Limpeza lateral do casco e do tubo: métodos, equipamentos e melhores práticas

Como limpar o lado da casca e o lado do tubo dos trocadores de calor: um guia de campo de manutenção

Um casco e tubo de tubo que operado com eficiência máxima de transferência de calor seis meses atrás poderia estar custando sua instalação milhares de dólares em excesso de energia despesas de calor ea causa está sujando mais de 991TP3 T do tempo Os depósitos acumulam-se tanto no lado do tubo e do lado do casco, mas cada zona de acúmulo tem um desafio de limpeza diferente Este artigo separa procedimentos de limpeza comprovados para ambos os lados, avalia como eles diferem, e ilustra os trade-offs e critérios de seleção que os operadores de manutenção em refinarias, fábricas de produtos químicos, e casas de força aplicam no campo.

Esteja você limpando depósitos de carbonato de cálcio dentro dos tubos ou acúmulo de hidrocarbonetos ao redor das placas defletoras laterais da carcaça, o tipo de limpeza que você usa afeta a quantidade de transferência de calor que você usa e a rapidez com que seu trocador de calor retorna às condições operacionais.

Por que a incrustação lateral da concha e do tubo é um problema de bilhões de dólares

A limpeza do trocador de calor de tubos de casco não é uma parte de reflexão tardia da planta e dos custos de propriedade da planta. Quando os depósitos se acumulam nos tubos do trocador de calor ou nos defletores laterais do casco, a resistência à transferência de calor aumenta, a queda de pressão aumenta e a unidade se degrada em direção ao modo de redução.

Dados do Departamento de Energia dos EUA compilados no Laboratório Nacional de Oak Ridge estima que a incrustação incorrida apenas pela indústria americana seja de centenas de dólares anuais em combustíveis consumidos, eventos de manutenção destituídos, perda de rendimento e redução da produção. Muller-Steinhagen estima o impacto em cerca de 0,25% dos PIBs nas economias desenvolvidas, ou mais $4,4 bilhões nos mercados coletivos dos Estados Unidos, Reino Unido, Alemanha e Japão.

O custo do dano divide as categorias. Escalonamento mineral, crescimento biológico, depósito arrastado nos tubos laterais do tubo fouling limitado do lado do tubo e isola as superfícies de transferência térmica do coque de hidrocarbonetos, depósitos de corrosão, ou sedimentos arrastados entre placas defletoras shell lado fouling menos óbvio, e tende a causar mais dano porque o lado é uma peça mais difícil de abrir do equipamento.

Shell Side vs Tube Side O que torna cada desafio de limpeza diferente

Antes de escolher uma técnica de limpeza, os operadores devem reconhecer como o lado da casca e o lado do tubo de um trocador de calor de casco e tubo diferem fundamentalmente Os canais de aquecimento e resfriamento no lado do tubo são bem separados pela estrutura do tubo, evitando o acúmulo de depósitos intermediários quando devidamente limpos Por outro lado, um lado da casca arredonda a parte externa dos tubos, curvaturas aceleradoras de fluxo e lacunas defletoras, enroladas em um caminho serpentino que dificulta o acesso e limita a intensidade de limpeza.

Sua escolha de configuração (tubesheet fixo), cabeça flutuante ou tubo em U influenciará os métodos de limpeza disponíveis Um design de pacote despojado permite que os operadores removam o feixe de tubos e limpem ambos os lados externamente Os tubos fixos mantêm os internos do lado da concha As equipes só podem confiar na circulação química ou no kit robótico especializado para incrustação sem desmontagem.

Métodos de limpeza lateral do tubo químicos, mecânicos e automatizados

a limpeza do tubo do trocador de calor geralmente se enquadra em uma das três categorias, cada uma adequada para diferentes tipos de depósito, materiais de tubo e cronogramas de retorno Para fazer a escolha certa, compreenda o que está sujando o interior de seus tubos, quão tenaz é o depósito e quão rápido você precisa de sua unidade de volta ao serviço.

Limpeza Química

a limpeza química circula é bombear uma solução ácida, solução alcalina ou solvente através do lado do tubo para remover depósitos sem contato físico Os produtos químicos bem conhecidos incluem ácido clorídrico (HCl) para incrustação mineral, hidróxido de sódio (NaOH) para incrustação orgânica e ácido cítrico para incrustação de água leve em tubos trocadores de calor de aço inoxidável A limpeza leva de 4 a 24 horas, dependendo da ação de depósito necessária e do volume de produto químico usado.

O processo de limpeza ácida mesmo durante estudos de controle de corrosão (ScienceDirect) faz com que mantenha os inibidores fluindo para que o material do tubo não suje o material do tubo Particularmente no caso de tubos trocadores de aços inoxidáveis, a presença de cloretos em produtos químicos desencadeia tensão corrosão rachadura (cracking) uma eventual falha que não pode ser vista até que seu tubo exploda.

Limpeza Mecânica

As limpezas mecânicas dos tubos do trocador de calor implicam o deslocamento físico da incrustação usando escovas de arame, raspadores ou limpadores do tipo broca inseridos através de cada furo do tubo Um operador empurra a ferramenta através de cada tubo individualmente, dando resultados impressionantes na incrustação de hardita e incrustação de cálcio ou biológica que não sucumbirá ao produto químico.

Ao sujar a limpeza em lote, uma técnica chamada hidrojateamento, também chamada de hidro jateamento, é usada para impulsionar água em alta pressão de até 40.000 PSI através de uma lança e bico. Os jatos removem incrustações do interior do tubo sem o uso químico exigido com lavagem ácida. Unidades multi-lanças semiautomáticas limparão três para um mais rápido do que a punção manual com unidades de lança única com base nas especificações do equipamento dos fabricantes de limpeza.

Sistemas Automatizados de Limpeza de Tubos

Os sistemas automatizados de limpeza de tubos de calor usam várias unidades de trocador de lança múltipla 1, 2, três, 1, 1, 1, 1, 1, 1, 1, 1, 1, 1, 1, 1, 1, 1, 1, 1, 1, 1, 1, 1, 1, 1, 1, 1, 1, 0,00, 0,00, 0,00, 0,0, 0, 0,0, 0,0, 0,0, 0,00, 0,00, 0,00, 00,0,00, 00,0, 0,0,0, 00,0,0, 0,0,0, limpador de feixe lateral do tubo protege os operadores da exposição de alta pressão da água e aumenta a velocidade de limpeza em qualquer lugar de 50-751TP3 T sobre sistemas manuais de lança única.

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  Assegure o material do tubo (a sanidade verifica a tabela das especificações para classes do aço carbono, do aço inoxidável, e do aço de liga)
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  Verifique a espessura da parede do tubo (medição U-T) antes do hidrojateamento acima de 20.000 PSI.
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  Sempre bloqueie e sangre o processo durante o acesso à cabeça do canal.
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  Use o equipamento de operação correto, com pressão de operação nominal nunca superior à classificação PSI do bocal

Métodos de limpeza lateral da concha, do CIP ao jato robótico

o lado da concha é a metade mais desafiadora de qualquer trabalho de limpeza do trocador de calor A geometria do lado da concha (tubos de limpeza do) embalados em fileiras com placas defletoras a cada 6 a 24 polegadas (celeiro) cria zonas mortas onde a incrustação é coletada e os dispositivos de limpeza convencionais não conseguem alcançar Três abordagens principais abordam esse desafio, cada uma com requisitos de acesso variados e eficiência de remoção de incrustações.

Circulação Química (CIP)

Clean-in-place (CIP) circula soluções químicas até o lado do casco sem remover o feixe de tubos Uma bomba aciona a limpeza química (frequentemente uma solução de limpeza) cáustica ou ácida através da entrada do casco, ao redor dos defletores e para fora da linha de descarga Esta abordagem é melhor usada depósitos solúveis, como incrustações leves ou incrustações biológicas Para trocadores de folhas de tubos fixos nos quais o feixe não pode ser extraído, o CIP pode ser a única opção prática para a limpeza do lado do casco.

Alcance é onde CIP falha As soluções químicas seguem o caminho de menor resistência, o que significa que zonas densamente sujas entre defletores bem espaçados tendem a receber má circulação Os operadores devem calibrar cuidadosamente a vazão, a temperatura e o tempo de imersão para garantir que os contatos químicos todas as superfícies sujas descarte os produtos químicos usados de acordo com as regulamentações ambientais locais, embora a maioria das soluções ácidas e cáusticas exija neutralização antes da descarga.

Jateamento de água de alta pressão

Quando o feixe de tubos é removível, a limpeza por explosão de água de alta pressão tem como alvo o lado do casco do lado de fora Um operador direciona jatos de água entre fileiras de tubos por meio de uma lança portátil ou de um carro de bico estacionário As pressões de operação normalmente variam de 10.000 a 25.000 PSI com volumes de água corrente de 10-100 galões por minuto.

O jateamento de água tradicional do lado da concha tem uma séria desvantagem: as placas defletoras e as lacunas tubo a tubo bem compactadas limitam a profundidade com que os jatos de água podem penetrar no feixe Os relatórios de campo indicam que o jateamento convencional do lado da concha normalmente remove apenas 30-50% de incrustações das linhas internas, com base em dados de Energy Focus (investigação EIC Horizonte 2020).

Jetting lateral robótico e automatizado

Os sistemas de limpeza lateral de conchas de última geração empregam lanças robóticas que passam entre fileiras de tubos tão estreitas quanto seis milímetros Esses sistemas fornecem jatos de água direcionados a uma pressão predefinida, enquanto a lança se agarra autonomamente em torno de defletores e tirantes. Resultados: 90%+ garantiu a remoção de incrustações em relação aos 30-50% típicos de jateamento manual usando apenas dois galões por minuto em comparação com os cem galões por minuto consumidos pelo jateamento tradicional.

Durante cada viagem de limpeza, a lança robótica pode detectar bloqueios, tubos defeituosos e defletores desalinhados, fornecendo um relatório de inspeção detalhado com mapas de calor, imagens de antes e depois e medições de distância do defletor Este duplo propósito de limpeza mais inspeção erradica a necessidade de uma etapa de inspeção lateral do shell separada.

Como escolher o método de limpeza certo para o trocador de calor

Em última análise, nenhuma técnica de limpeza é apropriada para todos os trocadores de calor. Quatro fatores influenciam a escolha: a incrustação que está sendo limpa (incrustação, acúmulo orgânico, produtos de corrosão), o material do tubo (aço carbono, aço inoxidável, cobre, titânio), a configuração do trocador (folha de tubo fixa ou feixe removível) e o tempo permitido de desligamento.

Nossa equipe sugere a necessidade de um processo de decisão em quatro etapas para escolher o melhor processo de limpeza:

1. Amostra o depósito (puxar um tubo ou lado do invólucro) para determinar a composição da incrustação antes de puxar um produto químico de limpeza ou verificar o método.
2. Verifique a boa compatibilidade do material do tubo Verifique se o material do tubo pode suportar o produto químico de limpeza. Para HCl com inibidor, o aço carbono pode suportar; cs dois devem usar ácido cítrico ou ácido sulfúrico em vez de evitar rachaduras por corrosão sob tensão por cloreto.
3. A folha de tubos fixa com configuração de trocador mais avaliada limita você à limpeza química e equipamento de limpeza de feixe de tubos ao nível in situ, enquanto o feixe removível permite possibilidades mecânicas e de hidrojateamento.
4. Pese o tempo de inatividade versus custo A limpeza química do pacote pode levar mais tempo, mas evite a demorada tração. O hidrojateamento é mais rápido, mas precisa de um guindaste e área de disposição. Inclua o preço de produção perdido por hora de inatividade.

Manutenção preventiva Manter os trocadores de conchas e tubos limpos por mais tempo

O programa de manutenção do trocador de calor de casco e tubo é mais do que apenas uma limpeza reacionária Um regime preventivo bem estabelecido é estender intervalos, evitando desligamentos de emergência e salvaguardando o desempenho do trocador de calor apropriado durante sua vida útil alocada. É manter do que a prevenção da incrustação em si é uma ideia muito mais lucrativa.

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  Mensalmente: Monitore os diferenciais de temperatura de entrada/saída e a queda de pressão nos lados do casco e do tubo. Um aumento da queda de pressão sinaliza o acúmulo de incrustações antes que o desempenho térmico se degrade visivelmente
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  Trimestralmente: Inspecione as vedações das juntas quanto a vazamentos e mesmo pequenos vazamentos introduzem contaminantes que aceleram a sujidade do tubo e a corrosão
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  Semestralmente: Amostra e teste de química da água de resfriamento (programa de tratamento de água com ajuste) (inibidores de corrosão, biocidas, anti-incrustantes, controle de pH) com base nos resultados
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  Anualmente ou na recuperação: Abrir cabeças de canal para inspeção visual lateral do tubo; puxe o feixe (se removível) para avaliação de incrustações laterais do casco e limpeza periódica
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  Em andamento: Instale filtros de entrada ou filtração a montante do lado do tubo para evitar incrustações de partículas antes que elas entrem no trocador

O tratamento da água reduz a incrustação a um mínimo em ambos os lados da mudança No lado da água de resfriamento, a dosagem correta de biocida evitará incrustações biológicas No lado do processo, manter velocidades corretas do fluido maiores do que as velocidades mínimas de projeto eliminará a arpente e o acúmulo residual nas superfícies dos tubos.

Além disso, o uso de produtos químicos antiescalentes reduz bastante o acúmulo de depósitos minerais.

Estudos de caso, resultados de limpeza lateral do Tube-World Shell e do Tube

A teoria é agradável, mas os resultados de campo provam tudo Duas histórias de casos revelam eficácia de várias técnicas de limpeza, melhores taxas de transferência de calor, leituras de pressão diferencial e redução de retorno de feixe.

Perguntas frequentes