Trocador de calor em refinaria

Tipos de trocadores de calor em refinarias

Um **trocador de calor em uma refinaria** é qualquer dispositivo projetado para transferir calor entre dois ou mais fluidos. Os processos de refino envolvem principalmente petróleo bruto e outros produtos de petróleo como fluidos. Existem várias maneiras de classificar os trocadores de calor, como sua construção, princípio de funcionamento, arranjo de fluxo e fase dos fluidos que estão sendo manuseados.

• Construção: Os trocadores de calor de casco e tubo consistem em feixes de tubos envoltos em cascos cilíndricos. Eles têm grande capacidade e são aplicáveis a situações de alta pressão. Os trocadores de calor refrigerados a ar empregam tubos com aletas sopradas por ar ambiente. Eles se adaptam a refinarias com acesso limitado à água devido à necessidade reduzida de água de refrigeração. Os trocadores de calor de placas possuem várias placas empilhadas, criando canais estreitos. Eles são compactos e eficientes para aplicações de pressão moderada. Os trocadores de calor de tubo duplo usam um tubo dentro de outro. Eles são usados principalmente para aplicações em pequena escala.
• Princípio de funcionamento: Os trocadores de calor regenerativos permitem que os fluidos fluam pelo mesmo canal em sequência. Seu projeto reduz a perda de calor para o ambiente. Os trocadores de calor adiabáticos empregam sólidos que absorvem calor e depois o devolvem aos fluidos. Eles são relevantes em situações em que o aquecimento ou resfriamento periódico é necessário.
• Arranjo de fluxo: Os trocadores de calor de contrafluxo têm dois fluidos fluindo em direções opostas. Eles são altamente eficientes e adequados para situações com aproximação de temperatura próxima. Os trocadores de calor de fluxo paralelo têm os dois fluidos fluindo na mesma direção. Eles são aplicáveis para requisitos de baixa eficiência e situações com baixas quedas de pressão.
• Fase dos fluidos: Os trocadores de calor líquido-líquido transferem calor entre dois líquidos. Petróleo bruto e água são alguns dos líquidos manuseados em uma refinaria. Os trocadores de calor gás-líquido transferem calor entre um gás e um líquido. Por exemplo, o gás pode ser gás de combustão proveniente da combustão, enquanto o líquido pode ser petróleo bruto ou água.

Especificações e manutenção de trocadores de calor em refinarias

O material de liga dos trocadores de calor em refinarias é uma especificação crucial. Às vezes, mesmo trocadores de calor de alta temperatura e alta pressão não conseguem resistir à corrosão e precisam ser substituídos. O material usado em trocadores de calor é especificado em diferentes padrões. No caso do casco e dos tubos de um trocador de calor, o aço carbono é usado principalmente, e o aço inoxidável, o aço inoxidável duplex e o titânio são usados para tubos. O aço carbono fornece resistência para suportar tensão, e o aço inoxidável oferece a capacidade de resistir à ferrugem e à corrosão.

Em plantas químicas, o casco e o tubo do trocador de calor são uma barreira entre o fluido interno (dentro do tubo) e o fluido externo (dentro do casco). Normalmente, a parte do casco da unidade tem um diâmetro maior do que a parte do tubo. Os diâmetros padrão para trocadores de calor de tubo variam de 100 mm a 1200 mm. Em relação ao número de tubos, pode variar de 12 a 220. Os modelos mais usados são 25~220, 38~126 e 51~220. Além disso, os diâmetros externos dos tubos variam de 19,05 mm, 25,4 mm e 38,1 mm. Em relação aos comprimentos dos tubos, geralmente varia de 2,0 m a 6,0 m. Os trocadores de calor de casco são usados para suportar mais pressão. Seus comprimentos variam de 1,5 m a 12,0 m, e seu diâmetro externo é principalmente 610 mm, 820 mm e 1016 mm.

É vital manter os trocadores de calor porque, se houver algum vazamento ou a transferência de calor for menor, isso afetará toda a linha de produção e o produto. Os sistemas regenerativos, trocadores de calor de placas e trocadores de calor de casco e tubo são limpos em uma direção de fluxo. Bombas são instaladas para empurrar a solução através do trocador, removendo os depósitos. Com base no projeto, os trocadores também podem ser desmontados, com placas ou tubos inspecionados e limpos manualmente. Os trocadores de calor também podem ser limpos com jateamento de gelo seco. Isso envolve o uso de dióxido de carbono na forma sólida para remover depósitos. Para evitar corrosão, as células dos trocadores de calor também são secas com ar comprimido.

Aplicações de trocador de calor em refinaria

Os trocadores de calor desempenham um papel vital em uma refinaria. Eles melhoram a qualidade dos produtos de petróleo, a eficiência energética geral e a produção. Geralmente, eles recuperam calor do óleo refinado. O calor recuperado é então usado para pré-aquecer o petróleo bruto antes de sua destilação. Assim, os trocadores ajudam a reduzir o consumo de combustível da planta.

Existe uma grande variedade de trocadores de calor aplicados em refinarias. Eles são usados não apenas para as unidades de destilação de petróleo bruto, mas também para outros processos, como:

• Destilação a vácuo: As unidades de destilação a vácuo possuem seus próprios trocadores de calor que ajudam a refinar destilados de vácuo residuais (VGO).
• Craqueamento térmico: Em refinarias petroquímicas, os trocadores de calor tubulares são frequentemente usados em unidades de craqueamento para transferir calor dos gases de combustão para os hidrocarbonetos. Usado principalmente para produzir etileno, propeno, butadieno, benzeno e outros compostos químicos.
• Hidrotreatamento e hidrocraqueamento: As unidades de hidrotreatamento e hidrocraqueamento também possuem seus próprios trocadores de calor. Eles são geralmente aplicados para recuperar calor dos produtos da reação e resfriá-los. Os trocadores são geralmente trocadores de calor de placas ou trocadores de calor refrigerados a ar.
• Controle de incrustação: Um grande problema que os trocadores de calor refrigerados a ar enfrentam é a incrustação. Durante o processo de transferência de calor, alguns materiais podem aderir ou obstruir a superfície de transferência de calor, o que eventualmente prejudica o desempenho do equipamento. A manutenção regular do trocador permite manter a incrustação sob controle. Isso também ajuda a prolongar o ciclo de vida da máquina. Se a máquina for manuseada adequadamente, pode durar vários anos.
• Resfriamento: A água de refrigeração de torres de refrigeração ou condensadores refrigerados a ar é frequentemente usada como um dissipador de calor; depois que o calor é rejeitado para o ambiente, o fluido de trabalho é resfriado.

Melhoria geral da produtividade de uma refinaria

Graças aos trocadores de calor, a produtividade das refinarias aumenta significativamente. Isso ocorre porque eles permitem a recuperação de energia dos processos. Ao apoiar as redes de energia internas das refinarias, os trocadores reduzem a necessidade de fontes de energia externas. Isso leva a uma queda notável nos custos operacionais.

Além disso, os trocadores de calor permitem a redução das emissões de carbono e da pegada de carbono. Eles fazem isso reduzindo o consumo de combustíveis fósseis no processo de refino. A indústria de refino pode se tornar mais sustentável graças aos trocadores de calor.

Por fim, os trocadores de calor aumentam a capacidade produtiva geral da refinaria, permitindo que ela processe ainda mais petróleo bruto. Isso é possível através da recuperação de energia e do gerenciamento eficiente do calor de todo o processo de refino.

Como escolher um trocador de calor em uma refinaria

Projetar e fabricar um trocador de calor não é um exercício aleatório. Deve ser feito de forma a permitir que o trocador de calor atenda ao seu propósito na refinaria sem incidentes ou falhas. Vários fatores precisam ser considerados ao selecionar trocadores de calor para refinarias.

• Propriedades do fluido: Em uma refinaria, petróleo bruto e seus derivados são o principal fluido processado por trocadores de calor. No entanto, existem diferentes formas que o petróleo bruto pode assumir, como óleo viscoso pesado, óleo leve ou gás. As propriedades físicas de cada tipo também diferem, como temperatura e pressão. O trocador de calor escolhido deve ser capaz de lidar com a temperatura e a pressão do fluido.
• Requisito de área de transferência de calor: A quantidade de calor que precisa ser transferida determina o tamanho da área de transferência de calor. Além disso, dependendo da condição do fluido de estado entrando e saindo do trocador de calor, a área de transferência de calor pode variar.
• Materiais de construção: Em uma planta de refino, diferentes fluidos com diferentes faixas de temperatura são processados. Para permitir que o trocador de calor atenda a esse propósito, ligas e aço carbono podem ser usados para construir o trocador de calor.
• Facilidade de manutenção: Os trocadores de calor que são fáceis de consertar e manter ajudam a reduzir as despesas operacionais. Isso é especialmente verdadeiro quando a unidade deve ser extraída da instalação para ser consertada.
• Custo: O trocador de calor é uma despesa de capital significativa na instalação de refino, e sua construção e montagem aumentarão a despesa de compra. É importante selecionar uma unidade que combine eficiência operacional com custos comerciais razoáveis.
• Impacto ambiental: Em uma era em que a reciclagem e o aquecimento global são de suma importância, a escolha de um trocador de calor que tenha uma baixa pegada de carbono que ajudaria a reduzir as emissões de gases de efeito estufa deve ser primordial.

Trocador de calor em refinaria P&R

P1: Quais são as tendências no projeto de trocadores de calor para refinarias?

R1: Tendências recentes incluem unidades mais compactas, como trocadores de calor de placas, trocadores de calor com armazenamento térmico integrado para mitigar picos de carga e melhorar a eficiência energética, e trocadores de calor híbridos que combinam diferentes tipos de mecanismos de transferência de calor para otimizar o desempenho.

P2: Qual é o futuro dos trocadores de calor em refinarias no mercado?

R2: As perspectivas do mercado permanecem positivas, pois a demanda por eficiência energética, a necessidade de fornecimento de petróleo bruto e produtos refinados e a mudança para tecnologias mais limpas e captura de carbono aumentarão o uso de trocadores de calor em refinarias.

P3: Quais são os desafios no uso de trocadores de calor em refinarias?

R3: Alguns desafios incluem a necessidade de serviços constantes de manutenção e reparo, a suscetibilidade à incrustação e à corrosão, o que pode afetar a eficiência, e os custos iniciais mais altos das tecnologias avançadas de trocadores de calor.

P4: Quais são os principais fatores que influenciam o desempenho dos trocadores de calor em refinarias?

R4: O projeto, os materiais, o arranjo de fluxo, as condições operacionais, como temperatura e pressão, as propriedades dos fluidos que estão sendo trocados e as práticas de manutenção são a remoção de incrustações.