Curso de tuberías para plantas de proceso - 0202 Hornos

8/18/2019 Curso de tuberías para plantas de proceso - 0202 Hornos

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Patrocinado por; COMFIA & FUNDACIÓN MADRID FORMACIÓN Y EMPLEO.Pº del Prado, nº 24, 5ºA; 28014 Madrid; 913-697-294.

Fax 914-203-074; E-mail [email protected]

CURSO AVANZADO PARA EL

DISEÑO DE TUBERÍAS EN PLANTAS QUÍMICAS, PETROQUÍMICAS,

FARMACEUTICAS, NUCLEARES,

ALIMENTARIAS, ETC.

0202

HORNOS DE PROCESO


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CURSO AVANZADO PARA EL DISEÑO DE TUBERÍAS EN PLANTAS DE PROCESO PETROQUÍMICO, NUCLEAR, ETC.

LOS HORNOS DE PROCESO PETROQUÍMICO.

Patrocinado por; COMFIA & FUNDACIÓN MADRID FORMACIÓN Y EMPLEO.Pº del Prado, nº 24, 5ºA; 28014 Madrid; 913-697-294, fax 914-203-074; E-mail [email protected].

Dirigido por Jesús Escobar García 639-155-420; [email protected]

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Índice de la unidad:00 INTRODUCCIÓN.

01 GENERALIDADES SOBRE LOS HORNOS DE PROCESO.

02 HORNOS DE CAJA, O “BOX”.

03 HORNOS DE CATEDRAL.

04 HORNOS CILÍNDRICOS, O VERTICALES.


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01 GENERALIDADES SOBRE LOS HORNOS (“fired heaters”).

En la mayoría de las instalaciones petroquímicas, la aportación del calor para el proceso, se

consigue mediante un horno de combustión o de calentamiento directo (horno tubular) en el

que las calorías producidas por la combustión se transmiten, por radiación, conducción y

convección al fluido a calentar, dicho fluido circula por un serpentín tubular (un haz de tubos).

Los hornos son, junto con los generadores de vapor, las fuentes de calor que se utilizan en las

plantas químicas y petroquímicas, para realizar los procesos que en ellas se llevan a cabo.

Desde el punto de vista constructivo, los Hornos se dividen en:

j Horizontales:

? Tipo Box.

? Tipo Cabin, o de Catedral.

k Cilíndricos o Verticales.

En esencia un horno de combustión consiste en una serie de serpentines (“coils”)

independientes entre sí, a través de los cuales se hace circular el fluido que se desea calentar

(por ejemplo Petróleo Crudo); estos serpentines están dentro de una envoltura metálica de gran

tamaño, de forma diversa, prismática, o cilíndrica; cuyas paredes y techo, particularmente lasde la cámara de combustión, se protegen contra los efectos de la temperatura mediante

recubrimiento, refractario y aislante que, por otra parte, tiene por objeto reducir las pérdidas

caloríficas al exterior estando protegida de la intemperie, por una chapa metálica. El fondo de

la zona de combustión constituye el suelo del horno y esta asimismo recubierto de una capa de

productos refractarios y aislantes; normalmente se encuentra situado a una altura suficiente para

permitir el paso de los operarios por debajo (≅ 2,0 m. sobre el PA del pavimento).

La envoltura metálica del horno debe ser lo suficientemente fuerte para resistir las acciones del

viento y soportar el conjunto del haz tubular, el peso del ladrillo refractario y el aislamiento y

debido a que la cámara de combustión está a una presión inferior a la atmosférica, debido al tiro

de la chimenea, esta envoltura debe ser lo suficientemente estanca para evitar entradas parásitas

de aire, que tendría un efecto perjudicial en el rendimiento del horno. La envoltura se

complementa con un esqueleto de estructura metálica exterior, en la que se apoyan las chapas

atornilladas o soldadas sobre dicho esqueleto, que confiere resistencia estructural a la carcasa

del horno.


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Las paredes verticales, (suelo en los hornos verticales) están provistas de orificios en los que se

colocan los quemadores (“burners”). Un cierto número de mirillas permite observar la

combustión, la forma de las llamas, y la estabilidad de los tubos; en las paredes también están

colocadas las puertas de acceso al interior del horno; estas puertas y mirillas deben estar

herméticamente cerradas (horno en servicio).

Los serpentines reciben el calor emitido por las llamas de los quemadores (“burners”) y el

conjunto del ladrillo refractario + aislamiento, impide el paso al exterior, a través de las paredes

del horno, del calor producido en su interior.

El flujo de fluido a través de los serpentines debe ser lo más homogéneo posible, por ello si unhorno tiene cuatro serpentines, la tubería que conduce el fluido que debe ser calentado, se

bifurcará en cuatro ramales y cada uno de ello conectara con la tobera de entrada de un

serpentín; las salidas de los serpentines tendrán una disposición semejante. Estos serpentines

están sujetos a la estructura metálica del horno, tienen un recorrido considerablemente largo por

el interior del horno, su forma es tal, que todos ofrecen, la misma resistencia el paso de un

fluido, es decir, tienen el mismo número de codos y la misma longitud de tramos rectos.

Los humos producidos por la combustión, salen a través de una chimenea montada en vertical,

y en su caso, pasando previamente por el precalentador de aire, la citada chimenea tiene forma

cilíndrica y puede estar situada directamente sobre la parte superior del horno o sobre una

fundación separada.

El conducto que conduce los humos a la base de la chimenea se llama canal de humos. Esta

chimenea cumple una doble misión; por un lado descarga los humos a una altura suficiente para

su rápida disipación en la atmósfera, y por otro lado produce un "tiro" en el interior del horno.

El mencionado "tiro", tiene su origen en el vacío que crean los gases de la combustión, cuando

por estar muy calientes ascienden hacia el exterior a través de la chimenea. Este vacío coloca la

cámara de combustión en depresión, provocando de esta manera la entrada del aire necesario

para la combustión a través de las ventanas que hay en la proximidad de los quemadores, cuya

mayor o menor apertura se puede regular manualmente.


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Al margen de esta regulación, la chimenea del horno está dotada en su base, de una mariposa

de gases (registro) que permite regular el tiro y la salida de humos a la atmósfera. Este registro

se construye en un acero resistente al calor.

La chimenea está normalmente protegida interiormente, al menos en su parte inferior, donde

los humos están muy calientes, mediante una capa de hormigón refractario, que permite

construir la chimenea en acero ordinario; cuando la chimenea es de gran altura se la construye

de hormigón.

La naturaleza del metal utilizado en la fabricación de los tubos y de los accesorios utilizados en

los serpentines, depende de la temperatura y de la naturaleza, más o menos, corrosiva del fluidoa calentar. El metal debe tener en caliente, características mecánicas suficientes a la

temperatura de trabajo. El diseño de las Serpentines de un Horno se efectúa con arreglo el

Código ASME secc. VIII.

Se sabe que la resistencia mecánica del acero disminuye cuando la temperatura aumenta, y el

metal presenta un fenómeno conocido bajo el nombre de fluencia; por la que bajo la acción de

una tracción en caliente, una probeta de metal se alarga de manera no elástica, y termina porromperse. Existen curvas que dan, para cada metal, las cargas que provocan un alargamiento

relativo dado, o la rotura, en un tiempo determinado. Se considera en general como fatiga de

trabajo admisible, la que provoca una fluencia del 1 % en 10.000 horas, o la que provoca la

rotura en 100.000 horas, a la temperatura de empleo de los tubos.

Otro factor que determina la elección de la calidad de un acero es la corrosión. Se trata, de una

parte, de la oxidación de la superficie del tubo por los humos calientes y, por otra, de la

corrosión que puede provocar el fluido caliente. En los casos de fluidos corrosivos la elección

del metal viene impuesta por el tipo de corrosión a prever.


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Figura 01; Aspecto externo de un horno horizontal de “catedral”.


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En el caso de un fluido no corrosivo, y a temperaturas relativamente poco elevadas 400 ºC, se

utilizan los tubos y accesorios de acero al carbono o, hasta 450 ºC de acero al carbono con la

adición de un 0,5% de molibdeno, que mejora la resistencia mecánica en caliente. Por encima

de los 450 ºC, se utilizan los aceros llamados refractarios, es decir, que tienen elevadas

propiedades mecánicas en caliente, a la vez que una buena resistencia a la oxidación, como los

aceros al cromo molibdeno:

? 1,25 % de Cr y 0,50% de Mo.

? 2,25 % de Cr y 0,50% de Mo.

? 5,00 % de Cr y 0,50% de Mo; este acero presenta muy buena resistencia a la oxidación en

presencia de humos sulfurosos, hasta los 700/750 ºC.

A una temperatura más alta, es decir, hasta 870º C, se emplean aceros inoxidables (18% de Cr.,

8% de Ni, con, o sin, molibdeno), a menudo estabilizados, para evitar el tratamiento térmico

posterior a la soldadura.

Por encima de 870 ºC, es necesario utilizar aceros todavía más aleados (25 % Cr, 12 % NI, o 25

% Cr, 20% Ni) o metales que no contienen hierro como el Inconel (aleación de niquel y

cromo). No es raro que un haz tubular se forme con tubos de diversas calidades, aumentando sualeación hacia el extremo del circuito donde la temperatura es más elevada.

Los soportes de los tubos y los cabezales tubulares están, asimismo, sometidas a temperaturas

muy altas, superiores incluso a las de los tubos, pues estas piezas no están refrigeradas, como

los tubos, por la circulación del fluido. Estos elementos se construyen en fundición, o en acero

refractario.

El proyectista de tuberías, si lo considera necesario, puede consultar con el departamento de

hornos, la posibilidad de realizar cambios en el diseño del horno que puedan permitir un mejor

trazado de tuberías, por ejemplo la posición de las toberas de entrada y de salida de los

serpentines. También puede solicitar algunos cambios en la estructura metálica, sí ello mejora

el diseño de las tuberías, ya que todas las plataformas, pasarelas escaleras, barandillas etc. qué

el horno necesita para mantenimiento y operación vienen diseñadas por el fabricante del mismo

e incluidas en el suministro.


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Las dimensiones de un horno de cualquier tipo, quedan principalmente definidas por la longitud

de los tubos. El número de tubos depende de la capacidad del horno y de la tasa de

transferencia adoptada. Por ello cuando el ejecutar el diseño de un horno se hace el cálculo de

los serpentines, se obtiene una determinada longitud para cada uno, que suele ser muy grande,

tanto para la parte del serpentín que está en la zona de convección como para la parte que está

en la zona de radiación.

En los hornos de grandes dimensiones la longitud desarrollada del haz tubular puede pasar

ampliamente, de un kilómetro. Para poder alojar en ambas zonas la longitud de tubo que

corresponde a cada una, es necesario que los tubos recorran esas zonas mediante una

trayectoria en zig-zag, valiéndonos para esto de curvas de 180º o de cabezales (“headers”), quecumplen el mismo fin.

El fluido que entra en el serpentín de un horno, recorre en primer lugar la parte del serpentín

que se encuentra en la zona de convección, que tiene menor temperatura y después la parte que

se encuentra en la zona de radiación, que es la de mayor temperatura. Esto se hace para que la

diferencia de temperatura entre el ambiente exterior del tubo, y la del interior del fluido que

circula por el serpentín, se mantenga siempre alta, con la cual se consigue un mayorrendimiento térmico.

La misión de los quemadores es inyectar en la cámara de combustión del horno una mezcla de

combustible y aire, en la proporción necesaria para una buena combustión, y en cantidad

adecuada en todo momento a las necesidades del horno; estos quemadores suelen ir situados en

el suelo del horno, aunque a veces van situados en una pared lateral.

Los quemadores pueden ser apropiados para gas (fuel-gas), o para combustible líquido (fuel-

oil), o para ambos (quemadores mixtos), es decir, que el mismo quemador puede funcionar con

fuel-oil o fuel-gas.

Los quemadores para fuel-oil necesitan pulverizar el combustible para que éste arda

correctamente; esto se consigue mediante una boquilla pulverizadora que recibe el suministro

de fuel-oil a gran presión, o bien suministrando el combustible a presión normal, pero

inyectando además en el quemador aire, o vapor a presión elevada (80 PSI ≡ 5,6 kg/ cm2).


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Todos los quemadores llevan además de las tuberías principales de suministro de combustible,

una tubería de pequeño diámetro (1/2” aproximadamente) que suministra gas combustible al

mechero piloto, de forma que si cerramos la válvula de paso en la tubería principal, siga

encendida la llama piloto, con lo cual para poner de nuevo en funcionamiento el quemador

basta con volver a abrir la llave de paso de combustible en la línea principal.

La instrumentación para controlar la marcha del horno se compone de dos elementos

principales:

j El indicador de tiro (draught gauge); que no es más un vacuometro o manómetro, pues el

tiro que se provoca en el interior de un horno va en relación directa con el grado de vacío

producido. Lo habitual es instalar estos indicadores, en la parte baja de la zona de radiación,en la parte baja de la convección y en la chimenea, bajo la mariposa de gases.

k El medidor de temperatura (temperature gauges), o termómetro; este instrumento es

fundamental para el conocimiento del funcionamiento del horno; se deberán colocar puntos

de medición, como mínimo, en la parte baja y alta de la zona de radiación (bridge wall) y

sobre la zona de convección; asimismo se deben tener medidores para la temperatura de la

superficie exterior de los tubos, en la parte alta de la zona de radiación, así como de latemperatura de salida del producto, colocándose este último junto a la tobera de salida de los

serpentines.

El revestimiento de las paredes interiores de un horno puede hacerse, bien mediante un muro de

ladrillos refractarios tomados con un cemento refractario especial, o con una capa de hormigón

refractario formado por cemento al que se le añaden, como áridos, proporciones variables,

según las condiciones de utilización, de diatomeas o/y de vermiculita. Se obtiene, después del

secado, por evaporación del agua, un hormigón de baja densidad que resiste bien las

temperaturas del orden de 1.000 a 1.200º C y cuya conductibilidad térmica es del orden de 0,25

kcal/m h (ºC); el hormigón se aplica con pistola neumática sobre las paredes del horno que

disponen de una tela metálica (gunitado).

En el interior de un horno existen dos zonas claramente diferenciadas:

j Radiación.

k Convección.


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j Zona de Radiación; esta en la parte inferior del horno, se caracteriza porque en ella la

mayor parte del calor que reciben los tubos de los serpentines es transmitida por radiación,

pues los tubos están expuestos directamente a la luz producida por las llamas y reciben el

calor de los productos de la combustión. Esta zona es donde se desarrolla la llama. Los tubos

se colocan, generalmente, delante de las paredes de esta zona, la mayoría de las veces en una

fila; en algunos casos en dos.

k Zona de Convección (en algunos hornos de pequeño tamaño, pueda quedar eliminada) esta

zona, si existe, se instala a la salida de los humos de la cámara de combustión, encima de la

zona de radiación. Está formada por un haz de tubos colocados al tresbolillo, perpendicular

o paralelamente a la dirección de los humos. En ambos casos, se procura obtener unavelocidad elevada de los humos, a fin de conseguir alto coeficiente de transmisión. En ella,

la mayor parte del calor que reciben los tubos, es transmitida por convección, pues éstos no

reciben directamente la luz producida por las llamas, pero son bañados por la corriente de

gases calientes que ascienden hacia el exterior, a través de la chimenea. Los tubos en

algunos casos tienen la superficie exterior recubierta de aletas o de agujas (studs), lo que

aumenta la superficie de intercambio del tubo.

Las temperaturas obtenidas por los productos de la combustión son siempre muy elevadas. Se

puede, además, aumentarlas, precalentando el aire de combustión mediante los humos que

salen por la chimenea (zona convectiva).

Como se ha indicado, los intercambios térmicos que tienen lugar en el interior de un horno se

deben, a la vez, a la radiación, conducción y convección.

Es decir, el combustible cede su calor a las paredes de los tubos por radiación y convección; a

través de dichas paredes el calor se transfiere por conducción; y en el interior de los tubos, es

nuevamente la convección la que transmite el calor; finalmente, las pérdidas de calor a través

de los paramentos perimetrales, se producen por conducción.

El fenómeno más importante que hay que tener en consideración para la transmisión de calor,

es la radiación de los productos de la combustión.


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La evolución de los hornos tubulares nos muestra que, en un principio, este fenómeno fue

despreciado; los primeros hornos construidos fueron, prácticamente, hornos de convección. En

este tipo de hornos las primeras filas de tubos expuestas a la radiación de la llama, se

encontraban lejos de esta y absorbían el calor en una cuantía muy elevada, mientras que los

tubos situados cerca de la chimenea (más alejados) solo absorbían un poco.

Si se retiraba la primera hilera, era la segunda quien se calentaba, y con la retirada de los tubos

solo se conseguía agravar el problema. La solución actualmente utilizada en los hornos,

consiste en aumentar el número de tubos expuestos a la radiación de la llama, a fin de limitar a

un valor razonable, la cantidad de calor absorbida por unidad de superficie.

Se define como rendimiento de un horno, la relación entre la cantidad de calor absorbido por el

fluido a calentar y el generado en la combustión; la cantidad de calor no absorbida tiene el

siguiente balance:

j Una parte, en general muy baja, se pierde a través de las paredes por conducción.

k Las pérdidas más importantes, son las debidas a los humos a través de la chimenea, que

disipan a la atmósfera una cantidad elevada de calor, ya que su temperatura es considerable.Estas pérdidas por las chimeneas dependen de dos factores principales:

? El exceso de aire de combustión; se puede regular este factor, con un control de la

combustión; sin embargo, no se puede descender por debajo de un cierto límite, sin riesgo

de una combustión incompleta, su principal inconveniente es la reducción de la cantidad

de calor (por unidad de peso de combustible quemado), y la formación de CO capaz de

combinarse con el oxigeno aún presente en los humos fuera de la cámara de combustión

(post-combustión que daña al horno).

? La temperatura de los humos depende de un gran número de factores; para un exceso

de aire dado, la temperatura de los humos que salen de la zona de radiación queda

determinada por la carga térmica del horno, la superficie y la temperatura de los tubos.

⇒ La colocación de una zona de convección formada por un haz de tubos colocados en la

trayectoria de los humos hacia la chimenea permite recuperar una parte de su calor

sensible.


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⇒ Es conveniente señalar que la temperatura de los humos permanece por encima de la

temperatura de entrada de la carga en el horno. Generalmente, en las refinerías, el

fluido que entra en un horno se ha precalentando mediante un importante sistema de

intercambiadores.

El aumento de la temperatura de entrada a un horno disminuye su capacidad térmica,

así como su rendimiento, de manera que se precisa un estudio completo de la

instalación, incluyendo a la vez al horno e intercambiadores, para determinar

definitivamente la economía obtenida de combustible.

⇒ En ciertas instalaciones, por ejemplo en las unidades de cracking, la temperatura de

entrada de la carga en el horno es tal, que una zona de convección que fuese utilizada

para la entrada en el horno, tendría muy poca influencia sobre el rendimiento. Pero se

puede, utilizar el calor de los humos, para calentar otros producto más fríos, recalentar

e incluso producir vapor de agua.

Otro procedimiento que permite mejorar el rendimiento de un horno consiste en colocar un

precalentador de aire de combustión en un lugar de la zona de convección. Las calorías así

recuperadas aumentan la cantidad de calor liberado en la combustión. Pero las superficies deintercambio de radiación y convección deben ser calculadas para permitir la absorción de esta

cantidad de calor suplementaria. Esta inversión adicional sólo se puede justificar en los hornos

de gran capacidad

Pero no se puede disminuir excesivamente la temperatura de los humos, porque el tiro de la

chimenea disminuye con la temperatura de los humos; cuando el tiro se hace demasiado débil

se precisa el uso de un ventilador. Otra razón, que limita la recuperación de calor de los humos,es que estos, por debajo de su punto de rocío, dejan condensar ácidos susceptibles de provocar

efectos corrosivos nocivos.

Desde el punto de vista del proceso, el horno se utiliza para suministrar calor a un fluido, que

puede entrar en este, en fase liquida, gaseosa, o como una mezcla de ambas. Se pueden citar los

ejemplos siguientes:

j Calentamiento de un fluido sin cambios de fases; este es el caso, de los hornos colocados en

un circuito que alimenta varios intercambiadores, donde se realiza la transferencia de calor


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al proceso; también, es el caso de los hornos de carga de las instalaciones, donde se lleva al

fluido a la temperatura necesaria para obtener una reacción química, que se produce en un

recipiente exterior al horno (reactor), en presencia de un catalizador.

También se utiliza este procedimiento en el calentamiento intermedio de un fluido, en el

transcurso de una reacción química sobre catalizador, entre las diversas fases de la reacción,

para devolver la temperatura del producto a un nivel conveniente (reacción fuertemente

endotérmica).

j Calentamiento de un fluido con vaporización parcial; en estas condiciones opera la mayoría

de las instalaciones de destilación (horno de carga u horno reboiler del fondo de una

columna); los hornos de este tipo son los más numerosos y los que, en general, tienen unacapacidad térmica más elevada.

k Calentamiento de un fluido con reacción química; este es el caso de los hornos de carga de

las unidades de cracking o de reformado térmico.

El producto se calienta hasta la temperatura de reacción, luego se mantiene a esta

temperatura durante un cierto tiempo, en una sección especial del haz llamada zona de

«soaking», o de maduración, donde las calorías aportadas, compensan las absorbidas en lareacción.

Figura 02; Aspecto externo de un

grupo de hornos

cilíndricos.


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02 LOS HORNOS DE CAJA (“BOX”).

Son los más clásicos; como en el caso anterior, los tubos de la zona de radiación son

horizontales; se distinguen, además, porque la cámara de combustión tiene una sección casi

cuadrada. En estos hornos, los quemadores se montan en general en las paredes laterales del

horno y dan una llama horizontal La zona de convección está colocada, bien encima de la zona

de radiación en los hornos de baja capacidad, bien a su lado, separada de la zona de radiación

por un muro de ladrillos refractarios llamado «altar». En estos hornos, los quemadores se

montan en el fondo, o en las paredes laterales del horno.

La chimenea es, en general, independiente del horno. Las disposiciones de estos hornos son

múltiples.

Figura 03; Esquemas de la disposición de serpentines en hornos “box”.

La primera de las figuras precedentes presenta la disposición más clásica. Los golpes de fuego

llegan a menudo sobre los tubos colocados a lo largo del muro del «altar».

La segunda figura representa un horno de gran tamaño, que tiene varios haces colocados en el

mismo horno; este tipo puede ser utilizado, por ejemplo, en una unidad de destilación de gran

capacidad, una de cuyas celdas sirva para calentamiento del crudo para la destilación primaria,otra para la destilación secundaria al vacío, y las demás para la aportación de calorías al fondo

de la columna (hornos «reboiler»); estos hornos son relativamente caros pues necesitan una

chimenea de grandes dimensiones y la construcción de las bóvedas es costosa; tienen, por lo

general, una baja transferencia de radiación.

El fluido que entra en el serpentín recorre en primer lugar la parte que se encuentre en la zona

de convección, que es la de menor temperatura y después la parte que se encuentra en la zonade radiación (mayor temperatura) con lo cual se consigue un mayor rendimiento térmico.


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Figura 04; Sección esquemática de un horno “box”.


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03 LOS HORNOS DE CATEDRAL (“CABIN”).

Este tipo de horno, junto con los hornos verticales, es el más difundido. Es una evolución del

tipo “box”, como en él, los tubos de la zona de radiación son horizontales, su planta es

rectangular, tienen una cámara de combustión cuya altura es aproximadamente 1,5 a 2,5 veces

la anchura.

? Los tubos se colocan a lo largo de las paredes laterales y del techo del horno; los

quemadores, situados en el suelo, dan su llama dirigida hacia lo alto.

? La zona de convección se construye inmediatamente sobre la cámara de combustión y la

salida de humos se erige directamente sobre el horno.

? La chimenea es, en general, independiente del horno.

? En algunos casos, el haz tubular se coloca en el plano axial del horno, y los quemadores se

sitúan horizontalmente en las paredes laterales.

Figura 05; Esquemas de la disposición de serpentines en hornos de catedral.

Estos hornos se adaptan bien para las capacidades medias o importantes, pudiendo funcionar

con una tasa de transferencia elevada y regular; habitualmente los hornos con muro central,

utilizan quemadores de gas. El papel del muro es el de obtener regularidad en la tasa detransferencia. El tipo de horno de la derecha, se suele utilizar en las instalaciones de cracking a

alta temperatura (unidad de etileno o de hidrógeno), que necesitan una elevada tasa de

transferencia y numerosos quemadores. Los tubos de la zona de radiación van situados

normalmente junto a las dos paredes principales del horno, todos en posición horizontal, unidos

dos a dos, por medio de curvas de 180º o cabezales (headers); que incluyen un tapón macho

desmontable para cada tramo recto de tubería estos cabezales permiten limpiar el interior de los

tubos, sin extraer el haz tubular.


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Cuando se utilizan cabezales, éstos queden situados en unos compartimentos llamados cajas de

cabezales (header boxes) que están separados del interior del horno por una capa de refractario.

Las cajas de cabezales están dotadas de tapas desmontables que permiten el acceso desde el

exterior del horno al cabezal que se desee inspeccionar.

Figura 06; Sección esquemática de un horno de catedral.


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Figura 07; Aspecto externo de un horno de catedral.


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04 LOS HORNOS CILÍNDRICOS O VERTICALES.

Son hornos con tubos verticales que se colocan circunferencialmente, a lo largo de la pared

interior. Los quemadores verticales se disponen en el suelo del horno. La zona de convección,

esta colocada sobre la cámara de combustión (zona de radiación), esta zona puede estar

formada por tubos verticales directamente en la chimenea, o por tubos horizontales, en general

muy cortos, situados en una cámara especial entre la cámara de combustión y la chimenea, la

cual se suele montar directamente sobre el horno.

Figura 08; Aspecto externo de dos hornos cilíndricos con chimenea común.


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Estos hornos tienen la ventaja de una ocupación reducida del suelo y además el desmontaje de

los tubos se hace por la parte superior con la ayuda de un cabrestante colocado en un monorraíl

circular, situado en lo alto de la chimenea; evitando el prever un espacio libre para esta

operación. Otra ventaja, común a los hornos con quemadores verticales, es que la cámara de

combustión interviene en el tiro al nivel del suelo, lo que permite disminuir la altura de la

chimenea, porque el circuito de la combustión es directo, de los quemadores a la chimenea.

Este tipo de hornos puede utilizarse para todas las capacidades desde las menores a las más

elevadas, y se adaptan tanto a la combustión del fuel como del gas. Su construcción es

económica. En la zona de radiación los tubos están colocados en posición vertical, junto a la

pared del horno y todos a la misma distancia del eje vertical del horno, estando cada dos tubosconsecutivos unidos por una curva de 180º bien la parte superior de ambos o en la inferior.

La zona de convención contiene un gran número de tramos rectos de tubo en posición

horizontal, y que están unidos dos a dos en los extremos por medio de curvas de 180º o

cabezales, ya que en cualquier tipo de horno, los

tubos de la zona de convección están siempre en

posición horizontal.

Figura 09; Esquemas de la disposición de serpentines

en un horno cilíndrico normal y otro del

tipo “Petrochem” .

El horno Petrochem, es un horno cilíndrico vertical que puede equiparse, en el caso en el que el

fluido calentado exija una muy buena repartición de la tasa de transferencia, de un cono deradiación suspendido en la base de la chimenea o de la zona de convección.

En este tipo de horno, la zona de convección se realiza corrientemente mediante un colector

circular que crea un espacio anular donde los humos circulan a velocidad elevada; los tubos se

proveen de aletas o de agujas, que permiten obtener un coeficiente elevado de transmisión.

A menudo, son los mismos tubos los que forman la zona de convección y la de radiación.


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Figura 10; Sección esquemática y planta de un horno cilíndrico.

Curso de tuberías para plantas de proceso - 0202 Hornos

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