Como os trocadores de calor de PTFE são usados ​​na recuperação de calor de água quente e corrosiva?

Quando o aço-quente é imerso em um tanque de resfriamento, há uma tremenda liberação de energia térmica para a água de resfriamento. O vapor borbulha da superfície do tanque e o líquido restante gradualmente se transforma em uma mistura quimicamente hostil de metais dissolvidos, produtos químicos ácidos e escamas abrasivas. Uma questão chave de engenharia é recuperar o calor deste fluxo hostil, porque os trocadores de calor metálicos convencionais logo corroem, sujam ou quebram em operação constante. Os trocadores de calor de PTFE evoluíram como uma alternativa muito viável, sobrevivendo ao ambiente corrosivo e transformando o calor residual em energia de processo utilizável.

Consequentemente, o sistema de água de resfriamento corrosivo quente do trocador de PTFE está se tornando cada vez mais significativo em siderúrgicas, forjarias e instalações de tratamento térmico industrial, com o objetivo de eficiência energética e melhor desempenho ambiental.

A natureza da água de resfriamento no processamento de aço
A água de resfriamento é muito mais agressiva que a água de resfriamento industrial normal. Em ciclos térmicos sucessivos, o líquido coleta uma mistura complicada de impurezas provenientes dos procedimentos de produção de aço.

Componentes comuns da água de resfriamento
A água em circulação pode conter:

Óxidos de ferro dissolvidos

Partículas de carepa de moinho

Cloretos

Acúmulo de carbono-

Metais dissolvidos

Substâncias ácidas

Em algumas plantas, o sistema de têmpera pode detectar vestígios de ácido clorídrico nas operações de decapagem anteriores. Mesmo na ausência de poluição ácida direta, o dióxido de carbono dissolvido pode gerar ácido carbônico fraco na água, reduzindo o pH e aumentando a corrosão em trocadores de calor típicos de metais.

A temperatura geralmente ficará entre 50 e 90 graus, bem dentro dos limites térmicos de operação da tubulação do trocador de calor de PTFE.

Trocadores de calor metálicos Por que eles falham no serviço de água de têmpera
As aplicações de água de têmpera quente podem causar rápida deterioração de trocadores de calor convencionais de casco-e-de tubo feitos de aço carbono ou aço inoxidável.

Tensões Químicas e Mecânicas Combinadas
O fluxo do processo tem como alvo os trocadores metálicos por vários métodos ao mesmo tempo:

Fator de estresse Efeito em trocadores de metal
Corrosão, corrosão ácida química
Craqueamento por corrosão sob estresse por contaminação por cloreto
Grãos de escama de moinho Danos por erosão
Fadiga rachaduras Choque térmico
Oxidação e incrustação Exposição ao oxigênio
Uma das condições de serviço mais difíceis é o processamento térmico industrial, que combina os efeitos do calor, das partículas suspensas e da química ácida.

Numa fábrica de aço, um resíduo corrosivo quente que costumava ir para o lixão é agora um recurso, mas apenas se o material trocador puder durar o suficiente para capturar com sucesso a energia disponível.

Por que o PTFE é uma boa escolha para água de têmpera corrosiva A combinação única de resistência química, estabilidade térmica e qualidades de superfície do PTFE o torna adequado para esta aplicação.

Resistência à Água Ácida
A tubulação de PTFE é quase imune a:

Poluição por ácido clorídrico

Ácido carbônico H2CO3

Água rica em cloreto

Sais metálicos em solução

Ao contrário dos materiais metálicos, o PTFE não oxida, não perfura nem corrói com a exposição constante à água ácida do processo.

Superfície anti-incrustante-antiaderente
A incrustação não quer aderir à superfície lisa do fluoropolímero." A incrustação suspensa e os detritos de óxido de ferro teriam uma tendência menor de aderir fortemente à parede do tubo.

Essa natureza-antiaderente ajuda a reduzir:

Depósito de incrustação

Aumento da queda de pressão

Deterioração da transferência de calor

Com que frequência devo limpar?

A filtragem a montante ainda é importante, pois grandes partículas abrasivas ainda podem causar desgaste se circularem livremente.

Resistência ao choque térmico aprimorada pela flexibilidade
O sistema de têmpera sofre rápidas mudanças de temperatura quando o aço quente é colocado intermitentemente no banho. A tubulação de PTFE é suficientemente flexível para acomodar expansão e contração térmica, evitando assim os problemas de trincas associados a sistemas metálicos duros.

O corrosivo quente do permutador de PTFE extingue a operação da água
Em uma instalação típica, a água de têmpera quente circula através do lado do casco ou do tubo de um trocador de casco e tubo de PTFE, enquanto um circuito separado de água limpa absorve o calor recuperado.

Processo de recuperação de calor
A energia térmica retirada da água de resfriamento pode então ser reutilizada para:

Pré-aquecimento da água de reposição-da caldeira

Aquecimento de banhos de processo

Sistemas de aquecimento de edifícios

Pré-aquecimento da água de lavagem

Cargas de aquecimento industrial, auxiliares

Esta recuperação em circuito fechado evita a transferência de contaminação e permite uma reutilização significativa de energia dentro da instalação.

O desempenho do sistema de água de resfriamento corrosivo quente do trocador de PTFE depende da manutenção de uma transferência de calor adequada com o mínimo de incrustações e restrição hidráulica.

A importância da remoção de incrustações antes do trocador
O PTFE é bastante bom em resistir à incrustação, porém grandes materiais suspensos devem ser eliminados antes de entrarem no trocador.

Tanques de decantação, filtros
Na maioria das configurações, um tanque de decantação ou filtro a montante é considerado necessário.

Os sistemas removem:

Grandes pedaços de escala de moinho

Partículas de óxido férrico pesado

Detritos metálicos

Partículas abrasivas

Se não for pré-filtrada, a carga excessiva de partículas pode:

Restringir caminhos de fluxo

Aumentar o risco de erosão

Menor eficiência de transferência de calor

Aumento nos requisitos de manutenção

Um bom gerenciamento de sólidos prolonga muito a vida útil dos trocadores.

Desempenho térmico e design de sistema
Devido à menor condutividade térmica do PTFE do que dos metais, é necessário um projeto inteligente de trocador para obter um desempenho adequado de transferência de calor.

Como os designers compensam isso
O desempenho geralmente é melhorado por:

Maior área de superfície do tubo

Tubulação de parede fina

Aumento da turbulência do fluido

Configurações de-passagens múltiplas

Velocidades de fluxo otimizadas

A condutividade reduzida do PTFE é mitigada pelas temperaturas de processo relativamente altas em aplicações de água de têmpera, produzindo uma grande diferença de temperatura na superfície do trocador.

Nota Económica: Retorno Rápido com Recuperação Energética
A recuperação de calor residual da água de resfriamento pode levar a economias operacionais significativas para usinas siderúrgicas e de tratamento térmico com uso intensivo de energia.

Economia no consumo de combustível
"Reduz a demanda por calor recuperado diretamente:

Caldeira a Gás

Sistemas de geração de vapor

Equipamento de aquecimento de processo.

Em muitas plantas, o trocador captura continuamente energia térmica que, de outra forma, seria liberada para torres de resfriamento ou sistemas de águas residuais.

Benefícios económicos comuns
Os benefícios económicos podem envolver:

Menor consumo de combustível

Despesas operacionais reduzidas da caldeira

Menores emissões de gases de efeito estufa

Menos necessidade de água de resfriamento

Aumento da eficiência geral da planta

Os sistemas de têmpera geralmente funcionam constantemente e a quantidade de energia recuperada pode ser grande. Em muitas circunstâncias, o período de retorno de um permutador de recuperação de calor em PTFE pode ser concluído num tempo razoavelmente curto apenas através da poupança de combustível.

Benefícios do processamento sustentável do aço
Tradicionalmente, a produção de aço e o tratamento térmico são negócios intensivos em energia e com elevadas perdas térmicas. A recuperação de calor da água de resfriamento aumenta a eficiência energética geral e reduz o impacto ambiental.

Menor desperdício térmico
A energia recuperada é utilizada de forma eficaz em algum outro lugar da planta, em vez de despejar calor na atmosfera ou nos sistemas de águas residuais.

Isso produz:

Maior sustentabilidade do processo

Emissões de carbono reduzidas

Demanda de energia reduzida

Maior eficiência térmica

A resistência à corrosão do PTFE tolera a agressividade química das circunstâncias de serviço, mantendo este método de recuperação economicamente viável.

Conclusão
Os trocadores de calor de PTFE forneceram uma solução viável para a recuperação de energia de um dos fluxos de resíduos mais hostis da indústria siderúrgica. Os sistemas trocadores de PTFE resistem à água de têmpera ácida e rica em cloretos, toleram partículas de incrustações suspensas e choque térmico e convertem resíduos corrosivos do processo em um recurso térmico lucrativo.

Em siderúrgicas e instalações de tratamento térmico, o uso de um sistema de água de resfriamento corrosivo quente com trocador de PTFE ajuda a minimizar o consumo de combustível, melhorar a eficiência energética e recuperar o calor que de outra forma seria desperdiçado. Trocadores de fluoropolímero, quando usados ​​em conjunto com remoção de incrustações a montante e projeto hidráulico adequado, podem fornecer operação confiável em condições que degradam rapidamente equipamentos metálicos convencionais.

A escolha de materiais capazes de resistir aos ambientes químicos mais agressivos torna-se cada vez mais importante para a recuperação energética e melhoria ambiental dos processos térmicos industriais. Em muitas circunstâncias, o fluoropolímero adequado atinge ambos os objectivos simultaneamente.