Come vengono utilizzati gli scambiatori di calore in PTFE nel recupero del calore dall'acqua di raffreddamento calda e corrosiva?

Quando l'acciaio rovente-viene immerso in una vasca di raffreddamento, si verifica un enorme rilascio di energia termica nell'acqua di raffreddamento. Il vapore fuoriesce dalla superficie del serbatoio e il liquido rimanente si trasforma gradualmente in una miscela chimicamente ostile di metalli disciolti, sostanze chimiche acide e scaglie abrasive. Una questione ingegneristica chiave è recuperare il calore da questo flusso ostile, perché gli scambiatori di calore metallici convenzionali si corrodono presto, si sporcano o si frantumano in un funzionamento costante. Gli scambiatori di calore in PTFE si sono evoluti come un'alternativa molto valida, sopravvivendo all'ambiente corrosivo e trasformando il calore di scarto in energia di processo utilizzabile.

Di conseguenza, il sistema di raffreddamento ad acqua calda corrosiva dello scambiatore in PTFE sta diventando sempre più importante nelle acciaierie, negli impianti di forgiatura e negli impianti di trattamento termico industriale con l'obiettivo dell'efficienza energetica e di migliori prestazioni ambientali.

La natura dell'acqua di raffreddamento nella lavorazione dell'acciaio
L'acqua di raffreddamento è molto più aggressiva della normale acqua di raffreddamento industriale. Nei successivi cicli termici il liquido raccoglie una complessa miscela di impurità provenienti dai processi di produzione dell'acciaio.

Componenti comuni dell'acqua di raffreddamento
L’acqua in circolazione può contenere:

Ossidi di ferro disciolti

Particelle di scaglie di laminazione

Cloruri

Accumulo di carbonio-

Metalli disciolti

Sostanze acide

In alcuni impianti, il sistema di raffreddamento potrebbe raccogliere tracce di acido cloridrico dalle operazioni di decapaggio a monte. Anche in assenza di inquinamento acido diretto, l’anidride carbonica disciolta può generare acido carbonico debole nell’acqua, riducendo il pH e aumentando la corrosione nei tipici scambiatori di calore metallici.

La temperatura sarà generalmente compresa tra 50 e 90 gradi, ben entro i limiti operativi termici dei tubi dello scambiatore di calore in PTFE.

Scambiatori di calore in metallo Perché non riescono a raffreddare il servizio dell'acqua
Le applicazioni con acqua di raffreddamento calda possono causare un rapido deterioramento degli scambiatori di calore a fascio tubiero-e-convenzionali realizzati in acciaio al carbonio o acciaio inossidabile.

Sollecitazioni chimiche e meccaniche combinate
Il flusso di processo prende di mira gli scambiatori metallici con vari metodi contemporaneamente:

Fattore di stress Effetto sugli scambiatori metallici
Corrosione, vaiolatura Chimica acida
Cracking da corrosione da stress da contaminazione da cloruro
Graniglia di scaglie di mulinoDanno da erosione
Rottura per fatica Shock termico
Ossidazione e incrostazioni Esposizione all'ossigeno
Una delle condizioni di servizio più difficili è il trattamento termico industriale, che combina gli effetti del calore, delle particelle sospese e della chimica acida.

In un'acciaieria, i rifiuti caldi e corrosivi che prima finivano in discarica sono ora una risorsa, ma solo se il materiale scambiatore può durare abbastanza a lungo da catturare con successo l'energia disponibile.

Perché il PTFE è una buona scelta per l'acqua di raffreddamento corrosiva La combinazione unica di resistenza chimica, stabilità termica e qualità superficiali del PTFE lo rendono particolarmente adatto per questa applicazione.

Resistenza all'acqua acida
Il tubo in PTFE è quasi immune a:

Inquinamento da acido cloridrico

Acido carbonico H2CO3

Acqua ricca di cloruro

Sali metallici in soluzione

A differenza dei materiali metallici, il PTFE non si ossida, non si ossida né si corrode con la costante esposizione all'acqua di processo acida.

Superficie anti-incrostazione e-antiaderente
Le incrostazioni non vogliono aderire alla superficie liscia del fluoropolimero." Le incrostazioni sospese e i detriti di ossido di ferro avrebbero una minore tendenza ad aderire fortemente alla parete del tubo.

Questa natura anti-aderente aiuta a ridurre:

Deposito di incrostazioni

Aumento della caduta di pressione

Deterioramento del trasferimento di calore

Quanto spesso dovrei pulire?

La filtrazione a monte è ancora importante, poiché le grandi particelle abrasive possono comunque causare usura se lasciate circolare liberamente.

Resistenza agli shock termici migliorata dalla flessibilità
Il sistema di raffreddamento subisce rapidi cambiamenti di temperatura quando l'acciaio caldo viene inserito in modo intermittente nel bagno. Il tubo in PTFE è sufficientemente flessibile per adattarsi all'espansione e alla contrazione del calore, evitando così i problemi di fessurazione associati ai sistemi metallici duri.

Funzionamento con acqua di raffreddamento calda corrosiva dello scambiatore in PTFE
In un'installazione tipica, l'acqua di raffreddamento calda viene fatta circolare attraverso il lato mantello o il lato tubi di uno scambiatore a fascio tubiero in PTFE mentre un circuito separato di acqua pulita assorbe il calore recuperato.

Processo di recupero del calore
L'energia termica prelevata dall'acqua di raffreddamento può quindi essere riutilizzata per:

Preriscaldamento dell'acqua di reintegro della caldaia-

Riscaldamento dei bagni di processo

Impianti di riscaldamento degli edifici

Preriscaldamento dell'acqua di lavaggio

Carichi di riscaldamento industriale, ausiliari

Questo recupero a circuito chiuso impedisce il trasferimento della contaminazione e consente un significativo riutilizzo dell'energia all'interno della struttura.

Le prestazioni del sistema ad acqua calda di raffreddamento corrosiva dello scambiatore in PTFE dipendono dal mantenimento di un adeguato trasferimento di calore con incrostazioni e restrizioni idrauliche minime.

L'importanza della rimozione del calcare davanti allo scambiatore
Il PTFE resiste abbastanza bene alle incrostazioni, tuttavia i materiali in sospensione di grandi dimensioni devono essere eliminati prima di entrare nello scambiatore.

Vasche di decantazione, filtri
Nella maggior parte delle installazioni si ritiene necessario un serbatoio di decantazione o un filtro a monte.

I sistemi rimuovono:

Grandi pezzi di scaglie di laminazione

Particelle di ossido ferrico pesante

Detriti metallici

Particelle abrasive

Se non pre-filtrato, un carico eccessivo di particelle può:

Limitare i percorsi del flusso

Aumentare il rischio di erosione

Minore efficienza di trasferimento del calore

Aumento delle esigenze di manutenzione

Una buona gestione dei solidi allunga notevolmente la vita utile degli scambiatori.

Prestazioni termiche e progettazione del sistema
A causa della minore conduttività termica del PTFE rispetto ai metalli, è necessaria una progettazione intelligente dello scambiatore per ottenere prestazioni adeguate di trasferimento del calore.

Come i designer rimediano
Le prestazioni sono generalmente migliorate da:

Maggiore superficie del tubo

Tubazioni a parete sottile

Aumento della turbolenza del fluido

Configurazioni-multipassaggio

Velocità del flusso ottimizzate

La ridotta conduttività del PTFE è mitigata dalle temperature di processo relativamente elevate nelle applicazioni con acqua di raffreddamento, producendo una grande differenza di temperatura sulla superficie dello scambiatore.

Nota economica: rapido ammortamento con recupero energetico
Il recupero del calore di scarto dall’acqua di raffreddamento può portare a notevoli risparmi operativi per gli impianti di trattamento termico e dell’acciaio ad alta intensità energetica.

Risparmio nel consumo di carburante
"Riduce direttamente la domanda di calore recuperato:

Caldaia a gas

Sistemi di generazione del vapore

Apparecchiature per il riscaldamento di processo.

In molti impianti lo scambiatore cattura continuamente energia termica che altrimenti verrebbe rilasciata nelle torri di raffreddamento o nei sistemi di acque reflue.

Benefici economici comuni
I benefici economici possono riguardare:

Minore consumo di carburante

Riduzione dei costi operativi della caldaia

Minori emissioni di gas serra

Meno necessità di acqua di raffreddamento

Aumento dell’efficienza complessiva dell’impianto

I sistemi di quench spesso funzionano costantemente e la quantità di energia recuperata può essere elevata. In molte circostanze il periodo di ammortamento di uno scambiatore di recupero di calore in PTFE può essere completato in un tempo ragionevolmente breve grazie al solo risparmio di carburante.

Vantaggi della lavorazione sostenibile dell’acciaio
Tradizionalmente la produzione dell’acciaio e il trattamento termico sono attività ad alto consumo energetico con elevate perdite termiche. Il recupero del calore dall’acqua di raffreddamento migliora l’efficienza energetica complessiva e riduce l’impatto ambientale.

Riduzione dei rifiuti termici
L'energia recuperata viene utilizzata in modo efficace altrove nell'impianto, invece di scaricare il calore nell'atmosfera o nei sistemi delle acque reflue.

Questo produce:

Maggiore sostenibilità del processo

Riduzione delle emissioni di carbonio

Richiesta di energia ridotta

Maggiore efficienza termica

La resistenza alla corrosione del PTFE tollera l'aggressività chimica delle circostanze di servizio, mantenendo questo metodo di recupero economicamente sostenibile.

Conclusione
Gli scambiatori di calore in PTFE hanno fornito una soluzione fattibile per il recupero energetico da uno dei flussi di rifiuti più ostili nell'industria siderurgica. I sistemi di scambiatori in PTFE resistono all'acqua di raffreddamento acida e ricca di cloruri-, tollerano le particelle di calcare sospese e lo shock termico e convertono i rifiuti di processo corrosivi in ​​una risorsa termica redditizia.

Nelle acciaierie e negli impianti di trattamento termico, l'uso di un sistema di raffreddamento ad acqua calda corrosiva con scambiatore in PTFE aiuta a ridurre al minimo il consumo di carburante, migliorare l'efficienza energetica e recuperare il calore che altrimenti andrebbe sprecato. Gli scambiatori in fluoropolimero, se utilizzati insieme alla rimozione delle incrostazioni a monte e ad un'adeguata progettazione idraulica, possono fornire un funzionamento affidabile in condizioni che degradano rapidamente le apparecchiature metalliche convenzionali.

La scelta di materiali in grado di resistere agli ambienti chimici più aggressivi sta diventando sempre più importante per il recupero energetico e la valorizzazione ambientale dei processi termici industriali. In molte circostanze il fluoropolimero adatto raggiunge entrambi gli obiettivi contemporaneamente.