Como os trocadores de PTFE são usados ​​no resfriamento de vapores quentes de um forno de nitrocarbonetação com banho de sal?

A nitrocarbonetação em banho de sal é um processo que forma uma superfície dura e{0}}resistente ao desgaste em objetos de aço, colocando-os em um banho fundido de sais de cianato e carbonato. Este forno produz gases de exaustão quentes, que são cáusticos e venenosos e são altamente carregados com partículas de sal condensáveis. Este fluxo de gás tóxico pode ser resfriado com segurança usando um trocador de calor de PTFE que recupera calor importante sem corrosão ou bloqueio.

A questão de tratar a exaustão de fornos quimicamente exigentes e fornecer uma operação confiável-de longo prazo é a única preocupação do debate sobre aplicações de resfriamento de nitrocarbonetação em banho de sal de trocadores de PTFE em instalações de tratamento-térmico de metais. É aqui que entram os trocadores de calor de PTFE. Eles oferecem a combinação de boa inércia química e uma superfície lisa-antiaderente, o que os torna menos propensos a incrustações por sais condensados.

Escape de nitrocarbonetação em banho de sal – explicado
A nitrocarbonetação em banho de sal é um processo para difundir nitrogênio e carbono na superfície do aço usando soluções de sal fundido de cianato e carbonato. Durante o funcionamento, o forno emite gases de exaustão quentes contendo:

Vapor de cianato

Vapores de carbonato

Condensações alcalinas

Aerossol de sal

Partículas finas

À medida que os gases esfriam, parte do fluxo de vapor se condensa em gotículas líquidas altamente corrosivas e sólidos cristalinos. O condensado ataca rapidamente as superfícies metálicas e os sais acumulados dificultam o movimento do gás, tornando este ambiente um desafio para os trocadores de calor metálicos tradicionais.

O fluxo de exaustão, portanto, é um desafio duplo de incrustação e corrosão ao mesmo tempo.

Por que usamos PTFE aqui
O PTFE possui uma gama de recursos que são adequados para o resfriamento de gases de escape corrosivos.

Resistência Total à Química Agressiva
Os vapores condensados ​​criados durante a nitrocarbonetação podem ser extremamente alcalinos e quimicamente reativos. O PTFE geralmente não é afetado por:

Cianatos.

Condensados ​​de carbonato

Soluções de lavagem alcalina

Agentes de limpeza – ácidos

Aerossol de sal com umidade

A resistência protege os tubos trocadores da rápida degradação sofrida por muitas ligas metálicas.

Desempenho-de superfície antiaderente
A propriedade mais importante do PTFE no serviço de resfriamento de exaustão é sua viscosidade superficial extremamente baixa.

A superfície plana do fluoropolímero evita o acúmulo de:

Depósitos de sal cristalino

Condensados ​​concentrados

Camadas de incrustação semi-sólidas

Esta propriedade permite um risco de entupimento muito menor do que os trocadores de metal convencionais.

O resfriador de PTFE na fábrica de tratamento-térmico é um pulmão resistente-à prova de corrosão para um dos fluxos de gás mais desafiadores no processamento térmico.

Como funciona um trocador de calor PTFE
Na maioria dos sistemas, o gás de exaustão corrosivo flui através do lado do invólucro do trocador e o meio de resfriamento flui nos tubos de PTFE.

Resfriamento de gás lateral da carcaça
O fluxo-de gás carregado de fumaça é resfriado inicialmente e depois entra no invólucro do trocador. Quando o gás encontra superfícies mais frias do tubo de PTFE:

O calor sensível é dissipado

Os vapores condensáveis ​​resfriam

Partículas de sal começam a cair

Cria condensado corrosivo

O PTFE é quimicamente inerte, permitindo que o trocador lide com as fases gasosa e líquida do fluxo do processo.

Fluido de resfriamento lateral do tubo
O lado de resfriamento pode utilizar:

Água reciclada

Água de resfriamento para a planta

Sistemas de ar ambiente

Líquidos refrigerantes-à base de etilenoglicol

A energia térmica recuperada pode posteriormente ser direcionada para outras partes da planta.

Benefícios da recuperação de calor
O sistema de resfriamento de nitrocarbonetação com banho de sal do trocador de PTFE é de grande utilidade para a recuperação de calor residual.

A energia recuperada pode ser utilizada para:

Pré-aquecimento do ar de combustão

Aquecimento de água de alimentação de caldeira

Sistemas de suporte de água quente para plantas

Melhorando a eficiência geral do forno

Diminuindo o consumo de combustível

Como os fornos de nitrocarbonetação geralmente operam constantemente, mesmo pequenos ganhos na recuperação de calor podem levar a grandes reduções na demanda energética da planta.

Evitando sujeira e entupimento
Controlar a incrustação é crucial para sistemas de exaustão carregados-de sal.

A vantagem da superfície lisa de PTFE
Os trocadores metálicos tendem a produzir camadas cristalinas duras firmemente fixadas às superfícies internas. Eles diminuem a eficiência da transferência de calor e aumentam a queda de pressão.

As propriedades-antiaderentes do PTFE diminuem a resistência de fixação dos depósitos e, portanto, facilitam a remoção de resíduos acumulados durante os ciclos de manutenção.

Sistemas de lavagem integrados
As barras de pulverização são instaladas dentro da parte do casco em diversas instalações. Esses sistemas lavam periodicamente o lado do gás com água ou tratamentos de limpeza químicos.

A resistência do PTFE a produtos químicos de limpeza severos permite que os operadores utilizem soluções de lavagem mais fortes sem danificar os tubos do trocador.

Os fluidos de limpeza típicos incluem:

Detergentes alcalinos

As soluções de descalcificação são ácidas

Sistemas de descarga de água.

Detergentes industriais especializados

Os tubos de fluoropolímero permanecem quimicamente estáveis ​​durante todas estas operações de manutenção.

Nota do Processo
Requisito de ar de diluição a montante do trocador de PTFE
As temperaturas dos gases de escape para nitrocarbonetação bruta estão geralmente entre:

200 graus e 400 graus.

Estas temperaturas excedem o limite de trabalho contínuo recomendado de PTFE (~110 graus).

É por isso que o fluxo de gás precisa ser resfriado antes de entrar no trocador de calor de PTFE. Isto é muitas vezes feito através da injecção de quantidades reguladas de ar de diluição a montante da entrada do permutador.

Um sistema de amortecedor de ar diluído é frequentemente usado para:

Temperatura do gás na entrada

Evite o superaquecimento local

Estabilize a operação do trocador

Proteja o conjunto do tubo de PTFE.

A medição da temperatura na entrada do trocador é considerada vital para uma operação segura-de longo prazo.

Por que os trocadores de metal falham frequentemente neste serviço
No processo de nitrocarbonetação, os sistemas de exaustão apresentam diversos problemas aos trocadores metálicos convencionais.

Corrosão do Condensado
Muitos aços inoxidáveis ​​e metais revestidos são atacados por sais condensados ​​e soluções alcalinas.

Adesão ao Depósito
Os sais cristalinos têm uma forte afinidade com superfícies metálicas, o que acelera a incrustação e o entupimento.

Limitações de limpeza
Soluções de limpeza agressivas podem danificar o material metálico do tubo ou o revestimento protetor.

Estresse no ciclismo térmico
Em componentes metálicos expostos a condensados ​​quimicamente ativos, vários ciclos térmicos melhoram o acoplamento da corrosão e da fadiga.

O PTFE supera várias destas preocupações, não apenas em termos de resistência à corrosão, mas devido à sua inércia química.

Resfriadores de exaustão de PTFE: considerações de projeto
Vários aspectos de engenharia são críticos no projeto de trocadores de PTFE para serviços de exaustão de fornos.

Controles de temperatura
A tubulação de fluoropolímero precisa ser protegida controlando rigorosamente a temperatura de entrada.

Controle da velocidade do gás
O fluxo de gás deve ser suficiente para evitar a sedimentação excessiva das partículas, mas não tão elevado que provoque uma diminuição excessiva da pressão.

Projeto de drenagem
Os sistemas de drenagem de condensado devem ser projetados para evitar acúmulo de líquido na carcaça do trocador.

Acesso para manutenção
As portas de acesso e os sistemas de lavagem permitem a limpeza fácil de qualquer acúmulo de depósitos de sal.

Suportes estruturais
A resistência mecânica do PTFE é menor que a dos metais, portanto, é essencial um espaçamento suficiente entre os suportes dos tubos para evitar vibrações ou flacidez.

Resumo
Os trocadores de calor de PTFE são soluções robustas e de baixa{0}manutenção para recuperação-de calor residual de um dos fluxos de exaustão quimicamente mais hostis na indústria de tratamento-térmico de metais. Com sua superfície lisa e antiaderente, o PTFE pode resistir a condensados ​​corrosivos, resistir à química de cianato e carbonato e minimizar a incrustação de sal, permitindo um resfriamento confiável em situações em que muitos trocadores metálicos falham.

A energia térmica recuperada pode ser usada para melhorar a eficiência da planta, pré-aquecendo o ar de combustão, aquecendo a água de alimentação da caldeira e integrando mais amplamente a recuperação de energia. Com controle adequado da temperatura de entrada e gerenciamento do ar de diluição, os trocadores de PTFE funcionam bem mesmo em serviços severos de fornos de nitrocarbonetação.

Com o sistema correto de material de fluoropolímero, as atuais plantas de processamento térmico podem até mesmo transformar gases de exaustão nocivos e corrosivos em uma fonte lucrativa de energia.