Estructura del horno de calentamiento tubular y materiales refractarios utilizados

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Dentro de un recipiente cerrado y forrado, se encuentran numerosas tuberías de acero sin costuras, de alta calidad o hechas de aleaciones, que están conectadas entre sí. El medio de calentamiento fluye a gran velocidad a través de estas tuberías. El combustible se quema dentro del recipiente, generando humos a altas temperaturas. Estos humos transmiten calor al medio a calentar mediante radiación, convección y conducción, hasta que este alcanza la temperatura requerida para el proceso de producción o se produce la reacción química deseada； Este tipo de equipos se denomina colectivamente hornos de calentamiento tubulares. El horno de calentamiento tubular del que hablamos hoy es un horno de calentamiento utilizado en las instalaciones de refinación de petróleo y en la industria petroquímica; se le conoce, abreviadamente, como horno de calentamiento para procesos petroquímicos. http://www.znhcl.com/uedits/c029a71236c5454cabf957f3dc755142.jpg El horno de calentamiento tubular utilizado en los procesos petroquímicos está compuesto por una cámara de radiación, una cámara de convección, un dispositivo para la recuperación de calor residual, un quemador, un sistema de suministro de aire y un sistema de evacuación de humos. 1. Cámara de radiación: La cámara de radiación es la parte que desempeña un papel fundamental en la transferencia de calor por radiación en los hornos de calentamiento. Dado que se trata del lugar donde se encuentra directamente la llama, es la parte del horno de calentamiento con la temperatura más alta. Por lo tanto, es necesario considerar cuidadosamente los componentes, la resistencia, el espesor y la estructura mecánica de los materiales utilizados. Además, desde el punto de vista funcional, entre el 70 y el 80% de la carga térmica total del horno es absorbida en la cámara de radiación. En los hornos en los que el fluido sufre transformaciones y fisión reactivas, las reacciones y la fisión se llevan a cabo, por lo general, íntegramente dentro de la cámara de radiación. Por lo tanto, no es exagerado decir que la calidad de la cámara de radiación determina la calidad del horno de calentamiento. 2. Cámara de convección: La cámara de convección es la parte del horno de calentamiento donde tiene lugar la transferencia de calor por convección. En esta cámara hay un conjunto de tubos dispuestos de manera muy densa; esta estructura permite que los gases de escape se muevan a mayor velocidad a través de los tubos, lo que facilita una eficaz transferencia de calor por convección. Por lo general, la cámara de convección absorbe entre el 20 y el 30% de la carga térmica total del horno. La cámara de convección puede colocarse en la parte superior de la cámara de radiación ； También se puede instalar en el suelo, conectándolo al cuerpo del horno mediante un conducto de humos, pero en esencia el mecanismo es el mismo. En la cámara de convección se pueden utilizar tubos con puntas de clavo o tubos con aletas. 3. Dispositivo de recuperación de calor residual. El dispositivo de recuperación de calor residual es un equipo que se utiliza para recuperar el calor del humo que sale de la cámara de convección; o, cuando no existe tal cámara, para recuperar el calor del humo que sale directamente de la cámara de radiación. Actualmente, las medidas de recuperación de calor residual que se utilizan en las refinerías nacionales e internacionales son, en general, de los siguientes tipos: a. Teniendo en cuenta el flujo del proceso y el equilibrio general de los equipos, se utiliza aire frío como insumo para precalentar el aire que contiene aceite caliente. b. Desde el punto de vista de la mejora y simplificación del sistema de circulación, existe la opción de utilizar un portador de calor: aceite caliente para precalentar el aire. Incluye ciclos de portador de calor en circuito abierto y cerrado. c. Teniendo en cuenta la posibilidad de añadir equipos de reciclaje adicionales, existen ① los de tipo tubular de acero ； ②Tubo de vidrio ； ③Rotativo ； ④Tubo de hierro fundido ； ⑤Tipo de turbulizador ； ⑥Tipo tubo de calor ； ⑦Precalentadores de aire de tipo placa, etc. d. Desde el punto de vista del ahorro energético en combinación con otros equipos, existen ① calderas de calor residual ； ②Cogeneración térmica. 4. Quemadores: Los quemadores son uno de los componentes esenciales de los hornos de calentamiento. Las características técnicas de estos quemadores, así como su compatibilidad con los requisitos del proceso de calentamiento, la estructura del horno y las características de transferencia de calor, tienen un impacto directo en el funcionamiento del horno, en su consumo energético y en sus aspectos ambientales. Es de gran importancia elegir quemadores cuyas características técnicas se ajusten a los requisitos del proceso de calentamiento, a la estructura del horno y a las características de transferencia de calor, a fin de garantizar un funcionamiento eficiente del horno, así como un funcionamiento “duradero, seguro, estable y óptimo”. 5. Dispositivos de ventilación: La función de los dispositivos de ventilación es introducir el aire necesario para la combustión y, al mismo tiempo, expulsar los humos fuera del horno. Existen dos tipos de ventilación: la ventilación natural y la ventilación forzada. El primero depende de la capacidad de ventilación de la chimenea ； Este último utiliza un soplador para expulsar con fuerza los humos. Por lo general, cuando la pérdida de presión dentro del horno es baja, se utiliza el sistema de ventilación natural a través de una chimenea. La chimenea se instala en la parte superior del horno y forma parte integral de él. La altura de la chimenea debe ser suficiente para superar la pérdida de presión dentro del horno y garantizar una buena circulación de aire. Los hornos de calentamiento son de estructura compleja; aquellos que presentan una gran pérdida de presión en su interior, o aquellos equipados con sistemas para recuperar el calor residual, suelen utilizar ventiladores para lograr una ventilación eficaz. 6. Tubos de la caldera y codos: Los tubos de la caldera y los codos son las partes más importantes en las calderas de tipo tubular. Representan el 40% del volumen total de acero utilizado en estas calderas, y el 60% de la inversión total necesaria para su construcción. Dado que es necesario que las tuberías resistan la presión, la corrosión y el calor directo de las llamas, y con el fin de garantizar el correcto desarrollo de los procesos productivos y la seguridad en la fabricación, las tuberías se diseñan según los siguientes estándares: la longitud y el número total de tuberías dependen de la carga térmica del horno, su eficiencia térmica y la estructura del mismo. El diámetro del tubo y el número de tramos de tubería se determinan en función del caudal, la pérdida de presión permitida y el tiempo de retención. El espesor de la pared está determinado por la presión interna, las tensiones térmicas, las cargas estáticas, la temperatura de la pared del tubo, la resistencia del material (incluyendo su capacidad de fluencia a altas temperaturas y su fragilidad), así como el margen de resistencia a la corrosión. Los materiales están determinados por su temperatura de uso y su resistencia a altas temperaturas (incluida la resistencia a la fluencia), así como por su resistencia térmica, su resistencia a la corrosión y su fragilidad. Se utilizan tubos de acero al carbono cuando la temperatura del tubo de calentamiento es inferior a 500 °C ； Cuando la temperatura de los tubos del horno está entre 500 °C y 700 °C, se utilizan tubos de acero de baja aleación (T9~T22) ； Se utilizan tubos de horno de acero inoxidable (304, 316) cuando la temperatura del tubo es de 700 °C a 800 °C ； Se utilizan tubos de tipo 309 cuando la temperatura del tubo de calentamiento está entre 800 °C y 900 °C ； Cuando la temperatura del tubo de la caldera supera los 900 °C, se utilizan tubos de caldera fundidos por centrifugación hechos de acero de alta aleación (HK-40). Los tubos de radiación del horno de calentamiento por tubo utilizan tubos lisos, mientras que las cámaras de convección emplean tubos con puntas o tubos aletados. Existen dos formas de conectar las tuberías del horno con las curvas: por soldadura y por expansión. Al utilizar soldadura, las curvas son curvas cerradas obtenidas mediante prensado de los tubos del horno; las curvas de 180° son las más comunes. Las curvas fundidas son menos frecuentes. Al utilizar el método de expansión, se emplean codos de fundición con tapones; al retirar esos tapones, es posible limpiar el interior del tubo mecánicamente. La desventaja es que son más caros, ya que su material es el mismo que el de los tubos del horno. Si el aceite a calentar es ligero, los tubos de la caldera no suelen formar coque; en esos casos, se pueden utilizar codos de curvatura rápida en toda la estructura. Por otro lado, si el aceite a calentar es pesado y los tubos tienden a formar coque, y además no se utiliza tecnología para eliminar el coque de forma continua, entonces en la parte correspondiente a la cámara de radiación se pueden utilizar codos fundidos. 7. Soportes de tuberías y guías: Los soportes de tuberías soportan el peso de las tuberías calentadoras que se encuentran dentro del horno, y transfieren ese peso al marco del horno. Las condiciones que deben cumplir los soportes para tuberías son: una excelente resistencia a la oxidación y a la corrosión, así como una alta resistencia a altas temperaturas. Además, a medida que cambia la temperatura de las tuberías, el soporte debe poder adaptarse libremente en su estructura. El material de los soportes de tuberías es acero 25Cr—12Ni o acero 25Cr—20Ni, en la cámara de radiación y en la parte inferior de la cámara de convección. En la parte superior de la cámara de convección se utiliza hierro fundido densamente tratado “HR” y acero aleado 5Cr. Los problemas que surgen al utilizar acero alto en cromo son la fragilidad a altas temperaturas, además de la corrosión causada por el vanadio y el azufre presentes en el combustible. En tales situaciones, los soportes deben diseñarse con una estructura que permita su reemplazo. Para combatir la fragilidad a altas temperaturas, se debe utilizar ferrita; en cuanto a la corrosión causada por el vanadio, se puede resolver con la aplicación de una capa protectora fundida. Por lo general, en la cámara de radiación se utilizan soportes para tuberías en forma de soporte de cuchillo, mientras que en la cámara de convección se emplean soportes en forma de placa perforada. Los soportes estructurales sirven únicamente para guiar las tuberías. 8. Materiales refractarios: Los materiales refractarios son elementos esenciales en los hornos de calentamiento. Se dividen, aproximadamente, en materiales estructurados y materiales no estructurados. a. Materiales refractarios estructurados: Los materiales refractarios estructurados son ladrillos refractarios pesados, ladrillos refractarios ligeros y ladrillos aislantes, entre otros. Los ladrillos refractarios pesados se caracterizan por su alta resistencia al calor; se utilizan en las canalizaciones de combustión de los quemadores, así como como revestimiento en la cara expuesta al calor de los hornos de alta temperatura. Los ladrillos refractarios ligeros poseen tanto propiedades refractarias como aislantes, y se utilizan frecuentemente en las paredes laterales y en el techo de los hornos. Los ladrillos aislantes tienen una baja resistencia al calor; se utilizan principalmente como revestimiento en el fondo y en las paredes interiores de los hornos, pero en cantidades reducidas. Los usuarios que necesiten productos de materiales refractarios como ladrillos refractarios, pueden visitar la página web http://www.znhcl.com. Allí encontrarán productos suministrados directamente por fabricantes de todo el país. Se aceptan pagos mediante Alipay, y los productos están disponibles para su entrega inmediata contra pago al contado. b. Los materiales refractarios amorfos son, en general, materiales que se componen de áridos y cemento mezclados con agua; se aplican de manera similar al hormigón. Se les conoce coloquialmente como materiales de inyección. Se dividen en materiales de colado con alta resistencia al fuego y ciertas propiedades aislantes (materiales de colado pesados), y materiales de colado con propiedades aislantes (materiales de colado ligeros). Los métodos de aplicación son tres: inyección, aplicación por capas y pulverización. En el caso de los hornos de calentamiento de tipo tubular, se utilizan materiales refractarios que, además de tener buena resistencia al calor, también ofrecen cierta capacidad aislante; estos materiales se emplean en la parte superior, en las paredes laterales y en el fondo del horno. Para el revestimiento de los conductos de humo y chimeneas, así como para el revestimiento interno de sus paredes laterales, se utiliza un material de inyección plástico aislante. Los bloques de fibra cerámica, las telas de lana de roca y la pintura a base de fibra cerámica también se consideran materiales refractarios no estructurados. 9. El marco del horno, las paredes laterales y la plataforma constituyen la estructura de acero que soporta toda la carga del horno de calentamiento. El material utilizado es acero al carbono común; con frecuencia se emplean perfiles en forma de canal y perfiles en forma de I. Las placas laterales son las chapas de acero que se encuentran en la superficie exterior de las paredes del horno. Su función es proteger contra la lluvia y el polvo, además de evitar que entre aire innecesario al interior del horno. Según su función, se pueden dividir en dos categorías: aquellas que ayudan a soportar la carga estructural del horno, y aquellas que sirven únicamente como revestimiento. Las plataformas y escaleras se han creado para las operaciones y mantenimientos, y se utilizan para las tareas diarias de funcionamiento, mantenimiento e inspección.