por rad. Gas de combustión y aire kg gas de comb./kg de comb., FG(4) = Gas de comb. = Fg x FG, kg/s = Aire de comb. = gas de comb.–Fg, kg/s = Caso I Caso II Horno diseñado sin precalentador de aire 370 510 20 34.2 20 31.3 1.74 1.83 1.90 2.0 Caso III Horno diseñado con precalentador de aire Prec. en Precalent. operac. desviado 554 (1) 510 195 20 50 37.7 (@ 28.1 195 °C) 1.58 2.12 2.23 1.60 41.1 41.1 41.1 41.1 75.2 79.3 82.0 72.7 65.8 90.6 91.7 65.0 22.9 22.9 22.9 19.4 39.8 43.5 36.6 41.2 39.8 67.9 32.1 43.5 74.2 25.8 10.1 46.7 79.7 20.3 41.2 70.3 29.7 17.6 32.2 30.4 17.6 35.2 33.2 17.6 28.2 26.6 21.8 48.6 46.4 MANUAL DE DISEÑO DE PROCESO PDVSA MDP–05–F–05 TRANSFERENCIA DE CALOR HORNOS PRECALENTADORES DE AIRE PDVSA .Menú Principal Indice manual REVISION FECHA 0 DIC.95 Página 29 Indice volumen Indice norma NOTAS: 1. Basado en condiciones operacionales calculadas para diseño de horno con precalentador, pero sin desvío del mismo. 2. Ver Figura 15 del documento PDVSA–MDP 05–F–01. 3. Ver Figura 8. para el balance de materia. 4. Ver Figuras 22A/B del documento PDVSA–MDP 05–F–01. 11 NOMENCLATURA ÁÁÁÁÁ ÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁ ÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁ ÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁ ÁÁÁÁÁ ÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁ ÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁ ÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁ ÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁ ÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁ ÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁ ÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁ A Wf Tg = Area de la compuerta de alivio de presión = Flujo de gas de combustión = Temperatura del gas de combustión en la puerta de alivio. Para compuertas de alivio ubicadas en la sección de radiación, utilice la temperatura de la pared divisoria (Bridgewall temp.). Para compuertas ubicadas encima de la sección de convección, use la temperatura de salida de la sección de convección En unidades SI m2 En unidades inglesas pie2 kg/s °C lb/s °F FACTORES QUE DEPENDEN DE LAS UNIDADES USADAS ÁÁÁÁÁ ÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁ ÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁ F53 = Factor cuyo valor depende de la unidades usadas 546 150 MANUAL DE DISEÑO DE PROCESO PDVSA .Menú Principal TRANSFERENCIA DE CALOR HORNOS PRECALENTADORES DE AIRE Indice manual Indice volumen PDVSA MDP–05–F–05 REVISION FECHA 0 DIC.95 Página 30 Indice norma 12 APENDICE Tabla 1. Tabla 2. Tabla 3. Figura 1. Figura 2. Figura 3. Figura 4. Figura 5. Figura 6. Figura 7. Figura 8. Consideraciones de seguridad en el diseño de sistema de precalentamiento de aire en fluidos de proceso Especificaciones típicas de un precalentador de aire Especificaciones típicas del regulador de tiro Instalación típica del precalentador de aire Precalentador de aire del tipo regenerativo Ljungstrom Dimensiones aproximadas del precalentador Ljungstrom Arreglo del precalentador de aire “DEKA” a prueba de corrosión Sistema de precalentamiento de aire de fluido circulante Esquema de un sistema de precalentador de aire del tipo regenerativo Arreglos del ducto de aire precalentado Balance de material para un sistema de precalentamiento típico MANUAL DE DISEÑO DE PROCESO PDVSA .Menú Principal TRANSFERENCIA DE CALOR HORNOS PRECALENTADORES DE AIRE Indice manual Indice volumen PDVSA MDP–05–F–05 REVISION FECHA 0 DIC.95 Página 31 Indice norma TABLA 1. CONSIDERACIONES DE SEGURIDAD EN EL DISEÑO DE SISTEMA DE PRECALENTAMIENTO DE AIRE EN FLUIDOS DE PROCESO A. Fugas 1. Diseñe los intercambiadores con los cabezales soldados fuera del ducto de aire. 2. Diseñe los intercambiadores para posibles presiones máximas y temperaturas según el procedimiento único para este servicio. 3. Ubique los tubos cabezales fuera del ducto. 4. Análisis de presión en cada parada. 5. Sin aislamiento interno en el ducto. 6. Mantener la presión de operación del lado del combustible tan baja como sea posible en la práctica. 7. Poner pendiente en el ducto del fondo para permitir el drenaje a un estanque. 8. Proporcionar un muro de separación con colector alrededor del intercambiador en el ducto. B. Minimización del Potencial de Fugas 1. Restringir los tubos a un máximo de 25 mm (1 pulg) de tubería sin costura extra pesados. 2. Minimizar la retención de combustible en el haz de tubos y también en la tubería externa por medio de válvulas de cierre hermético y de desvío. 3. Proveer actuación rápida a las válvulas de cierre activadas por 20% LEL en el ducto. C. Selección del Combustible 1. No se deben usar combustibles con H2 o contaminados con H2. Se deben evitar los cortes livianos y las naftas. 2. La temperatura del combustible a la entrada no debe exceder su temperatura de auto–ignición. 3. No utilice combustibles corrosivos o aplique el patrón permisible de corrosión. D. Procedimiento 1. No ponga el precalentador de aire con aceite caliente en servicio hasta que el horno o caldera estén en línea. (No se aplica a sistemas de recuperación de calor de gases de combustión). 2. Sople frecuentemente el ducto de drenaje. E. Seguridad 1. Instalar un analizador de vapor en la corriente de aire. Ajustar la alarma del analizador a 10% LEL y disparar el combustible a 20% LEL (se debe tener mucho cuidado en la selección de este instrumento). 2. Instalar compuertas en ducto de venteo a un sitio seguro. MANUAL DE DISEÑO DE PROCESO PDVSA .Menú Principal TRANSFERENCIA DE CALOR HORNOS PRECALENTADORES DE AIRE Indice manual Indice volumen PDVSA MDP–05–F–05 REVISION FECHA 0 DIC.95 Página 32 Indice norma Tabla 1 (Cont.) 3. Instalar válvulas de alivio térmico en el lado del combustible. 4. Instalar cierre hermético con ajuste manual en el combustible al precalentador iniciado por: + Pérdida de flujo de aire + Indicación de 20% LEL + Extinción de la llama + Pérdida de carga al horno + Cualquier otra emergencia que paralize el horno 5. Calcular % de vaporización a la temperatura de entrada al horno según la Sección F con el fin de determinar si ocurriera una mezcla explosiva cuando haya una ruptura de tubos. F. Suposiciones Básicas para los Cálculos 1. Asuma ruptura de tubo con flujo de combustible a través de ambas puntas del tubo roto por fuga de combustible. 2. Suponga que no hay neblina. 3. Calcule el porcentaje de vaporización a la temperatura de entrada del combustible con un flujo normal de aire. 4. Si automáticamente resulta fuga en una mezcla explosiva (por ejemplo, por encima del LEL) rechaze el diseño. Por lo mencionado anteriormente, se deben considerar precalentadores combustible/aire como casos especiales, los cuales requieren una revisión detallada de arranques/paradas y condiciones anormales de operación. El Comité Operacional de Seguridad de la Planta debe consultar con anticipación en las etapas formativas del desarrollo del diseño de todas las propuestas de conservación, y revisar los proyectos en las diferentes etapas. En caso de que cualquiera de los afiliados encuentren un nuevo problema o desee asistencia se puede consultar a los miembros de la sección de seguridad y protección contra incendio. MANUAL DE DISEÑO DE PROCESO PDVSA .Menú Principal TRANSFERENCIA DE CALOR HORNOS PRECALENTADORES DE AIRE Indice manual Indice volumen PDVSA MDP–05–F–05 REVISION FECHA 0 DIC.95 Página 33 Indice norma TABLA 2. ESPECIFICACIONES TIPICAS DE UN PRECALENTADOR DE AIRE 1. Se debe instalar un precalentador de aire rotatorio/regenerativo o tubular. En el caso de un precalentador del tipo Ljungstrom, el precalentador de aire que está siendo fabricado localmente debe ser diseñado según la Corporación de Precalentadores de Aire CE (CE Air Preheater Corporation), USA. 2. El precalentador debe ser diseñado para las siguientes condiciones (El vendedor debe proporcionar los datos para la lista dada a continuación): ÁÁÁÁÁ ÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁ ÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁ ÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁ ÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁ ÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁÁ En unidades SI En unidades inglesas Lado Gas de Combustión (Tiro Inducido) Temp. del banco de convección Flujo del banco de convección Tiro requerido de entrada del precal. 510°C 28.3 kg/s 0.37 kPa 950°F 224500 lb/h 1.5 pulg de agua Temp. aprox. del precal. (no corregida) Temp. aprox. del precal. (incluyendo fugas) Flujo aprox. del precal. (incluyendo fugas) Caída de presión aprox. a través del precal. 195°C °C kg/s kPa 383°F °F lb/h pulg de agua Lado Aire (Tiro Forzado) Temp. ambiente para el diseño térmico Temp. ambiente mín./máx. Flujo de aire al quemador Presión requerida en el quemador 15°C –29/41°C 26,7 kg/s 2.5 kPa 60°F –20/106°F 211800 lb/h 10 pulg de agua Temp. aprox. en el quemador Flujo aprox. al precal. (incluyendo fugas) Caída de presión a través del precal. °C kg/s kPa °F lb/h pulg de agua 3. Las temperaturas aproximadas, flujos y caídas de presión son dependientes del diseño y fugas del precalentador de aire. Estas figuras deben ser confirmadas por el vendedor del precalentador de aire e incorporarlo en las dimensiones de los ventiladores. El vendedor del precalentador debe incluir un conjunto completo de datos del funcionamiento del equipo y la garantía en la propuesta. 4. Los materiales del precalentador deben ser adecuados para combustibles líquidos y gaseosos que contengan 20 g/kg (2% en peso) de azufre. La propuesta debe tomar en cuenta las temperaturas mínimas de los materiales de construcción. MANUAL DE DISEÑO DE PROCESO PDVSA .Menú Principal TRANSFERENCIA DE CALOR HORNOS PRECALENTADORES DE AIRE Indice manual Indice volumen PDVSA MDP–05–F–05 REVISION FECHA 0 DIC.95 Página 34 Indice norma Tabla 2 (Cont.) 5. El precalentador debe estar provisto de facilidades de lavado con agua y de sopladores de hollín para limpieza sobre líneas. 6. También se deben instalar compuertas de acceso para el mantenimiento e inspección del precalentador. Algunos requerimientos adicionales para precalentadores de aire del tipo rotatorio/regenerativo: 7. Los elementos calientes deben ser “Corten” y los elementos fríos esmaltados. (Estos materiales son los mínimos considerados, se pueden requerir materiales de mayor calidad para servicios con temperaturas muy altas.) 8. Los elementos fríos deben estar en cestas para facilitar su remoción lateral. 9. El precalentador debe operar con motor eléctrico. También se debe instalar el motor eléctrico auxiliar con embrague automático y solenoide. 10. Se deben instalar puertas de vidrio y luces de observación en la entrada del aire frío. MANUAL DE DISEÑO DE PROCESO PDVSA .Menú Principal TRANSFERENCIA DE CALOR HORNOS PRECALENTADORES DE AIRE Indice manual Indice volumen PDVSA MDP–05–F–05 REVISION FECHA 0 DIC.95 Página 35 Indice norma TABLA 3. ESPECIFICACIONES TIPICAS DEL REGULADFOR DE TIRO Instalar compuertas herméticas en ductos de acuerdo al siguiente procedimiento: 1. La entrada a cada quemador es operada manualmente y diseñada para cerrar herméticamente. 2. El ducto de desvío del lado aire del precalentador (Metroflex o igual) es operado neumáticamente para controlar la temperatura del gas de combustión a la salida y así minimizar corrosión por condensación en el lado del gas de combustión por bajo flujo o por bajas temperaturas del aire ambiente. Esta compuerta también puede ser utilizada para desviar completamente el precalentador. 3. El ducto de desvío del gas de combustión a la chimenea (Metroflex o igual es operado neumáticamente. La compuerta debe abrir automáticamente en caso de cualquier falla del ventilador de tiro inducido o del precalentador de aire. 4. Se requieren reguladores adicionales operados manualmente a la entrada y salida del lado aire y discos ciegos a la entrada del gas de combustión según lo requerido para aislar el precalentador durante el mantenimiento. 5. Se requieren reguladores adicionales operados neumáticamente para controlar el aire de combustión a hornos individuales unidos a un sistema común. 6. Se deben instalar sellos externos en los ejes del regulador para minimizar fugas. NOTA: Los puntos 4 y 5 deben ser incluidos sólo si son requeridos. MANUAL DE DISEÑO DE PROCESO PDVSA .Menú Principal TRANSFERENCIA DE CALOR HORNOS PRECALENTADORES DE AIRE Indice manual Indice volumen PDVSA MDP–05–F–05 REVISION FECHA 0 DIC.95 Página 36 Indice norma Fig 1. INSTALACION TIPICA DEL PRECALENTADOR DE AIRE MANUAL DE DISEÑO DE PROCESO PDVSA .Menú Principal TRANSFERENCIA DE CALOR HORNOS PRECALENTADORES DE AIRE Indice manual Indice volumen PDVSA MDP–05–F–05 REVISION FECHA 0 DIC.95 Página 37 Indice norma Fig 2. PRECALENTADOR DE AIRE DEL TIPO REGENERATIVO LJUNGSTROM MANUAL DE DISEÑO DE PROCESO PDVSA .Menú Principal TRANSFERENCIA DE CALOR HORNOS PRECALENTADORES DE AIRE Indice manual Indice volumen PDVSA MDP–05–F–05 REVISION FECHA 0 DIC.95 Página 38 Indice norma Fig 3. DIMENSIONES APROXIMADAS DEL PRECALENTADOR LJUNGSTROM MANUAL DE DISEÑO DE PROCESO PDVSA .Menú Principal TRANSFERENCIA DE CALOR HORNOS PRECALENTADORES DE AIRE Indice manual Indice volumen PDVSA MDP–05–F–05 REVISION FECHA 0 DIC.95 Página 39 Indice norma Fig 4. ARREGLO DEL PRECALENTADOR DE AIRE “DEKA” A PRUEBA DE CORROSION MANUAL DE DISEÑO DE PROCESO PDVSA .Menú Principal TRANSFERENCIA DE CALOR HORNOS PRECALENTADORES DE AIRE Indice manual Indice volumen PDVSA MDP–05–F–05 REVISION FECHA 0 DIC.95 Página 40 Indice norma Fig 5. SISTEMA DE PRECALENTAMIENTO DE AIRE DE FLUIDO CIRCULANTE MANUAL DE DISEÑO DE PROCESO PDVSA .Menú Principal TRANSFERENCIA DE CALOR HORNOS PRECALENTADORES DE AIRE Indice manual Indice volumen PDVSA MDP–05–F–05 REVISION FECHA 0 DIC.95 Página 41 Indice norma Fig 6. ESQUEMA DE UN SISTEMA DE PRECALENTADOR DE AIRE DEL TIPO REGENERATIVO MANUAL DE DISEÑO DE PROCESO PDVSA .Menú Principal TRANSFERENCIA DE CALOR HORNOS PRECALENTADORES DE AIRE Indice manual PDVSA MDP–05–F–05 REVISION FECHA 0 DIC.95 Indice volumen Fig 7. ARREGLOS DEL DUCTO DE AIRE PRECALENTADO Página 42 Indice norma MANUAL DE DISEÑO DE PROCESO PDVSA .Menú Principal TRANSFERENCIA DE CALOR HORNOS PRECALENTADORES DE AIRE Indice manual Indice volumen PDVSA MDP–05–F–05 REVISION FECHA 0 DIC.95 Página 43 Indice norma Fig 8. BALANCE DE MATERIAL PARA UN SISTEMA DE PRECALENTAMIENTO TIPICO