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Jesús Cruz
Juan José Martín
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INDICE DE CONTENIDOS1. Datos de la División
2. Productos y Servicios
3. Aspectos Técnicos de Diseño
o Diseño de Intercambiadores de Caloro Diseño de Air Coolerso Diseño de Fired Heaterso Diseño de P&ID´s de combustión
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1. DATOS DE LA DIVISIÓN
¿Qué es TR-Tecnical?Empresa líder en diseño de equipos para transferencia de calor
Origen: En 1965 se funda la división de transferencia de calor, Tecnical
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1. DATOS DE LA DIVISIÓN
Especialidad:Diseño y suministro de equipos para transferencia de calor
Experiencia: 38 años de experiencia en industria petroquímica
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1. DATOS DE LA DIVISIÓN
Referencias:>3000 equipos diseñados en operación
Mercado: 70% Internacional30% Nacional
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2. PRODUCTOS Y SERVICIOSPRODUCTOS
Hornos de Proceso:
Tipo Cabina y Cilíndricos
Sistemas de Recuperación de Calor
Cambiadores de Calor:
Industria Química / PetroquímicaPlantas SolaresPlantas NuclearesAlta Presión
Air Coolers:
Tiro ForzadoTiro InducidoAlta Presión
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2. PRODUCTOS Y SERVICIOSSERVICIOS
Estudios de Viabilidad
Ingeniería Básica y de Detalle
Diseño térmico, mecánico y estructural
Gestión de Proyectos
Compras
Supervisión e Inspección:
Fabricación, Instalación, Construcción y Comisionado
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3. ASPECTOS TÉCNICOS DE DISEÑO
3.1. Diseño de Intercambiadores de Calor
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3.1 DISEÑO DE INTERC. DE CALOR
Códigos de Diseño:
API, TEMA, ASME, etc.
Especificaciones del Proyecto:
Cliente / Licenciante / TR
Análisis Ingeniería Básica:
Viabilidad termo-hidráulicaBalances Materia y Energía Tipo de Unidad, experiencia PFD – P&ID´sPlot Plants, etc.
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3.1 DISEÑO DE INTERC. DE CALOR
Ingeniería de Detalle:
Tipo de equipo TEMA
Materiales: P, T y servicios (H2, H2S,..)
Limitaciones de diseño:
PesoGeometría (L/D) Hidráulica, Pérdida de Carga Permitida, etc.
Software:
HTRI, programas TR (know-how)
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3.1 DISEÑO DE INTERC. DE CALOR
HTRI:
Potente herramienta de cálculo termo-hidráulico:
Feed back Ingenierías, Suministradores, etc.Ensayos en plantas piloto continuos (I+D)
Método de cálculo Propio:
Correlación de coeficientesTipo de sistemas (mezclas, inertes, etc.)Resolución por Diferencias Finitas
Generación de disposiciones mecánicos preliminares
Análisis de posibilidad de vibraciones en tubos
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3.1 DISEÑO DE INTERC. DE CALOR
INTERACCIÓN INTERDISCIPLINAR
MECÁNICA, PIPING, PROCESOS,…
OPTIMIZACIÓNACEPTACIÓN CLIENTESUMINISTRADORES
DISEÑO PROPUESTO
HTRICRITERIO DISEÑADOR
EXPERIENCIA
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3. ASPECTOS TÉCNICOS DE DISEÑO
3.2. Diseño de Air Coolers
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3.2 DISEÑO DE AIR COOLERS
Ingeniería de Detalle:
Selección Distribuidor
Disposición: Tiro Forzado / Inducido
Materiales (P, T, servicios)
Limitaciones de diseño:
PesoGeometría (L, ancho bundle, rack,…)Hidráulica, Pérdida de Carga Permitida, etc.Tipo de aletasTamaño de ventiladores
Software:
HTRI
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3.2 DISEÑO DE AIR COOLERS
Control de Temperatura:
Persianas: Manuales o Automáticas (Palas Fijas)
Acción sobre el ventilador: Ángulo de pala
Actuación sobre el motor: VSDS
Servicios especiales:
Equipos de “winterizing” (Recirculación de Aire)
Air Coolers con Steam Coils
Equipos con presencia de sales
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3. ASPECTOS TÉCNICOS DE DISEÑO
3.3. Diseño de Fired Heaters
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3.3 DISEÑO DE FIRED HEATERS
CLASIFICACIÓN HORNOS
DE PROCESO
OBJETIVO
CALOR SENSIBLE (HOT OIL)CALOR LATENTE (EVAP)
CRACKINGREFORMADO (H2)
INCINERACIÓN
FORMA
CÁMARA SIMPLECÁMARA DOBLE
CÁMARA MULTICELDA
OTROS
CON/SIN CONVECTIVATIRO NATURAL/FORZADO
CON/SIN PRECALENT.UP/DOWN FIRED
LLAMA HORIZONTAL
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3.3 DISEÑO DE FIRED HEATERS
SERPENTINES:
Tubos Rectos + Codos unidos por soldadura
Depósitos de Carbón de Coque: Codos accesibles
Disposición de tubos:
Radiación: vertical / horizontalConvección: horizontal
Tubos horizontales:
Ventajas de estabilidad en mezclas Mayor soportación que tubos verticales
Radiación Simple / Doble Radiación
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3.3 DISEÑO DE FIRED HEATERS
PARTES DE UN HORNO (I)
CÁMARA RADIACIÓN
MAYOR T (RADIACIÓN)HORIZONTAL / VERTICAL
TUBOS DE CHOQUE
PARTE INFERIOR CONVECTIVAPOSICIÓN HORIZONTAL
CONVECCIÓN + RADIACIÓN
CONVECCIÓN
POSICIÓN HORIZONTALSUPERF. EXTENDIDA
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3.3 DISEÑO DE FIRED HEATERS
PARTES DE UN HORNO (II)
PAREDES DE HORNOS
EXTERIOR: CHAPAS SOLDADASINTERIOR: REFRACTARIO
SOPORTES TUBOS
MATERIALES FUNDICIÓNALEADOS (Cr-Ni)
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3.3 DISEÑO DE FIRED HEATERS
CHIMENEA:
Tradicionalmente:
Pocas filas de convectivaChimeneas cortas
Actualmente:
Mayor rendimiento (menor T)Chimeneas largasRegulación medioambiental
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3.3 DISEÑO DE FIRED HEATERS
VENTILADORES:
Tradicionalmente:
Tiro Natural Regulación con dampers de chimenea y registros quemadores
Actualmente:
Instalación de ventiladores de tiro forzadoControl aire/combustibleEficacia de combustión (control llama)
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3.3 DISEÑO DE FIRED HEATERS
BALANCE DE CALOR EN HORNOS
Se fija Rendimiento del horno (η) T humos
Liberación = Duty / η (kcal/h)
Liberación / L.H.V. Consumo de combustible (kg/h)
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3.3 DISEÑO DE FIRED HEATERS
BALANCE TOTAL
Q COMBUSTIÓN + Q COMBUSTIBLE + Q AIRE = Q PROCESO + Q PÉRDIDAS
“LOBO-EVANS” (CALOR POR RADIACIÓN)
Q PROCESO = Q RADIACIÓN = σ x F x A x (Ta4 – Tb4)
CONVECCIÓN 5-20% (altura convectiva)
“HOTTEL” (ÁREA DE SUPERFICIE RECEPTORA)
A = α x Acp
Q PÉRDIDAS = Q PAREDES + Q CHIMENEA
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3.3 DISEÑO DE FIRED HEATERS
BALANCE PARCIAL (CÁMARA RADIACIÓN)
Q SAL RAD = Q COMBUSTIÓN + Q COMBUSTIBLE + Q AIRE - Q RAD - Q PÉRD. RAD
H SAL. RAD = Q SAL. RAD / G COMBUSTIBLE T SAL. RAD
BALANCE PARCIAL (CONVECTIVA)
Q SAL CONV = Q SAL RAD. - Q CONV. - Q PÉRD. RAD
H SAL. CONV. = Q SAL. CONV. / G COMBUSTIBLE T SAL. CONV.
Q CONV. = U x A x MTD (iterativo)
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3.3 DISEÑO DE FIRED HEATERS
FACTOR DE INTERCAMBIO (F)
Q PROCESO = Q RADIACIÓN = σ x F x A x (Ta4 – Tb4)
Depende de:
Emisividad llama (ε)
Concentración de CO2, H2O y SO2
Área por donde se pierde radiación (Cuerpos Negros)
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3. ASPECTOS TÉCNICOS DE DISEÑO
3.4. Diseño de P&ID´s
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3.4 DISEÑO DE P&ID´s
CONTROL DE AIRE/COMBUSTIBLE
CONTROL DE HUMOS DE COMBUSTIÓN
SEGURIDAD EN HORNOS DE PROCESO
API 556, NFPA, etc.
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3.4 DISEÑO DE P&ID´s
CONTROL DE AIRE/COMBUSTIBLE (TIRO NATURAL)
Medición demanda calor:
Actuación sobre válvula de combustible
Medición del exceso de aire:
Actuación sobre damper chimenea
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3.4 DISEÑO DE P&ID´s
CONTROL DE AIRE/COMBUSTIBLE (TIRO FORZADO)
Sistema de Relés Cruzados:
Establece mínimo caudal de aire, según la señal mayor entre demanda de calor y caudal de combustible medidos.
Establece máximo caudal de combustible, según la señal menor entre la demanda de calor y el caudal de aire medidos.
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3.4 DISEÑO DE P&ID´s
TIRO FORZADO-”COMBINATION FIRING”
Sistema de Relés Cruzados:
Establece mínimo caudal de aire, según la señal mayor entre demanda de calor y caudal de combustible medidos.
Establece máximo caudal de combustible, según la señal menor entre la demanda de calor y el caudal de aire medidos.
El sistema está diseñado para quemar indistintamente combustibles líquidos, gaseosos o mezcla de ambos.
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3.4 DISEÑO DE P&ID´s
CONTROL DE HUMOS
Presión en el arco del horno: -2.5 mmca
Regulación con damper salida convectiva
Soplante de inducido (con preca en operación)
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3.4 DISEÑO DE P&ID´s
SEGURIDAD EN HORNOS DE PROCESO (DISPAROS)
Corte total (pilotos+combustible principal):
Parada de emergenciaAlta / Baja Presión a pilotosFallo de llamaAlta presión en cámara de radiación
Corte parcial (sólo combustible principal)
Causas externas a la combustiónAlta/Baja Presión colector principal de combutibleFallo parcial de llama
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RUEGOS Y
PREGUNTAS
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SUPERFICIE
ENSUCIAMIENTOEN TUBOS
PRESION ENTUBOS
ENSUCIAMIENTOEN CARCASA
PRESION ENCARCASA
LIMPIO
MEDIA ÓGRANDE
SUCIO
BAJA YMEDIA
SUCIO
MUY ALTA
LIMPIO
MUY ALTA
BAJA YMEDIA
DOBLE TUBO
TUBOS EN -U
PLACAS TUBULARES FIJAS
CABEZAL FLOTANTE
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P
CALCULO DE LASPROPIEDADES FISICAS
CALCULO DE LA MTD
FIJAR UN VALOR DELCOEFICIENTE GLOBAL Usup.
FIJAR Nº DE CARCASAS YCARACTERISTICAS
GEOMETRICAS DE CADA UNA
CALCULO DE COEFICIENTE YPERDIDA DE CARGA EN TUBOS
CALCULO DE COEFICIENTE YPERDIDA DE CARGA EN CARCASA
CALCULO DEL COEFICIENTEGLOBAL Ucal.
FIJAR UN VALOR MASALTO DEL COEFICIENTE
GLOBAL Usup.
>
Ucal: Usup>
=≤
CAMBIADOR CORRECTO
F
FIJAR UN VALOR MASBAJO DEL COEFICIENTE
GLOBAL Usup.
>
05.1:UU
SUP
CAL
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MTD (lineal) = (65-56) / Ln (65/56) * 0.944 = 57 ºC
140
160
180
200
220
240
260
0 1000 2000 3000 4000 5000 6000 7000 8000Length from inlet, mm
Shell(1) Bulk temperature, C Tube Bulk temperature, C
MTD (HTRI) = ∑MTDi = 40 ºC(corrección por bypasses y tipo de carcasa)
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P>100 kg/cm2
Tipo de cabezal
Presión EnsuciamientoDistribuidor
Cabezal soldado con tapones
Cabezal con tapa
desmontable
P<30 kg/cm2
100<P<30 kg/cm2
Fouling
Fouling
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TYPICAL FORCED DRAFTUNIT ILLUSTRATION
TYPICAL INDUCED DRAFTUNIT ILLUSTRATION
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ALETAS “EMBEDDED” ALETAS “EXTRUDED” ALETAS TIPO “L”
T operación hasta 400 ºC
Ambientes corrosivos pobres
Bajo coste inversión
T operación hasta 300 ºC
Ambientes corrosivos
Alto coste inversión
T operación hasta 120 ºC
Ambientes corrosivos pobres
Bajo coste inversión
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GENERAL ARRANGEMENTLOUVER
(DISPOSICION GENERAL DE PERSIANA)
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TT TC
TT TC
SC
CONTROL CON PERSIANAS
CONTROL CON VSDS
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Fluido de Proceso: Problemas de Cristalización, Solidificación, Pour Point, etc.
Control de T metal del tubo por medio T entrada aire
Instalación de una “closed house” con persianas automáticas
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CÁMARA RADIACIÓN SENCILLA CILÍNDRICA
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CÁMARA RADIACIÓN SENCILLA PARALELEPÍPEDA
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CÁMARA RADIACIÓN DOBLE PARALELEPÍPEDA
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COIL HORIZONTAL COIL VERTICAL
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RADIACIÓN SIMPLE VS. DOBLE RADIACIÓN
Doble Radiación T metal inferiores (menor coquización)
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SUPERFICIES EXTENDIDAS EN HORNOS
ALETAS TETONES
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CONTROL AIRE/COMBUSTIBLE EN TIRO NATURAL
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CONTROL AIRE/COMBUSTIBLE EN TIRO FORZADO
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CONTROL AIRE/COMBUSTIBLE EN TIRO FORZADO (“COMBINATION FIRING”)
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