Progetto

Gli scambiatori di calore gas-gas ad alta temperatura si trovano comunemente negli impianti di acido solforico e funzionano come scambiatori o preriscaldatori per il letto catalitico e come preriscaldatori nel forno per lo zolfo.

Questi recuperatori vedono temperature molto elevate e differenziali di temperatura elevati. Tipicamente, almeno uno, se non entrambi, i flussi di gas sono altamente corrosivi se lasciati condensare.

Modalità di guasto comuni

Se viene utilizzato un design standard a fascio tubiero, molto probabilmente si verificheranno diverse modalità di guasto. Questi includono:

Corrosione della parte fredda – Il flusso di gas freddo entra spesso nello scambiatore di calore a una temperatura inferiore al punto di rugiada dei costituenti contenuti nel flusso di gas caldo. Ciò crea un potenziale per temperature superficiali del materiale inferiori a tale punto di rugiada. Questi sono comunemente indicati come punti freddi. Se un flusso di gas è in contatto con un punto freddo, si verificherà la condensa. L'acido risultante causerà corrosione localizzata comunemente denominata corrosione a freddo.

Incrostazioni nella parte fredda – Quando è presente un flusso di gas ricco di SO3, i punti freddi faranno precipitare la SO3. L'SO3 crea un legame tenace con la parete del tubo metallico. Questi depositi continuano ad accumularsi e se l’unità non viene spenta per manutenzione, il conseguente blocco del flusso di gas porterà ad evidenti problemi di capacità.

Guasti da stress – I recuperatori gas-gas ad alta temperatura subiscono cambiamenti di temperatura rapidi ed estremi. Ciò si traduce in una rapida e significativa espansione e contrazione del materiale. Con i design standard del fascio tubiero, è molto probabile che i tubi si espandano a velocità diverse a causa della distribuzione non uniforme della temperatura all'interno del fascio tubiero. Ciò si traduce in forze irregolari esercitate sulla piastra tubiera dai tubi e, in definitiva, nel cedimento delle saldature della piastra tubiera.

Caduta di pressione imprevista - Se la caduta di pressione è maggiore del previsto, anche la portata operativa sarà inferiore a quella prevista.

Tutte queste modalità di guasto impediscono le prestazioni del recuperatore e, in definitiva, le prestazioni dell'intero impianto. Una volta in funzione, il rimedio o la riparazione sono molto costosi e richiedono molto tempo. Se non si pone rimedio, la vita operativa potrebbe essere breve, fino a diversi anni.

La soluzione

È fondamentale valutare attentamente l'applicazione prevista e progettare il recuperatore tenendo presenti le esigenze operative e le modalità di guasto di cui sopra. I problemi devono essere affrontati durante la fase di progettazione in modo che l'affidabilità e l'efficienza possano essere progettate nel recuperatore.

Un'analisi approfondita dell'unità è essenziale per affrontare punti freddi, sollecitazioni irregolari e cadute di pressione prima che l'unità venga prodotta, in modo da evitare costose regolazioni e riparazioni e massimizzare la durata operativa e la produttività complessive.

Data l’esperienza e la competenza, la soluzione è semplice. L’obiettivo è creare simmetria termica all’interno dell’unità. Le seguenti funzionalità aiutano a raggiungere questo obiettivo:

Fascio tubiero a passo variabile: il passo, o la distanza tra i tubi, varia tra le file. Ciò consentirà una distribuzione più uniforme del flusso in tutto il fascio tubiero e porterà a una temperatura uniforme su tutta la piastra tubiera. Ciò contribuisce anche a una minore caduta di pressione e a una maggiore efficienza termica.

Disposizioni uniche di deflettori – A differenza delle disposizioni standard a fascio tubiero, vengono utilizzate posizioni di ingresso e disposizioni di deflettori che danno luogo a una combinazione di flusso incrociato e flusso parallelo oltre al controflusso comune. Sono incorporati passaggi multipli che consentono di allontanare il flusso di gas freddo in ingresso dal flusso di gas caldo esistente, evitando così punti freddi dove sarebbero problematici. La disposizione aiuta ulteriormente con l'uniformità della temperatura.

Plenum di ingresso anulare completo – I plenum consentono ai flussi di gas di entrare nel recuperatore a velocità inferiore promuovendo l'uniformità ed evitando ulteriormente punti freddi. Questo design evita inoltre aree isolate con maggiore caduta di pressione, comuni in corrispondenza delle connessioni, e migliora l'efficienza dell'unità.