¿Cómo se utilizan los intercambiadores de PTFE para enfriar los vapores calientes de un horno de nitrocarburación con baño de sal?

La nitrocarburación en baño de sal es un proceso que forma una superficie dura y resistente al desgaste-en objetos de acero colocándolos en un baño fundido de sales de cianato y carbonato. Este horno produce gases de escape calientes, que son cáusticos y venenosos y están altamente cargados de partículas de sal condensables. Esta corriente de gas tóxico se puede enfriar de forma segura mediante un intercambiador de calor de PTFE que recupera calor importante sin corrosión ni obstrucciones.

La cuestión de tratar los gases de escape de los hornos químicamente exigentes y proporcionar un funcionamiento confiable a largo plazo-es la única preocupación del debate sobre las aplicaciones de enfriamiento de nitrocarburación con baño de sal del intercambiador de PTFE en las instalaciones de tratamiento térmico-de metales. Aquí es donde entran en juego los intercambiadores de calor de PTFE. Ofrecen la combinación de una buena inercia química y una superficie lisa y antiadherente, lo que los hace menos propensos a ensuciarse con sales condensadas.

Escape de nitrocarburación en baño de sal: explicado
La nitrocarburación en baño de sal es un proceso para difundir nitrógeno y carbono en la superficie del acero mediante el uso de soluciones de sales de cianato y carbonato fundidas. Durante el funcionamiento, el horno emite gases de escape calientes que contienen:

vapor de cianato

Vapores de carbonato

Condensaciones alcalinas

Aerosol de sal

Partículas finas

A medida que los gases se enfrían, parte de la corriente de vapor se condensa en gotas de líquido altamente corrosivos y sólidos cristalinos. El condensado ataca rápidamente las superficies metálicas y las sales acumuladas dificultan el movimiento del gas, lo que hace que este entorno sea un desafío para los intercambiadores de calor metálicos tradicionales.

Por lo tanto, el flujo de escape supone un doble desafío: contaminación y corrosión al mismo tiempo.

Por qué utilizamos PTFE aquí
El PTFE posee una variedad de características que son muy adecuadas para el enfriamiento de gases de escape corrosivos.

Resistencia total a la química agresiva
Los vapores condensados ​​creados durante la nitrocarburación pueden ser extremadamente alcalinos y químicamente reactivos. El PTFE generalmente no se ve afectado por:

Cianatos.

Condensados ​​de carbonato

Soluciones de lavado alcalinas

Agentes de limpieza – ácidos

Aerosol de sal con humedad.

La resistencia protege los tubos intercambiadores de la rápida degradación que experimentan muchas aleaciones metálicas.

Rendimiento de superficie antiadherente
La propiedad más importante del PTFE en el servicio de enfriamiento de gases de escape es su extremadamente baja adherencia superficial.

La superficie plana del fluoropolímero evita la acumulación de:

Depósitos de sal cristalina

Condensados ​​concentrados

Capas de incrustaciones semisólidas

Esta propiedad permite un riesgo de obstrucción mucho menor que los intercambiadores de metales convencionales.

El enfriador de PTFE en la fábrica de tratamiento térmico-es un pulmón fuerte y a prueba de corrosión-para una de las corrientes de gas más desafiantes en el procesamiento térmico.

¿Cómo funciona un intercambiador de calor de PTFE?
En la mayoría de los sistemas, los gases de escape corrosivos fluyen a través del lado de la carcasa del intercambiador y el medio de refrigeración fluye por los tubos de PTFE.

Refrigeración por gas del lado de la carcasa
La corriente de gas-cargada de humo se enfría inicialmente y luego ingresa a la carcasa del intercambiador. Cuando el gas encuentra superficies de tubos de PTFE más frías:

El calor sensible se disipa

Los vapores condensables se enfrían

Las partículas de sal comienzan a caer

Crea condensado corrosivo

El PTFE es químicamente inerte, lo que permite que el intercambiador maneje las fases gaseosa y líquida de la corriente del proceso.

Fluido de refrigeración del lado del tubo
El lado de enfriamiento podría utilizar:

Agua reciclada

Agua de refrigeración para la planta.

Sistemas de aire ambiente

Refrigerantes a base de etilenglicol-

La energía térmica recuperada se puede dirigir posteriormente a otras partes de la planta.

Beneficios de la recuperación de calor
El sistema de refrigeración de nitrocarburación con baño de sal intercambiador de PTFE es de gran utilidad para la recuperación del calor residual.

La energía recuperada se puede utilizar para:

Precalentamiento del aire de combustión.

Calentamiento del agua de alimentación de calderas

Sistemas de agua caliente de plantas de apoyo

Mejorar la eficiencia general del horno.

Disminución del consumo de combustible

Dado que los hornos de nitrocarburación generalmente funcionan constantemente, incluso un ligero aumento en la recuperación de calor puede conducir a grandes reducciones en la demanda de energía de la planta.

Evitar incrustaciones y taponamientos
Controlar las incrustaciones es crucial para los sistemas de escape cargados de sal-.

La ventaja de la superficie lisa del PTFE
Los intercambiadores metálicos tienden a producir capas cristalinas duras firmemente adheridas a las superficies interiores. Disminuyen la eficiencia de la transferencia de calor y aumentan la caída de presión.

Las propiedades antiadherentes del PTFE reducen la fuerza de adhesión de los depósitos y, por lo tanto, facilitan la eliminación de los residuos acumulados durante los ciclos de mantenimiento.

Sistemas de lavado integrados
Las barras rociadoras se instalan dentro de la parte de la carcasa en varias instalaciones. Estos sistemas lavan periódicamente el lado del gas con agua o tratamientos de limpieza químicos.

La resistencia del PTFE a productos químicos de limpieza severos permite a los operadores utilizar soluciones de lavado más fuertes sin dañar los tubos del intercambiador.

Los líquidos de limpieza típicos incluyen:

Detergentes alcalinos

Las soluciones descalcificadoras son ácidas.

Sistemas de descarga de agua.

Detergentes industriales especializados

Los tubos de fluoropolímero permanecen químicamente estables durante todas estas operaciones de mantenimiento.

Nota de proceso
Requisitos de aire de dilución aguas arriba del intercambiador de PTFE
Las temperaturas de los gases de escape para la nitrocarburación bruta suelen estar entre:

200 grados y 400 grados.

Estas temperaturas exceden el límite de trabajo continuo recomendado de PTFE (~110 grados).

Por este motivo es necesario enfriar la corriente de gas antes de entrar en el intercambiador de calor de PTFE. Esto suele realizarse inyectando cantidades reguladas de aire de dilución aguas arriba de la entrada del intercambiador.

Un sistema de compuerta de aire diluyente se utiliza a menudo para:

Temperatura del gas en la entrada.

Prevenir el sobrecalentamiento local

Establecer el funcionamiento del intercambiador.

Proteja el conjunto del tubo de PTFE.

La medición de la temperatura en la entrada del intercambiador se considera vital para un funcionamiento seguro a largo plazo-.

Por qué los intercambiadores de metales fallan frecuentemente en este servicio
En el proceso de nitrocarburación, los sistemas de escape presentan varios problemas a los intercambiadores metálicos convencionales.

Corrosión del condensado
Muchos aceros inoxidables y metales recubiertos son atacados por sales condensadas y soluciones alcalinas.

Adhesión al Depósito
Las sales cristalinas tienen una fuerte afinidad por las superficies metálicas, lo que acelera la incrustación y la obstrucción.

Limitaciones de la limpieza
Las soluciones de limpieza agresivas pueden dañar el material del tubo metálico o la capa protectora.

Estrés cíclico térmico
En componentes metálicos expuestos a condensados ​​químicamente activos, varios ciclos térmicos mejoran la combinación de corrosión y fatiga.

El PTFE supera varias de estas preocupaciones, no sólo en términos de resistencia a la corrosión, sino también por su inercia química.

Enfriadores de escape de PTFE: consideraciones de diseño
Varios aspectos de ingeniería son críticos en el diseño de intercambiadores de PTFE para el servicio de escape de hornos.

Controles de temperatura
Los tubos de fluoropolímero deben protegerse controlando estrechamente la temperatura de entrada.

Control de la velocidad del gas.
El flujo de gas debe ser suficiente para evitar la sedimentación excesiva de las partículas, pero no tan alto como para provocar una disminución excesiva de la presión.

Diseño de drenaje
Los sistemas de drenaje de condensado se diseñarán para evitar la acumulación de líquido en la carcasa del intercambiador.

Acceso para mantenimiento
Los puertos de acceso y los sistemas de lavado permiten una fácil limpieza de cualquier acumulación de depósitos de sal.

Soportes estructurales
La resistencia mecánica del PTFE es menor que la de los metales, por lo que es esencial que haya suficiente espacio entre los soportes de los tubos para evitar vibraciones o hundimientos.

Resumen
Los intercambiadores de calor de PTFE son soluciones resistentes y de bajo{0}}mantenimiento para la recuperación de calor- residual de una de las corrientes de escape químicamente más hostiles en la industria del tratamiento térmico-de metales. Con su suave superficie antiadherente-, el PTFE puede resistir condensados ​​corrosivos, resistir la química de cianatos y carbonatos y minimizar la contaminación por sal, lo que permite un enfriamiento confiable en situaciones donde fallan muchos intercambiadores metálicos.

La energía térmica recuperada se puede utilizar para mejorar la eficiencia de la planta precalentando el aire de combustión, calentando el agua de alimentación de la caldera y una integración más amplia de la recuperación de energía. Con un control adecuado de la temperatura de entrada y una gestión del aire de dilución, los intercambiadores de PTFE funcionan bien incluso en condiciones severas de servicio en hornos de nitrocarburación.

Con el sistema de material de fluoropolímero adecuado, las plantas de procesamiento térmico actuales pueden incluso transformar los gases de escape nocivos y corrosivos en una lucrativa fuente de energía.