Come vengono utilizzati gli scambiatori in PTFE nel raffreddamento dei vapori caldi da un forno di nitrocarburazione a bagno di sale?

La nitrocarburazione in bagno di sale è un processo che forma una superficie dura e resistente all'usura-su oggetti in acciaio inserendoli in un bagno fuso di sali di cianato e carbonato. Questo forno produce gas di scarico caldi, che sono caustici e velenosi e sono altamente carichi di particelle di sale condensabili. Questo flusso di gas tossico può essere raffreddato in modo sicuro utilizzando uno scambiatore di calore in PTFE che recupera calore importante senza corrosione o intasamento.

La questione del trattamento dei gas di scarico dei forni chimicamente impegnativi e della fornitura di un funzionamento affidabile a lungo termine è l'unica preoccupazione del dibattito sulle applicazioni di raffreddamento con nitrocarburazione con bagno di sale con scambiatore in PTFE negli impianti di trattamento termico dei metalli. È qui che entrano in gioco gli scambiatori di calore in PTFE. Offrono la combinazione di una buona inerzia chimica e di una superficie liscia,-antiaderente, che li rende meno soggetti a incrostazioni dovute ai sali condensati.

Scarico nitrocarburante a bagno di sale - Spiegazione
La nitrocarburazione in bagno di sale è un processo per la diffusione di azoto e carbonio nella superficie dell'acciaio utilizzando soluzioni di sali di cianato e carbonato fusi. Durante il funzionamento il forno emette gas di scarico caldi contenenti:

Vapore di cianato

Vapori di carbonato

Condensazioni alcaline

Aerosol salino

Particolato fine

Quando i gas si raffreddano, parte del flusso di vapore si condensa in goccioline liquide e solidi cristallini altamente corrosivi. La condensa attacca rapidamente le superfici metalliche e i sali accumulati ostacolano il movimento del gas, rendendo questo ambiente difficile per i tradizionali scambiatori di calore metallici.

Il flusso di scarico rappresenta quindi allo stesso tempo una doppia sfida di incrostazione e corrosione.

Perché usiamo il PTFE qui
Il PTFE possiede una gamma di caratteristiche che ben si adattano al raffreddamento dei gas di scarico corrosivi.

Resistenza totale alla chimica aggressiva
I vapori condensati creati durante la nitrocarburazione possono essere estremamente alcalini e chimicamente reattivi. Il PTFE generalmente non è influenzato da:

Cianati.

Condensati di carbonato

Soluzioni di lavaggio alcaline

Detergenti – acidi

Aerosol salino con umidità

La resistenza protegge i tubi dello scambiatore dal rapido degrado sperimentato da molte leghe metalliche.

Prestazioni della superficie non-aderente
La proprietà più importante del PTFE nel servizio di raffreddamento degli scarichi è la sua appiccicosità superficiale estremamente bassa.

La superficie piatta del fluoropolimero impedisce l'accumulo di:

Depositi di sale cristallino

Condensati concentrati

Strati di incrostazione semisolidi

Questa proprietà consente un rischio di intasamento molto inferiore rispetto ai tradizionali scambiatori metallici.

Il raffreddatore in PTFE nello stabilimento di trattamento termico-è un polmone robusto e resistente alla corrosione-per uno dei flussi di gas più impegnativi nel trattamento termico.

Come funziona uno scambiatore di calore in PTFE
Nella maggior parte dei sistemi, il gas di scarico corrosivo scorre attraverso il lato mantello dello scambiatore e il mezzo di raffreddamento scorre nei tubi in PTFE.

Raffreddamento a gas lato mantello
Il flusso di gas carico di fumi-viene inizialmente raffreddato e quindi entra nell'involucro dello scambiatore. Quando il gas incontra le superfici più fredde del tubo in PTFE:

Il calore sensibile viene dissipato

I vapori condensabili si raffreddano

Le particelle di sale iniziano a cadere

Crea condensa corrosiva

Il PTFE è chimicamente inerte e consente allo scambiatore di gestire sia la fase gassosa che quella liquida del flusso di processo.

Fluido di raffreddamento lato tubo
Il lato di raffreddamento potrebbe utilizzare:

Acqua riciclata

Acqua di raffreddamento per l'impianto

Sistemi di aria ambiente

Liquidi refrigeranti a base di glicole etilenico-

L'energia termica recuperata può essere successivamente indirizzata verso altre parti dell'impianto.

Vantaggi del recupero del calore
Il sistema di raffreddamento nitrocarburante con scambiatore in PTFE e bagno di sale è di grande utilità per il recupero del calore di scarto.

L’energia recuperata può essere utilizzata per:

Preriscaldamento dell'aria comburente

Riscaldamento dell'acqua di alimentazione della caldaia

Supporto ai sistemi di acqua calda degli impianti

Migliorare l'efficienza complessiva del forno

Diminuzione del consumo di carburante

Dato che i forni di nitrocarburazione funzionano generalmente in modo costante, anche un leggero aumento nel recupero del calore può portare a notevoli riduzioni della domanda energetica dell’impianto.

Evitare incrostazioni e intasamenti
Il controllo delle incrostazioni è fondamentale per i sistemi di scarico carichi di sale-.

Il vantaggio della superficie liscia in PTFE
Gli scambiatori metallici tendono a produrre strati cristallini duri saldamente attaccati alle superfici interne. Riducono l'efficienza del trasferimento di calore e aumentano la caduta di pressione.

Le proprietà anti-aderenti del PTFE riducono la forza di adesione dei depositi e quindi facilitano la rimozione dei residui accumulati durante i cicli di manutenzione.

Sistemi di lavaggio integrati
Le barre di spruzzatura sono installate all'interno del guscio in diverse installazioni. Questi sistemi effettuano periodicamente il lavaggio del lato gas con acqua o trattamenti chimici di pulizia.

La resistenza del PTFE ai prodotti chimici di pulizia severi consente agli operatori di utilizzare soluzioni di lavaggio più forti senza danneggiare i tubi dello scambiatore.

I liquidi detergenti tipici includono:

Detergenti alcalini

Le soluzioni decalcificanti sono acide

Sistemi di scarico dell'acqua.

Detergenti specializzati industriali

I tubi in fluoropolimero rimangono chimicamente stabili durante tutte queste operazioni di manutenzione.

Nota sul processo
Requisiti dell'aria di diluizione a monte dello scambiatore in PTFE
Le temperature dei gas di scarico per la nitrocarburazione grezza sono solitamente comprese tra:

200 gradi e 400 gradi.

Queste temperature superano il limite di funzionamento continuo consigliato del PTFE (~110 gradi).

Questo è il motivo per cui il flusso di gas deve essere raffreddato prima dell'ingresso nello scambiatore di calore in PTFE. Ciò avviene spesso iniettando quantità regolate di aria di diluizione a monte dell'ingresso dello scambiatore.

Un sistema di serranda dell'aria di diluizione viene spesso utilizzato per:

Temperatura del gas in ingresso

Prevenire il surriscaldamento locale

Costante il funzionamento dello scambiatore

Proteggere il gruppo del tubo in PTFE.

La misurazione della temperatura all'ingresso dello scambiatore è considerata vitale per un funzionamento sicuro a lungo termine.

Perché gli scambiatori di metalli spesso falliscono in questo servizio
Nel processo di nitrocarburazione gli impianti di scarico presentano diversi problemi rispetto ai tradizionali scambiatori metallici.

Corrosione della condensa
Molti acciai inossidabili e metalli rivestiti vengono attaccati da sali condensati e soluzioni alcaline.

Adesione al Deposito
I sali cristallini hanno una forte affinità per le superfici metalliche che accelera la formazione di incrostazioni e intasamenti.

Limitazioni della pulizia
Soluzioni detergenti aggressive possono danneggiare il materiale del tubo metallico o il rivestimento protettivo.

Stress da ciclismo termico
Nei componenti metallici esposti a condensati chimicamente attivi, diversi cicli termici migliorano l'accoppiamento tra corrosione e fatica.

Il PTFE supera molte di queste preoccupazioni, non solo in termini di resistenza alla corrosione, ma grazie alla sua inerzia chimica.

Raffreddatori di scarico in PTFE: considerazioni sulla progettazione
Diversi aspetti ingegneristici sono critici nella progettazione degli scambiatori in PTFE per il servizio di scarico dei forni.

Controlli della temperatura
I tubi in fluoropolimero devono essere protetti controllando attentamente la temperatura di ingresso.

Controllo della velocità del gas
Il flusso di gas deve essere sufficiente a prevenire un'eccessiva sedimentazione delle particelle, ma non così elevato da causare un'eccessiva diminuzione della pressione.

Progettazione del drenaggio
I sistemi di drenaggio della condensa dovranno essere progettati in modo da evitare ristagni di liquido nel mantello dello scambiatore.

Accesso per manutenzione
Le porte di accesso e i sistemi di lavaggio consentono una facile pulizia da eventuali accumuli di depositi salini.

Supporti strutturali
La resistenza meccanica del PTFE è inferiore a quella dei metalli, pertanto è essenziale una distanza sufficiente tra i supporti del tubo per evitare vibrazioni o cedimenti.

Riepilogo
Gli scambiatori di calore in PTFE sono soluzioni robuste e a bassa manutenzione per il recupero del calore di scarto-da uno dei flussi di scarico chimicamente più ostili nel settore del trattamento termico dei metalli. Grazie alla sua superficie liscia e antiaderente, il PTFE è in grado di resistere a condensati corrosivi, resistere ai prodotti chimici del cianato e del carbonato e ridurre al minimo le incrostazioni saline, consentendo un raffreddamento affidabile in situazioni in cui molti scambiatori metallici si guastano.

L’energia termica recuperata può essere utilizzata per migliorare l’efficienza dell’impianto preriscaldando l’aria di combustione, riscaldando l’acqua di alimentazione della caldaia e una più ampia integrazione del recupero energetico. Con un adeguato controllo della temperatura in ingresso e una gestione dell'aria di diluizione, gli scambiatori in PTFE funzionano bene anche in caso di utilizzo gravoso in forni di nitrocarburazione.

Con il giusto sistema di materiali fluoropolimerici, gli odierni impianti di trattamento termico possono persino trasformare i gas di scarico nocivi e corrosivi in ​​una fonte di energia redditizia.