¿Cómo se utilizan los intercambiadores de calor de PTFE en la recuperación de calor del agua de enfriamiento corrosiva y caliente?

Cuando se sumerge acero al rojo-en un tanque de enfriamiento, se produce una tremenda liberación de energía térmica al agua de enfriamiento. El vapor burbujea desde la superficie del tanque y el líquido restante se transforma gradualmente en una mezcla químicamente hostil de metales disueltos, químicos ácidos y cascarilla de molino abrasiva. Una cuestión clave de ingeniería es recuperar el calor de esta corriente hostil, porque los intercambiadores de calor metálicos convencionales pronto se corroen, se ensucian o se rompen con el funcionamiento constante. Los intercambiadores de calor de PTFE han evolucionado como una alternativa muy viable, sobreviviendo al ambiente corrosivo y transformando el calor residual en energía de proceso utilizable.

En consecuencia, el sistema de agua de enfriamiento corrosivo caliente con intercambiador de PTFE se está volviendo cada vez más importante en acerías, plantas de forja e instalaciones de tratamiento térmico industrial con el objetivo de lograr eficiencia energética y un mejor desempeño ambiental.

La naturaleza del agua de enfriamiento en el procesamiento de acero
El agua de enfriamiento es mucho más agresiva que el agua de enfriamiento industrial normal. En sucesivos ciclos térmicos, el líquido recoge una complicada mezcla de impurezas procedentes de los procedimientos de producción del acero.

Componentes comunes del agua de enfriamiento
El agua en circulación puede contener:

Óxidos de hierro disueltos

Partículas de cascarilla de molino

Cloruros

Acumulación de carbono-aumento

Metales disueltos

Sustancias ácidas

En algunas plantas, el sistema de enfriamiento podría recoger trazas de ácido clorhídrico de las operaciones de decapado anteriores. Incluso en ausencia de contaminación ácida directa, el dióxido de carbono disuelto puede generar ácido carbónico débil en el agua, reduciendo el pH y aumentando la corrosión en los intercambiadores de calor de metales típicos.

La temperatura generalmente caerá entre 50 y 90 grados, dentro de los límites de funcionamiento térmico de las tuberías del intercambiador de calor de PTFE.

Intercambiadores de calor metálicos Por qué fallan en el servicio de agua de enfriamiento
Las aplicaciones de agua de enfriamiento caliente pueden provocar un rápido deterioro de los intercambiadores de calor de carcasa-y-tubos convencionales fabricados de acero al carbono o acero inoxidable.

Estreses químicos y mecánicos combinados
El flujo del proceso se dirige a intercambiadores metálicos mediante varios métodos al mismo tiempo:

Factor de estrés Efecto sobre los intercambiadores de metales
Corrosión, picaduras Química ácida
Contaminación por cloruros Fisuración por corrosión bajo tensión
Granos de escamas de molinoDaños por erosión
Agrietamiento por fatiga Choque térmico
Oxidación e incrustaciones Exposición al oxígeno
Una de las condiciones de servicio más difíciles es el procesamiento térmico industrial, que combina los efectos del calor, las partículas en suspensión y la química ácida.

En una fábrica de acero, un residuo corrosivo caliente que solía ir al vertedero ahora es un recurso, pero sólo si el material del intercambiador puede durar el tiempo suficiente para capturar con éxito la energía disponible.

Por qué el PTFE es una buena opción para el agua de extinción corrosiva La combinación única de resistencia química, estabilidad térmica y cualidades superficiales del PTFE lo hacen muy adecuado para esta aplicación.

Resistencia al agua ácida
Los tubos de PTFE son casi inmunes a:

Contaminación por ácido clorhídrico

Ácido carbónico H2CO3

Agua rica en cloruro

Sales metálicas en solución.

A diferencia de los materiales metálicos, el PTFE no se oxida, pica ni corroe con la exposición constante al agua de proceso ácida.

Superficie antiadherente-antiincrustante
Las escamas no quieren adherirse a la superficie resbaladiza del fluoropolímero". Las escamas de laminación suspendidas y los restos de óxido de hierro tendrían una menor tendencia a adherirse fuertemente a la pared del tubo.

Esta naturaleza-antiadherente ayuda a reducir:

Depósito de incrustaciones

Mayor caída de presión

Deterioro de la transferencia de calor

¿Con qué frecuencia debo limpiar?

La filtración aguas arriba sigue siendo importante, ya que las partículas abrasivas grandes aún pueden causar desgaste si se les permite circular libremente.

Resistencia al choque térmico mejorada por la flexibilidad
El sistema de enfriamiento experimenta rápidos cambios de temperatura cuando se coloca acero caliente de forma intermitente en el baño. Los tubos de PTFE son lo suficientemente flexibles para adaptarse a la expansión y contracción del calor, evitando así los problemas de agrietamiento asociados con los sistemas metálicos duros.

Intercambiador de PTFE Operación de agua de enfriamiento corrosiva en caliente
En una instalación típica, el agua de enfriamiento caliente circula a través del lado de la carcasa o del tubo de un intercambiador de carcasa y tubos de PTFE, mientras que un circuito de agua limpia independiente absorbe el calor recuperado.

Proceso de recuperación de calor
La energía térmica extraída del agua de enfriamiento se puede reutilizar para:

Precalentamiento del agua de reposición-de la caldera

Calentamiento de baños de proceso.

Sistemas de calefacción de edificios.

Precalentamiento del agua de lavado

Cargas de calefacción industrial, auxiliares.

Esta recuperación de circuito cerrado evita la transferencia de contaminación y permite una importante reutilización de energía dentro de la instalación.

El rendimiento del sistema de agua de enfriamiento corrosivo caliente del intercambiador de PTFE depende de mantener una transferencia de calor adecuada con mínima contaminación y restricción hidráulica.

La importancia de la eliminación de incrustaciones antes del intercambiador
El PTFE resiste bastante bien la contaminación; sin embargo, se deben eliminar los materiales suspendidos de gran tamaño antes de ingresar al intercambiador.

Tanques de sedimentación, filtros
En la mayoría de las configuraciones se considera necesario un tanque de sedimentación o un filtro aguas arriba.

Los sistemas eliminan:

Grandes piezas de escala de molino

Partículas de óxido férrico pesado.

Escombros metálicos

Partículas abrasivas

Si no se filtra previamente-, la carga excesiva de partículas puede:

Restringir las rutas de flujo

Aumentar el riesgo de erosión

Menor eficiencia de transferencia de calor

Aumento de las necesidades de mantenimiento

Una buena gestión de los sólidos prolonga enormemente la vida útil de los intercambiadores.

Rendimiento térmico y diseño de sistemas
Debido a la peor conductividad térmica del PTFE que la de los metales, se necesita un diseño inteligente del intercambiador para obtener un rendimiento adecuado de transferencia de calor.

Cómo lo compensan los diseñadores
El rendimiento generalmente se ve mejorado por:

Mayor superficie de tubo

Tubería de pared delgada

Mayor turbulencia de fluidos.

Configuraciones de pases múltiples-

Velocidades de flujo optimizadas

La conductividad reducida del PTFE se ve mitigada por las temperaturas de proceso relativamente altas en aplicaciones de agua de enfriamiento, lo que produce una gran diferencia de temperatura en la superficie del intercambiador.

Nota económica: Rápido retorno de la inversión con recuperación de energía
La recuperación del calor residual del agua de enfriamiento puede generar importantes ahorros operativos en plantas de tratamiento térmico y de acero que consumen mucha energía.

Ahorro en consumo de combustible
"Reduce directamente la demanda de calor recuperado:

Caldera de gas

Sistemas de generación de vapor

Equipos de calentamiento de procesos.

En muchas plantas, el intercambiador captura continuamente energía térmica que, de otro modo, se liberaría a las torres de refrigeración o a los sistemas de aguas residuales.

Beneficios económicos comunes
Los beneficios económicos pueden implicar:

Menor consumo de combustible

Reducción de los gastos de funcionamiento de la caldera.

Menores emisiones de gases de efecto invernadero

Menos necesidad de agua de refrigeración

Mayor eficiencia general de la planta

Los sistemas de extinción suelen funcionar constantemente y la cantidad de energía recuperada puede ser grande. En muchas circunstancias, el período de recuperación de la inversión de un intercambiador de recuperación de calor de PTFE se puede completar en un tiempo razonablemente corto sólo con ahorro de combustible.

Beneficios del procesamiento sostenible del acero
Tradicionalmente, la producción de acero y el tratamiento térmico son actividades que consumen mucha energía y presentan elevadas pérdidas térmicas. La recuperación de calor del agua de enfriamiento mejora la eficiencia energética general y reduce el impacto ambiental.

Menor desperdicio térmico
La energía recuperada se emplea eficazmente en otra parte de la planta, en lugar de descargar calor a la atmósfera o a los sistemas de aguas residuales.

Esto produce:

Sostenibilidad mejorada del proceso

Reducción de las emisiones de carbono

Reducción de la demanda de energía

Mayor eficiencia térmica

La resistencia a la corrosión del PTFE tolera la agresividad química de las circunstancias del servicio, manteniendo este método de recuperación económicamente viable.

Conclusión
Los intercambiadores de calor de PTFE han proporcionado una solución viable para la recuperación de energía de uno de los flujos de residuos más hostiles de la industria del acero. Los sistemas intercambiadores de PTFE resisten el agua de enfriamiento ácida rica en cloruro-, toleran las partículas de incrustaciones suspendidas y el choque térmico y convierten los desechos corrosivos del proceso en un recurso térmico rentable.

En acerías e instalaciones de tratamiento térmico, el uso de un sistema de agua de enfriamiento corrosivo caliente con intercambiador de PTFE ayuda a minimizar el consumo de combustible, mejorar la eficiencia energética y recuperar el calor que de otro modo se desperdiciaría. Los intercambiadores de fluoropolímero, cuando se utilizan junto con la eliminación de incrustaciones aguas arriba y un diseño hidráulico adecuado, pueden proporcionar un funcionamiento confiable en condiciones que degradan rápidamente los equipos metálicos convencionales.

La elección de materiales capaces de resistir el entorno químico más agresivo es cada vez más importante para la recuperación energética y la mejora medioambiental de los procesos térmicos industriales. En muchas circunstancias, el fluoropolímero adecuado logra ambos objetivos simultáneamente.