Fatos ao seu alcance: Calor

1º de agosto de 2022 | Por Kapil Bathla, Eastman Chemical Co.

Os fluidos de transferência de calor (HTFs) fornecem aquecimento e resfriamento de equipamentos de processo, incluindo reatores, autoclaves, colunas de destilação, refervedores, misturadores e secadores. Os projetos do sistema HTF devem fornecer ventilação eficaz do sistema, tanto de água residual na inicialização quanto de produtos de degradação durante a operação.

Ao comissionar novos sistemas HTF (Figura 1), uma preocupação principal deve ser os efeitos da água: novos sistemas podem ser vulneráveis ​​a pressões excessivas de água residual. Os testes de pressão hidrostática (verificações de vazamento) realizados no sistema durante a fabricação ou no local após a manutenção podem ser uma fonte típica de água. A remoção completa da água pode ser prejudicada por armadilhas e mudanças na elevação da tubulação. Os melhores projetos de sistema fornecem instalações de tubulação com inclinações em direção a drenos de ponto baixo estrategicamente posicionados. Depois que a água é drenada, mas antes do enchimento, o sistema pode ser ainda mais seco purgando ar quente e seco (ou N2) através dos circuitos do sistema até que o ponto de orvalho do gás de saída atinja –34 a –40°C, indicando que a umidade foi adequadamente seca . Uma atenção especial ao processo de secagem reduzirá significativamente o tempo necessário para atingir as altas temperaturas de operação pretendidas na inicialização.

FIGURA 1. Os sistemas de fluido de transferência de calor precisam ser ventilados para água residual na partida e para produtos de degradação de fluido durante a operação

Antes da circulação, certifique-se de que o nível de líquido frio do HTF no sistema seja adequado. Isso é normalmente indicado pelo instrumento de nível de líquido do tanque de expansão (Figura 1). Em seguida, aqueça o líquido lentamente enquanto circula por todos os circuitos da tubulação, assumindo que o teor de água pode ser excessivo. A válvula A está fechada e as válvulas B e C estão abertas. O HTF é circulado através do tanque de expansão e aquece até pouco acima de 100°C. Essa temperatura força a umidade a entrar no espaço de vapor do tanque de expansão. A válvula E está aberta e a entrada de gás inerte varre os vapores de água do espaço de vapor a jusante para um tanque coletor ou sistema de flare. O processo continua até que os sintomas de umidade — incluindo cavitação da bomba, vazão errática no lado de descarga da bomba e ruídos, batidas e sons de fervura no tanque de expansão e na tubulação — desapareçam.

Uma vez que o HTF esteja adequadamente seco, o fluido deve ser capaz de continuar aquecendo a temperaturas operacionais mais altas. O alinhamento típico da válvula durante a operação normal é para as válvulas A e B estarem abertas e as válvulas C e E fechadas. Esta colocação da válvula permite uma temperatura mais baixa no tanque de expansão (normalmente cerca de 25% do volume do sistema), onde sua taxa de degradação térmica é desprezível.

Em operação, o HTF se deteriora a taxas crescentes à medida que as temperaturas operacionais se aproximam do máximo operacional em massa para o HTF específico, alterando a condição e a composição do HTF. A degradação térmica leva à formação de compostos de alto ponto de ebulição, que aumentam a viscosidade do fluido e a formação potencial de sólidos que aumentam os riscos de coque ou depósitos de incrustação, e compostos de baixo ponto de ebulição que diminuem a viscosidade do fluido e que têm pontos de ebulição inferiores ao intervalo de ebulição do HTF. Além disso, aumentar o teor de baixo ponto de ebulição pode levar à depressão do ponto de fulgor em 45°C ou mais.

As caldeiras de baixa temperatura podem ser gerenciadas pela ventilação de rotina do sistema. Os sistemas são melhor ventilados somente quando a concentração de caldeiras baixas excede os limites recomendados com base na análise de amostra do fluido.

O mesmo procedimento é seguido ao comissionar um novo sistema, exceto que temperaturas mais altas são necessárias. Para muitos HTFs orgânicos, o procedimento de ventilação é conduzido em temperaturas de fluido próximas de 180 a 200°C. Essa faixa de temperatura suporta a passagem para a fase de vapor e a separação das caldeiras baixas do fluido de transferência de calor para remoção sem incorrer em uma perda significativa dos componentes HTF. Com a válvula A fechada e as válvulas B e C abertas, todo o fluido escoa pelo tanque de expansão. Este processo eleva a temperatura do fluido no tanque de expansão e aumenta as pressões parciais dos produtos de degradação de baixo ponto de ebulição. Isso permite que as caldeiras de baixa temperatura entrem na fase de vapor, onde sua remoção é auxiliada pela abertura da válvula E. O gás inerte pode ser usado para varrer eficientemente esses vapores pela superfície do líquido e para fora da linha de ventilação, onde podem ser condensados e recolhidos para eliminação.