Uso de calefacción a fuego directo en la industria petroquímica

calentador de agua

Una de las industrias que aprovecha las ventajas del calefactor de fuego directo es la petroquímica. Este equipo es similar a los hornos, ya que el calor es transferido de manera directa a los productos de proceso, que, en el caso del sector mencionado, consiste en soluciones químicas e hidrocarburos. Por tal motivo, en las refinerías o plantas petroquímicas se usa comúnmente la expresión process heater. Hay dos tipos que pueden encontrarse según el combustible usado: Direct Fuel Heater y Direct Gas Heater.

Aplicaciones del calefactor de fuego directo

Un calentador a fuego se usa para aplicaciones específicas. Pueden considerarlos como equipos que se diseñan a medida, debido a que, al transmitirse el calor de forma directa a los productos procesados, cualquier variación en las características del proceso sugiere que el equipo no es eficiente para las nuevas condiciones o, incluso, los productos o equipos pueden destruirse a causa de la inadecuación. Es por ello importante hacer una buena elección del sistema de calefacción.

Una de las cosas que deben saber sobre el calefactor son sus principales aplicaciones. En las plantas petroquímicas y refinerías destacan: calentamiento a gasoductos y de crudos a separadores, procesos de cracking, calentadores de oxígeno, calentadores de gas de regeneración, hornos aromáticos, supercalentadores de vapor, vaporización de gases y líquidos, calentamiento de flujos de gases hidrocarburos de altas presiones en instalaciones de disminución de presión y sistemas de regulación de puntos de rocío de combustibles en forma de gas relacionados con centrales de turbinas.

El calefactor de fuego directo también se usa en otras industrias, como minería, alimentaria, construcción, entre otras, aunque su aprovechamiento es más notable en la industria petroquímica. En esta publicación, mencionaremos detalles relevantes sobre su uso en esta última.

¿Cómo son los calefactores de fuego directo para la industria petroquímica?

Los equipos usados en esta industria suelen ser de potencias muy altas. En la mayoría de los casos, supera los 6,000 kW, por lo que son muy costosos. Su precio también se debe a su diseño, que, como mencionamos, es personalizado para cada aplicación. Se trata de equipos voluminosos, por lo que suelen ejecutarse en vertical. También se usa la ejecución horizontal cuando las potencias oscilan entre 4,000 kW y 12,5000 kW. El tamaño del calentador varía según su potencia, aunque suele haber zonas de radiación con alturas mayores que 15 m y conjuntos del sistema con alturas mayores que 40 m.

Usualmente, este tipo de calefactor se usa como calderas de fluido térmico, es decir, como calentador no directo. Las principales causas de esta asimilación son la uniformidad de recambios y el amplio conocimiento del servicio de mantenimiento de refinerías y plantas químicas respecto al sistema a fuego directo, debido a que los beneficios de los calefactores de fluido térmico son notables.

En el sistema de calderas de fuego directo destaca una zona de radiación, que se asemeja a los hornos, donde hay un serpentín, que puede ser cilíndrico u horizontal, aunque también vertical, en donde se lleva a cabo la última fase del calentamiento de los productos, que se calienta con antelación en el área de convección, donde también hay un serpentín.

Las temperaturas logradas en la zona de radiación pueden ser relevantes, pues el serpentín en ella no es estanco con respecto a los gases de combustión, llegando así altas temperaturas a las paredes del horno y orillan que toda esa zona sea recubierta mediante concreto refractario y anclajes de los serpentines al mismo. Tal hecho conlleva notorias inercias térmicas en caso de paradas del sistema de calefacción, sin embargo, las aplicaciones para las que se diseñó implican funcionalidades constantes, es decir, 24/7 y 365 días del año.

Es importante programar con antelación las paradas de mantenimiento. Se efectúan con poca frecuencia, por lo que los tiempos de parada son largos. Esto se debe a que son muchos los problemas a reparar tras amplios periodos de servicio. No obstante, es indispensable si desean lograr la eficiencia con el calefactor para su negocio.

Ahora bien, un hecho particular de estos calefactores estriba en usar una clapeta o damper para regular la temperatura en el horno o zona de radiación. Se diseña para evitar el acceso de aire comburente en exceso. Esto incrementa el tiro de la chimenea y obliga al ventilador del quemador a operar con mayores presiones de aire y, por lo tanto, con menos caudal.

Mientras que en los sistemas a fuego indirecto solo hay una variable a regular, que es la temperatura de salida del fluid transfer, considerando no rebasar la temperatura de film del fluido, en los sistemas a fuego directo tal variable también es crucial, aunque comparte su relevancia con la temperatura que hay en el horno o área de radiación, lo que obliga a que el equipo cuente con un sistema de control mucho más sofisticado.

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