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Calentamiento de tanques Pirobloc

SISTEMAS DE CALENTAMIENTO MEDIANTE ACEITE TÉRMICO PARA TANQUES EN TERMINALES PORTUARIAS

Pirobloc diseña y suministra sistemas de fluido térmico de alta eficiencia para el calentamiento de tanques de almacenamiento en puertos.

Tenemos una amplia experiencia en el diseño, instalación, puesta en marcha y mantenimiento de sistemas y calderas de aceite térmico personalizados para el calentamiento de tanques de almacenamiento en instalaciones portuarias.

En las terminales portuarias es necesario un sistema de calentamiento para mantener los combustibles y las materias primas que se almacenan en los tanques en un estado líquido. Los principales fluidos que se pueden encontrar en dichos tanques son:

  • Hidrocarburos
  • Asfalto
  • Betún
  • Aceite pesado

Dado que estos fluidos están en estado sólido o semisólido a temperatura ambiente, es imprescindible utilizar un sistema de calentamiento mientras permanecen dentro de los tanques de almacenamiento. Los tanques deberán calentarse incluso si están adecuadamente aislados.

Todos estos productos requieren una cierta temperatura para permanecer en estado líquido y poder ser manejados adecuadamente, por lo que todas las instalaciones portuarias necesitan un sistema de aceite térmico cuya fiabilidad esté absolutamente garantizada, ya que debe evitarse en todo momento que estos fluidos se solidifiquen dentro de los tanques.

Calentar los tanques con un sistema de aceite térmico es la solución más segura y eficiente para estas instalaciones, ya que ofrece numerosas ventajas sobre la otra tecnología disponible, que es el calentamiento por vapor.

Este proceso de calentamiento no solo implica mantener el producto en una temperatura adecuada cuando llega a la terminal, sino también aumentarla ligeramente.

Esto se debe a que, en la mayoría de los casos, la temperatura del producto es lo más baja posible cuando se transporta a la terminal para reducir los costos.

Por lo tanto, debe aumentarse para su almacenamiento con el objetivo de evitar almacenar el producto en tanques cuando es altamente viscoso, ya que las bombas de transferencia necesitarían consumir un alto nivel de potencia para manejar el producto para su distribución.

En caso de no almacenar estos productos a la temperatura adecuada pueden darse problemas como la imposibilidad de transferirlos desde el tanque a otro terminal, o que se lleguen a solidificar en su interior, como puede suceder con el asfalto o el betún.

CALENTAMIENTO DE TANQUES DE ALMACENAMIENTO

Como se mencionó anteriormente, el calentamiento de los tanques de almacenamiento en las terminales portuarias es obligatorio. La mayoría de los hidrocarburos, asfaltos, betunes y fuelóleos pesados ​​requieren temperaturas superiores a la temperatura ambiente para su correcto manejo. Se trata de productos altamente viscosos a temperatura ambiente, por lo que su manejo en estas condiciones es imposible, ya sea para una operación de transporte interno dentro de la terminal, o para distribución exterior.

El sistema de calentamiento que generalmente se adopta dentro de estos tanques es una parrilla o serpentín a través del cual circula el aceite. Este es el sistema más simple. Esta bobina se puede organizar a diferentes alturas para lograr una mejor uniformidad de calentamiento.

El tamaño de estas bobinas debe elegirse adecuadamente para transferir toda la potencia de la caldera de aceite térmico al tanque. Para ello, se deben hacer los cálculos de ingeniería correspondientes que permitan determinar un área de superficie de calentamiento suficiente y un diámetro y longitud para las tuberías. Esta geometría tendrá su propia pérdida de carga o Delta P, que es crucial para el dimensionamiento adecuado de las bombas de aceite térmico y de todo el circuito hidráulico.

La masa que se ha de calentar y el aumento de temperatura requerido deben ser conocidos para un dimensionamiento adecuado de las bobinas de calentamiento y para determinar la potencia de la caldera.

Garantizar la fiabilidad del sistema de calentamiento es imprescindible en este tipo de aplicación, ya que es absolutamente esencial evitar que una gran masa de producto se solidifique dentro del tanque. Por eso es habitual instalar 2 juegos de calderas y 3 bombas en cada instalación. De esta forma siempre hay 1 caldera de repuesto y 2 bombas de repuesto.

En algunas instalaciones también encontramos un calentador de succión, además del serpentín de calentamiento, dentro del tanque para reducir la viscosidad en la zona de succión. Es un intercambiador de boca abierta donde el haz de tubos de aceite térmico está en contacto directo con el fluido a transportar.

El sistema puede diseñarse para el funcionamiento simultáneo o alternativo de ambas calderas. Cualquiera de las 3 bombas puede funcionar con cualquier caldera utilizando un sistema de válvula manual de acuerdo con el esquema que se muestra a continuación:

Calentador Tanque Pirobloc

Tipos de calentamiento

Hay dos tipos básicos de calefacción: directa e indirecta. Como su nombre indica, el calentamiento directo significa que el producto contenido en el tanque está en contacto directo con la fuente de calor, mientras que el calentamiento indirecto implica un fluido intermedio que transporta energía desde el punto donde se produce (el calentador) hasta el tanque, donde luego se transfiere al producto almacenado en el tanque.

Calentamiento directo

El calentamiento directo se lleva a cabo usando resistencias eléctricas que se insertan en el tanque de almacenamiento. Generalmente, se usan tres o cuatro grupos de resistencias, colocados en diferentes puntos en el fondo del tanque.

Es un sistema de calefacción eficiente ya que no hay pérdida entre la fuente de energía (la resistencia) y el producto que se calienta.

Cualquier problema que ocurra con una de las resistencias puede resolverse rápidamente reemplazándola por una nueva. Esta es una operación muy rápida si el tanque está vacío.

Sin embargo, este sistema requiere un alto nivel de energía eléctrica en el área del tanque e implica un consumo de energía muy elevado. Las resistencias instaladas también deben ser para áreas clasificadas.

El alto consumo de energía de un sistema de calentamiento directo hace que esta solución no sea económicamente viable en la mayoría de los casos. Este tipo de sistemas pueden ser adecuados para tanques con una capacidad reducida, o cuando los tanques estén ubicados en zonas en las que sea excesivamente complejo instalar un sistema de calentamiento indirecto.

Calentamiento indirecto

Como se mencionó anteriormente, el calentamiento indirecto se lleva a cabo mediante un circuito de transporte de energía donde el fluido portador de calor fluye desde la fuente de calor (el calentador) al consumidor de calor (los tanques), donde la energía se transfiere a través de bobinas o intercambiadores y luego vuelve al calentador. Durante este proceso no se agrega ni elimina calor entre las paredes fronterizas del sistema, excepto por las pérdidas al medio ambiente, que se minimizan mediante un aislamiento eficiente de la red de tuberías.

El fluido de transporte de energía debe tener unas características específicas para poder realizar su función de transporte de energía con eficiencia y a un coste razonable.

Algunas de estas características necesarias incluyen:

  • Buenas propiedades de transferencia de calor.
  • Buena estabilidad térmica para que puede usarse durante largos períodos de tiempo sin dejar de ser funcionalmente estable.
  • Baja viscosidad en todo el rango de trabajo, particularmente en condiciones de arranque, para evitar un alto consumo de energía.
  • Baja temperatura de solidificación, por lo que el trabajo puede detenerse de forma segura durante períodos prolongados de tiempo.
  • Baja corrosión a los elementos que forman parte del sistema.
  • Técnicamente adecuado para manejar los requisitos específicos del proceso.
  • Baja toxicidad y no dañino para el medio ambiente, de forma que pueda eliminarse fácilmente una vez que se haya agotado su uso.
  • Costos razonables de compra y mantenimiento.
  • Bajo riesgo para el personal y la maquinaria, garantizando la seguridad y evitando altos costos en caso de fuga.

Los fluidos de transferencia de calor más utilizados son el vapor y los llamados fluidos térmicos.

Aunque ningún fluido de transferencia de calor es capaz de cumplir todas las condiciones anteriores perfectamente, los aceites o fluidos térmicos son más eficientes que otros fluidos de transferencia de calor, como el vapor.

Los fluidos térmicos son, con mucho, el mejor medio de transferencia de calor para calentar tanques en terminales portuarias debido a su alto rendimiento técnico, su capacidad de trabajar a altas temperaturas y bajas presiones, su alto nivel de precisión para determinar la temperatura del producto final, y también su versatilidad y flexibilidad.

Una ventaja clave de las instalaciones de fluido térmico como medio de transferencia, en contraste con el vapor, es la ausencia de corrosión, tanto en el calentador como en la instalación, y por lo tanto la ausencia de fugas. Esto permite una producción continua, estable y un mantenimiento simple.

Calentamiento con fluido térmico

El sistema de calentamiento más simple y habitual consiste en una parrilla o una bobina dentro del tanque que hace circular el aceite (Figura 1). Ocasionalmente, particularmente en tanques de gran altura, esta bobina se puede colocar en varios niveles para minimizar el efecto de convección natural del producto, lo que podría generar variaciones en las capas de temperatura.

Calentamiento de tanques en terminales portuariasFigura 1.

1) Bridas de conexión de fluido térmico al tanque. 2) Calentador de succión. 3) Bobina interna. 4 y 5) Circuito general de aceite térmico. 6) Aceite térmico a la bobina. 7) Aceite térmico al calentador de succión.

Por lo general, también hay un calentador de succión (Figura 2) dentro del tanque, independiente de la bobina de calentamiento.

Calentador de succiónFigura 2. Calentador de succión.

Estos calentadores se utilizan para calentar los productos en el área de succión de los tanques de almacenamiento, a fin de reducir su viscosidad en esta área y mantenerlo en estado líquido para que se pueda bombear adecuadamente cuando sea necesario, evitando así un consumo excesivo de energía de la bomba de transferencia.

Son esencialmente intercambiadores de boca abierta en el extremo de la carcasa situada dentro del tanque, lo que permite que una gran proporción del producto pase al haz de tubos a través del cual circula el fluido térmico (Figura 3).

Figura 3

El fluido que circula a través del circuito primario (el haz de tubos) es el fluido térmico, mientras que el producto situado dentro del tanque circula a través del circuito secundario (la carcasa).

El equipo se une mediante una brida principal en el costado del tanque, situada en la parte inferior. El producto calentado que se transportará sale a través de una brida instalada en la carcasa ubicada en el exterior del tanque.

El sistema de calentamiento de fluido térmico está generalmente diseñado con dos calderas de aceite térmico, dada la importancia de asegurar el calentamiento continuado en este tipo de aplicación. Se trata de evitar en todo momento que una enorme masa de producto alcance una alta viscosidad o se solidifique dentro del tanque. Este riesgo es muy elevado con productos como el asfalto o el betún.

Una de las calderas de fluido térmico estará en modo de espera, ya que una única caldera es capaz de producir el 100% del calor necesario. Ocasionalmente, también es posible trabajar con las dos calderas a la vez, ya que el rango de capacidad de una caldera está diseñado para producir entre un 60% y un 70% del calor si así se desea. En ambos casos, las dos calderas seguirán funcionando, por lo que si una de ellas falla, no será necesaria una operación de arranque.

El circuito también contiene tres bombas de recirculación que pueden funcionar con cualquiera de las dos calderas a través de un sistema de válvulas manuales. Hay dos bombas de repuesto en el caso de que una sola caldera sea responsable de toda la producción y una de repuesto en caso de que se opte trabajar con ambas calderas (Figura 4).

Calentamiento de tanques en terminales portuarias

Figura 4

Obviamente, el proyecto involucra todo tipo de cálculos térmicos e hidráulicos para medir correctamente las bobinas e intercambiadores y su superficie de intercambio, así como la red de tuberías de fluido térmico, que es de vital importancia para garantizar que la energía que se transporta a cada uno de los tanques fluya correctamente.

El calentamiento principal también puede producirse por medio de intercambiadores de calor en el exterior del tanque, como si fuesen resistencias de calentamiento directo. En este caso, el producto es aspirado por el calentador de succión y circula a través de estos intercambiadores que están conectados al tanque con bridas. Un sistema de válvulas permite que este último intercambiador suministre el producto directamente para el transporte, si estuviera en condiciones adecuadas, o a un intercambiador externo que lo conduciría al tanque, donde el proceso de calentamiento continuaría hasta el momento deseado. (Figura 5).

Calentamiento de tanques en terminales portuarias

Figura 5

El fluido que circula a través del circuito primario (el haz de tubos) es el aceite térmico, y el producto dentro del tanque circula a través del circuito secundario (la carcasa).

Conclusión

Como hemos comentado anteriormente, las calderas de combustión directa son especialmente adecuadas para operaciones muy específicas, mientras que las calderas de combustión indirecta tienen campos de aplicación muy diversos y variados.

Una caldera de combustión directa está diseñada para una operación específica, con una alta sofisticación técnica, por lo que un cambio sustancial en las especificaciones del producto o de la operación puede hacer que el equipo sea ineficaz para el nuevo proceso.

Por su parte, las calderas de combustión indirecta son mucho más flexibles debido al uso de un fluido intermedio de transmisión de calor. El hecho de que el calor sea suministrado por un equipo independiente y situado en el exterior de los tanques supone una ventaja en este sentido, ya que las variaciones en los procesos o las instalaciones no afecten en gran medida al equipo de calentamiento.

ConceptoCalentador a fuego directoCalentador a fuego indirecto
CombustiblesLíquidos y gaseososLíquidos y gaseosos
PotenciasMuy elevadas (>6000 kW hasta 100000 kW)Medias/altas (<8000 kW)
EficienciaSatisfactoriaSatisfactoria
Necesidades de espacioElevadasNormal
Control de la combustiónMuy elevadaNormal
FlexibilidadPocaMuy elevada
ComplejidadElevadaPoca
AplicacionesEspecíficasPrácticamente todas
Coste económicoMuy elevadoModerado

La ausencia de corrosiones o fugas en el circuito de calentamiento y en la caldera significa que el calentamiento indirecto es una solución de gran eficiencia y altamente confiable. Además, este sistema requiere una baja presión de trabajo, que corresponde exclusivamente a lo necesario para superar la pérdida de carga en el circuito hidráulico, lo cual implica altos niveles de seguridad y flexibilidad, además de una gran precisión en el control de temperatura, independientemente de la configuración que se adopte (bobina o intercambiador externo).

El calentamiento de tanques de almacenamiento en terminales portuarias a través de un sistema de fluido térmico es un sistema que ofrece ventajas indiscutibles.

Calentamiento de tanques en terminales portuariasFigura 6.

1) Calentador de succión. 2) Fluido térmico al calentador de succión. 3) Fluido térmico al intercambiador de calor. 4) Intercambiador de calor. 5) Tuberías desde el calentador de succión al intercambiador de calor. 6) Devolución del producto al tanque. 7) Producto a suministrar. Bomba PO1.

CALENTADOR DE SUCCIÓN

Conceptualmente un calentador de succión es un intercambiador de calor donde el fluido primario es aceite térmico y el secundario es el producto que se quiere mantener a una cierta temperatura.

Nuestros calentadores de succión se suministran con todas las boquillas para la entrada y salida del fluido térmico y del producto que se desea mantener en estado líquido. El soporte para dispositivos grandes se puede suministrar mediante un anclaje a la base del tanque.

Como hemos comentado anteriormente, los calentadores de succión se usan para calentar productos dentro de tanques de almacenamiento, especialmente cuando estos productos son sólidos o semisólidos si alcanzan bajas temperaturas. Para bombearlos y transportarlos adecuadamente, se debe reducir su viscosidad y aumentar la fluidez mediante calentamiento con los calentadores de succión.

El fluido de transferencia de calor que proponemos es el aceite térmico que es calentado mediante una caldera de aceite térmico.

Las aplicaciones más comunes de esta tecnología son para calentar tanques de asfalto, betún, fuelóleo pesado y otros productos.

Características técnicas de un calentador de succión:

• Rango de potencia: 0.1 a 10,000 kW

• Presión máxima permitida: 20 bar.

• Presión de prueba: 30 bar.

• Presión máxima de trabajo: 15 bar.

• Temperatura de funcionamiento: hasta 340 ° C.

• Temperatura de diseño: 350 ° C

• Código de diseño: ASME VIII Div. 1, EN 13445, AD2000

Operación de un calentador de succión

El calentador de succión está unido por una brida principal al costado del tanque. Por lo general, se encuentra en la parte inferior y cerca de la zona de succión del producto. La entrada del fluido térmico se produce en la parte final del interior del tanque, que está abierta para facilitar la entrada del aceite térmico que se utiliza para calentar el producto en el interior del tanque. Una brida colocada en el exterior del tanque es la salida del producto caliente, que se encuentra en un estado adecuado para ser transferido.

El diseño del calentador es un tubo en forma de U de carcasa abierta. Es una viga tubular de tipo horquilla que es fácil de extraer y limpiar. Está hecho de acero de carbono ASTM A 106 Gr B.

La superficie de calentamiento y la potencia se seleccionan adecuadamente para cumplir con los requisitos del proceso. Las variables a tener en cuenta para su configuración son el tipo de producto, la viscosidad, el volumen del tanque y el caudal del producto.



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