Com s'utilitzen els intercanviadors de PTFE per refredar els vapors calents d'un forn de nitrocarburació de bany de sal?

La nitrocarburació en bany de sal és un procés que forma una superfície dura i -resistent al desgast sobre objectes d'acer col·locant-los en un bany fos de sals de cianats i carbonats. Aquest forn produeix gasos d'escapament calents, que són càustics i verinosos i estan molt carregats de partícules de sal condensables. Aquest corrent de gas tòxic es pot refredar amb seguretat mitjançant un intercanviador de calor de PTFE que recupera la calor important sense corrosió ni bloqueig.

La qüestió de tractar l'escapament químicament exigent del forn i proporcionar un funcionament fiable i a llarg termini-és l'única preocupació del debat sobre les aplicacions de refrigeració de nitrocarburació amb bany de sal de l'intercanviador de PTFE a les instal·lacions de tractament tèrmic-de metalls. Aquí és on entren els intercanviadors de calor de PTFE. Ofereixen la combinació d'una bona inercia química i una superfície llisa i antiadherent-, cosa que els fa menys propensos a la contaminació per sals condensades.

Escapament de nitrocarburació de bany de sal - Explicació
La nitrocarburació en bany de sal és un procés per difondre nitrogen i carboni a la superfície de l'acer mitjançant l'ús de solucions de sal de cianat i carbonat fos. Durant el treball, el forn emet gasos d'escapament calents que contenen:

Vapor de cianat

Vapors de carbonat

Condensacions alcalines

Aerosol de sal

Partícules fines

A mesura que els gasos es refreden, part del corrent de vapor es condensa en gotes líquides altament corrosives i sòlids cristal·lins. El condensat ataca ràpidament les superfícies metàl·liques i les sals acumulades dificulten el moviment del gas, fent que aquest entorn sigui difícil per als intercanviadors de calor metàl·lics tradicionals.

Per tant, el corrent d'escapament és un doble repte d'encrasses i corrosió al mateix temps.

Per què utilitzem PTFE aquí
El PTFE té una sèrie de característiques adequades per a la refrigeració de gasos d'escapament corrosius.

Resistència total a la química agressiva
Els vapors condensats creats durant la nitrocarburació poden ser extremadament alcalins i químicament reactius. El PTFE generalment no es veu afectat per:

Cianats.

Condensats carbonatats

Solucions alcalines de rentat

Agents de neteja - àcids

Aerosol de sal amb humitat

La resistència protegeix els tubs intercanviadors de la degradació ràpida experimentada per molts aliatges metàl·lics.

Rendiment de la superfície-antiadherent
La propietat més important del PTFE en el servei de refrigeració d'escapament és la seva adherència superficial extremadament baixa.

La superfície plana del fluoropolímer evita l'acumulació de:

Dipòsits de sal cristal·lina

Condensats concentrats

Capes d'encrasses semi sòlides

Aquesta propietat permet un risc d'obstrucció molt menor que els intercanviadors de metall convencionals.

El refrigerador de PTFE de la fàbrica de tractaments tèrmics-és un pulmó fort i a prova de corrosió-per a un dels corrents de gas més difícils del processament tèrmic.

Com funciona un intercanviador de calor de PTFE
A la majoria dels sistemes, el gas d'escapament corrosiu flueix pel costat de la carcassa de l'intercanviador i el medi de refrigeració flueix als tubs de PTFE.

Refrigeració de gas a la carcassa
El corrent de gas-carregat de fum es refreda inicialment i després entra a la carcassa de l'intercanviador. Quan el gas es troba amb superfícies de tubs de PTFE més fredes:

La calor sensible es dissipa

Els vapors condensables es refreden

Les partícules de sal comencen a caure

Crea condensats corrosius

El PTFE és químicament inert i permet a l'intercanviador gestionar tant les fases gasoses com líquides del corrent del procés.

Fluid de refrigeració lateral del tub
El costat de refrigeració podria utilitzar:

Aigua reciclada

Aigua de refrigeració per a la planta

Sistemes d'aire ambiental

Refrigerants basats en -etilenglicol

L'energia tèrmica recuperada es pot dirigir posteriorment a altres parts de la planta.

Beneficis de la recuperació de calor
El sistema de refrigeració de nitrocarburació amb intercanviador de sal de PTFE és de gran utilitat per a la recuperació de la calor residual.

L'energia que es recupera es pot utilitzar per:

Preescalfament de l'aire de combustió

Calefacció d'aigua d'alimentació de caldera

Suport de sistemes d'aigua calenta de plantes

Millora de l'eficiència global del forn

Disminució del consum de combustible

Atès que els forns de nitrocarburació s'utilitzen generalment constantment, fins i tot els guanys lleugers en la recuperació de calor poden provocar grans reduccions en la demanda d'energia de la planta.

Evitant l'embassament i l'obturació
Controlar la contaminació és crucial per als sistemes d'escapament carregats de sal{0}.

L'avantatge de la superfície llisa de PTFE
Els intercanviadors metàl·lics tendeixen a produir capes cristal·lines dures fermament adherides a les superfícies interiors. Redueixen l'eficiència de la transferència de calor i augmenten la caiguda de pressió.

Les propietats -antiadherents del PTFE redueixen la força d'adhesió dels dipòsits i, per tant, faciliten l'eliminació dels residus acumulats durant els cicles de manteniment.

Sistemes de rentat integrats
Les barres de polvorització s'instal·len dins de la part de la carcassa en diverses instal·lacions. Aquests sistemes rentan periòdicament el costat del gas amb aigua o tractaments de neteja químics.

La resistència del PTFE a la química de neteja severa permet als operadors utilitzar solucions de rentat més fortes sense danyar els tubs de l'intercanviador.

Els líquids de neteja típics inclouen:

Detergents alcalins

Les solucions descalcificants són àcides

Sistemes de neteja d'aigua.

Detergents industrials especialitzats

Els tubs de fluoropolímer es mantenen químicament estables durant totes aquestes operacions de manteniment.

Nota del procés
Necessitat d'aire de dilució aigües amunt de l'intercanviador de PTFE
Les temperatures dels gasos d'escapament per a la nitrocarburació bruta solen estar entre:

200 graus i 400 graus.

Aquestes temperatures superen el límit de treball continu recomanat de PTFE (~ 110 graus).

És per això que el corrent de gas s'ha de refredar abans de l'entrada a l'intercanviador de calor de PTFE. Això es fa sovint injectant quantitats regulades d'aire de dilució aigües amunt de l'entrada de l'intercanviador.

Sovint s'utilitza un sistema d'amortidor d'aire de dilució per:

Temperatura del gas a l'entrada

Eviteu el sobreescalfament local

Estabilitzar el funcionament de l'intercanviador

Protegiu el conjunt del tub de PTFE.

La mesura de la temperatura a l'entrada de l'intercanviador es considera vital per a un funcionament segur-a llarg termini.

Per què els intercanviadors de metalls fallen freqüentment en aquest servei
En el procés de nitrocarburació, els sistemes d'escapament presenten diversos problemes als intercanviadors metàl·lics convencionals.

Corrosió del condensat
Molts acers inoxidables i metalls recoberts són atacats per sals condensades i solucions alcalines.

Adhesió al Dipòsit
Les sals cristal·lines tenen una forta afinitat per les superfícies metàl·liques que accelera l'encrassement i l'obstrucció.

Limitacions de la neteja
Les solucions de neteja agressives poden danyar el material del tub metàl·lic o el recobriment protector.

Estrès de ciclisme tèrmic
En components metàl·lics exposats a condensats químicament actius, diversos cicles tèrmics milloren l'acoblament de la corrosió i la fatiga.

El PTFE supera diverses d'aquestes preocupacions, no només pel que fa a la resistència a la corrosió, sinó també per la seva inercia química.

Refredadors d'escapament de PTFE: consideracions de disseny
Diversos aspectes d'enginyeria són crítics en el disseny d'intercanviadors de PTFE per al servei d'escapament del forn.

Controls de temperatura
Els tubs de fluoropolímer s'han de protegir controlant de prop la temperatura d'entrada.

Control de la velocitat del gas
El flux de gas ha de ser suficient per evitar l'assentament excessiu de les partícules, però no tan alt com per provocar una disminució excessiva de la pressió.

Disseny de drenatge
Els sistemes de drenatge de condensats s'han de dissenyar per evitar la acumulació de líquid a la carcassa de l'intercanviador.

Accés per manteniment
Els ports d'accés i els sistemes de rentat permeten una fàcil neteja de qualsevol acumulació de dipòsits de sal.

Suports estructurals
La resistència mecànica del PTFE és menor que la dels metalls, per la qual cosa és essencial un espai suficient de suport del tub per evitar vibracions o flaccids.

Resum
Els intercanviadors de calor de PTFE són solucions resistents i de baix-manteniment per a la recuperació de la calor-residual d'un dels corrents d'escapament químicament més hostils de la indústria del tractament-de calor dels metalls. Amb la seva superfície llisa antiadherent-, el PTFE pot suportar condensats corrosius, resistir la química de cianats i carbonats i minimitzar la contaminació de sal, permetent un refredament fiable en situacions en què molts intercanviadors metàl·lics fallen.

L'energia tèrmica recuperada es pot utilitzar per millorar l'eficiència de la planta preescalfant l'aire de combustió, escalfant l'aigua d'alimentació de la caldera i una integració més àmplia de la recuperació d'energia. Amb un control adequat de la temperatura d'entrada i una gestió de l'aire de dilució, els intercanviadors de PTFE funcionen bé fins i tot en un servei dur del forn de nitrocarburació.

Amb el sistema de material fluoropolímer adequat, les plantes de processament tèrmic actuals poden fins i tot transformar els gasos d'escapament nocius i corrosius en una font d'energia lucrativa.