Meraco teorico de calentadores a fuego directo

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* FUNDAMENTO TEÓRICO
Dentro de la industria de Refinación y Petroquímica frecuentemente se requiere suministrar calor a algunas corrientes de proceso con diversos fines pudiéndose efectuar en equipos llamados “Calentadores a Fuego Directo” (CAFD) u “Hornos de proceso”.
Son llamados CAFD por la razón de que parte del serpentín de calentamiento se encuentra en la zona donde se genera la flama porefecto de la combustión de aceite o gas combustible en los quemadores, y la energía desprendida se transfiere desde la flama y los gases calientes a la corriente del fluido de proceso.
El fluido a calentar está contenido dentro de los tubos del serpentín colocado en el interior del CAFD.
En los CAFD se presentan los mecanismos de transferencia de calor existentes como en la (Fig.1) y de acuerdoal mecanismo predominante que se lleva a cabo desde la flama y los gases de combustión a los tubos que contienen el fluido de proceso se denominan las secciones siendo éstas una de radiación y otra de convección, existiendo una intermedia entre ellas que se denomina como sección escudo.

* Clasificación de los calentadores a fuego directo.
Esta clasificación se hace de acuerdo al servicioque proporciona el CAFD al fluido de proceso siendo la siguiente:
A.- Calentadores.- Se denominan así a los que se usan solamente para suministrar calor a la corriente de proceso para calentarla, evaporar una parte o toda la carga sin que haya cambios químicos. Por ejemplo: calentadores de carga al reactor, rehervidores de columnas, supercalentadores de vapor, calentadores de gas, etc. (Figs.2 y3).

B.- Calentadores de Cracking.- Son calentadores en los que se efectúa una descomposición térmica para obtener determinados productos o mejores compuestos para uso industrial. Por ejemplo: hornos de producción de olefinas, reductores de viscosidad, etc. (Fig.4).

C.- Reformadores u Hornos Vapor-Hidrocarburos.- Son hornos en las cuales se lleva a cabo una reacción química catalizada dentrodel serpentín. Generalmente se diseñan los tubos como cámaras individuales de reacción con lechos de catalizador y que se calientan en la sección de reacción. Estos reformadores se usan para la producción de hidrógeno con los siguientes fines:
a. Hidrógeno puro
b. Producción de LNG

c. Producción de amoniaco
d. Producción de metanol

* Tipos de calentadores.
Aunque no existeun criterio uniformizado para designar a los diferentes tipos de CAFD éstos se pueden clasificar en 2 grandes grupos de acuerdo a su forma geométrica.
a) Calentadores cilíndrico-vertical.
b) Calentadores rectangular-horizontal.

La colocación de los tubos puede ser como sigue:

La figura 5 muestra diagramas simplificados de 6 diferentes tipos de calentadores, los diagramas A y B sonejemplos de calentadores tipo caja de tubos horizontales, en los cuales los tubos son soportados por soportes de alta aleación desde las paredes laterales y en los arcos. Estos tipos pueden tener quemadores en el piso, en las paredes extremas o en las paredes laterales.

El tipo “C” es un horno cilíndrico vertical en el cual los tubos son soportados desde el techo al piso de la zona de radiación,por lo tanto requieren menos soportes que los tipo A y B. Este tipo de horno es con quemadores al piso y generalmente es más económico para fabricar.
El tipo “D” es de tubos verticales es de tubos verticales tipo caja. Este tipo puede usarse con una sola fila de tubos o con doble fila alternada o en varias filas, con hileras de quemadores a ambas caras de los tubos.
El tipo “E” es también uncalentador tipo caja de tubos verticales pero de un tipo especial. Una unidad de doble celda radiante se muestra, pero este tipo es también formado por unidades de simple celda. Los tubos están en una sola fila en una celda, con quemadores en ambos lados para mejor distribución uniforme del calor alrededor del tubo. También los quemadores se distribuyen a lo largo de los tubos, siguiendo un patrón...
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