Intercambiador de calor de cáscara y tubo - Intercambiador de efluentes de alimentación con las normas ASME VIII DIV.1 TEMA R API660

A feed effluent heat exchanger (also referred to as a combined feed exchanger or Texas Tower) is a shell and tube heat exchanger that preheats reactor feed by recovering heat from the hot reactor effluent streamEste equipo se coloca aguas arriba del calentador a fuego y sirve como dispositivo de recuperación de calor primario en procesos de reacción catalítica, incluyendo el tratamiento hidrotráfico de nafta, reformado catalítico,Deshidratación (eEn el caso de los productos químicos, el proceso de CatofinTM), la síntesis de amoníaco y el hidrocraqueo.

El intercambiador de efluentes de alimentación reduce el consumo de combustible del calentador quemado mediante la recuperación de energía térmica que de otro modo se desecharía a la atmósfera o al agua de refrigeración.Para un calentador de cocción de capacidad de cocción fija, una mayor recuperación de calor en el intercambiador de efluentes de alimentación prolonga la duración del ciclo del catalizador y mejora el rendimiento general de la planta.

Este producto está diseñado y fabricado de acuerdo con la Clase R de TEMA (servicio de refinería), la División 1 o la División 2 de la Sección VIII de ASME y, en su caso, la API 661/ISO 13706.

En un esquema de flujo típico de un proceso de reacción catalítica:

• La alimentación del reactor en frío (líquido o de fase mixta) entra en el lado de la cáscara o del tubo del intercambiador de efluentes de alimentación
• Flujos de efluentes calientes del reactor (gas o de fase mixta a 400°C~600°C) en el lado opuesto
• El calor se transfiere del efluente al alimento, precalentando el alimento antes de que entre en el calentador de combustión
• El efluente se enfría, condensando parcialmente productos valiosos para su separación aguas abajo

El intercambiador de efluentes de alimentación puede recuperar el 70~80% de la carga térmica total requerida para el precalentamiento de la alimentación.

El beneficio termodinámico se cuantifica mediante la superposición de la curva de calentamiento de alimentación y la curva de enfriamiento de efluentes..8 MW de la demanda total de alimentación de 27.5 MW, con el calentador alimentado suministrando los 6.7 MW restantes.

El intercambiador de efluentes de alimentación funciona típicamente con tres zonas de transferencia de calor distintas a lo largo de la longitud del tubo, cada una con mecanismos y coeficientes diferentes:

Los coeficientes globales de transferencia de calor (OHTC) para los intercambiadores de efluentes de alimentación de fase mixta generalmente oscilan entre 50 y 70 W/m2·K para el dimensionamiento preliminar.con valores finales dependientes de las velocidades de flujo y de los factores de contaminación.

Orientación

• Vertical (Texas Tower) común para alimentación de dos fases con evaporación en el lado del tubo, lo que permite la distribución de líquido asistido por gravedad
• Horizontal utilizado para el servicio gas-gas o cuando se prefiera una elevación más baja para el acceso de mantenimiento

Tipo de paquete de tubos (TEMA)

• BEU (bundle de tubos en U) ‡ recomendado para el servicio de hidrógeno (presión parcial de hidrógeno ≥ 3,5 MPa o contenido de H2 ≥ 90 vol%),Como el diseño de tubos en U minimiza las juntas de tubos a láminas y se adapta a la expansión térmica
• BEM / AEM (tabla de tubo fija) ️ aplicable cuando el diferencial de temperatura se encuentra dentro de los límites permitidos
• Cabeza flotante opcional para el servicio de incrustación grave

Diseño de deflector

• Corte vertical (barreras segmentales orientadas verticalmente) ⁠ se recomienda para alimentación de dos fases para garantizar una distribución uniforme de las fases líquida y de vapor alrededor de cada barreras, reduciendo el riesgo de flujo de babosa
• Desarrollo alternativo para una mejor distribución del flujo y una reducción del bypass
• Deflectores de estilo escudo y ala con sellos circunferenciales

La alimentación que entra en un intercambiador de efluentes de alimentación es típicamente una mezcla de dos fases (hidrocarburos líquidos + gas rico en hidrógeno).y las dos fases se distribuirán de modo que la caída de presión general se minimiceEsto puede dar lugar a una mala distribución, con líquido que fluye preferentemente a través de ciertos tubos y gas a través de otros.

Para hacer frente a este reto:

• Selección del número de tubos: Establecer de modo que el gradiente de presión de un flujo bien mezclado de dos fases es menor que la cabeza hidrostática de la fase líquida sola..
• Distribuidores de fase: Las placas perforadas instaladas en las cabeceras del intercambiador aseguran la presencia de gas debajo de todos los tubos.
• Distribuidores de envoltura de entrada: Cortes en ángulo (10°-30°) en la envoltura de entrada de gas de alimentación directa hacia la lámina del tubo para una distribución uniforme.
• Sellos de circunferencia flexibles: Instalado en deflectores para minimizar las vías de fuga y mejorar la distribución del flujo a través del paquete.

Los intercambiadores de efluentes de alimentación operan en un amplio rango de temperaturas y pueden manejar fluidos que contienen cloruros, sulfuro de hidrógeno, amoníaco y agua.La selección del material se clasifica según la temperatura de funcionamiento esperada:

Para los servicios con amoníaco y cloruro de hidrógeno presentes (por ejemplo, unidades NHT), las sales de cloruro de amonio pueden precipitarse a medida que se enfría el efluente.El intercambiador está diseñado típicamente con un punto de inyección de agua de lavado intermitente aguas arriba de la zona de formación de sal para permitir el lavado si el rendimiento térmico o hidráulico disminuye.

Protección contra la nitruración de los gases de escape: En los servicios en los que la temperatura de los efluentes exceda de 425°C (por ejemplo, en la síntesis de amoníaco),la cubierta adyacente a la lámina del tubo puede requerir una superposición de Inconel® u otra superposición resistente a la nitruración hasta que el gas se enfríe por debajo del umbral de nitruración.

En el servicio de efluentes de alimentación, el diferencial de temperatura entre el alimento y el efluente puede superar los 200°C.La construcción de haces de tubos en U permite la expansión térmica diferencial entre los tubos y la cáscara sin necesidad de juntas de expansión.

Para los diseños de lámina de tubo fija, el cálculo de la tensión térmica según la norma ASME VIII-1 UG-23 (c) limita el diferencial de temperatura admisible.Se requiere un diseño de tubo en U o cabeza flotante..

La contaminación en los intercambiadores de efluentes de piensos se produce por:

• Deposición de sal de cloruro de amonio: Se precipita cuando los efluentes del reactor se enfrían por debajo del punto de rocío de sal.
• Formación de coca o goma de mascarLa contaminación por oxígeno durante el almacenamiento agrava la incrustación.Se recomiendan aparatos de extracción de oxígeno situados aguas arriba de la unidad cuando se transporta el pienso a la refinería..
• Acumulación de escala: de los catalizadores finos o de los productos de corrosión.

Monitoreo del rendimiento: Indicadores de presión diferencial en ambos lados del caparazón y del tubo detectan incrustaciones.Se recomienda la limpieza cuando ΔP exceda el ΔP de diseño en un 30% o cuando no se pueda mantener la temperatura de salida..

Verificación de las dimensiones

• Tolerancia OD del tubo: ±0,11 mm por ASTM B730
• Tolerancia de longitud del paquete: ± 1,5 mm por TEMA RCB-8
• Tolerancia de separación del deflector: ±1,5 mm

Examen no destructivo

• Las juntas entre tubos y láminas: 100% de penetración líquida (PT) para juntas soldadas (según la norma ASME VIII-1 UW-51)
• Las costuras longitudinales y circunferenciales de la cáscara: radiografía puntual (RT) según la norma ASME UW-52 o RT completa según la especificación
• Las soldaduras de cabeza: 100% RT o PT por diseño
• Sellos de circunferencia en los deflectores: inspección visual para el ajuste y la flexibilidad adecuados

Pruebas de presión

• Prueba hidrostática (lado del tubo y del caparazón): 1,3 × presión de diseño por ASME VIII-1 UG-99, espera 30 minutos, caída de presión cero
• Prueba de fuga neumática (si se especifica): 0,6 MPa de aire o nitrógeno; tasa de fuga ≤ 1 × 10−5 Pa·m3/s por el apéndice VI de la norma ASME

• Certificados de ensayo de los materiales (EN 10204 3.1 o 3.2)
• El informe de datos de sello en U ASME (si procede)
• Hoja de datos TEMA (clase R o B, según se especifique)
• Informe de inspección dimensional
• Reporte de ensayo hidrostático con registro de la tabla de presión
• Los informes de ECM (PT/RT/MT según corresponda)
• Especificación del procedimiento de soldadura (WPS) y registro de calificación (PQR)
• Dibujo del paquete de tubos tal como está construido
• Informe de diseño térmico (carga térmica, corrección LMTD, OHTC, cálculos de caída de presión)

1. Proporcionar un diagrama de flujo del proceso que muestre los flujos de alimentación y de efluentes, las temperaturas, las presiones y los caudales.
2. Especificar la composición de los piensos (hidrocarburos líquidos, H2, gas de reciclaje, contaminantes).
3. Especificar la composición del efluente (incluyendo H2S, NH3, HCl, contenido de agua).
4. Proporcione la temperatura de entrada del reactor y el trabajo del calentador.
5. Especificar las caídas de presión permitidas (lado de la carcasa y del tubo).
6. Identificar los mecanismos de incrustación esperados (sales, coque, escamas).
7. Especifique si se requiere inyección de agua de lavado y en qué lugar.
8. Seleccionar el grado de material en función de la temperatura máxima de funcionamiento y la corrosividad.
9. Especificar el tipo TEMA (BEU recomendado para el servicio de hidrógeno).
10. Proporcionar las condiciones ambientales del emplazamiento para la evaluación del arranque en frío.

Los intercambiadores de efluentes de alimentación no son aplicables para:

• Servicios con un alto contenido de sólidos (> 2% en peso) sin filtración aguas arriba debido a la erosión del lado del tubo y la incrustación
• Las reacciones que requieren una extinción inmediata después del lecho del catalizador
• Presión parcial de hidrógeno muy baja (< 1,0 MPa) en la que la contaminación de la bobina de calefacción en el calentador a fuego se convierte en una restricción de diseño
• Servicios en los que los efluentes contienen compuestos que se polimerizan o se descomponen a temperaturas de funcionamiento del intercambiador, lo que conduce a una contaminación rápida