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Compensadores FCCU: Introducción

Compensador de dilatación con y sin revestimiento refractario para unidades FCC

Introducción

Los Compensadores utilizados en las unidades FCCU están expuestos a altas temperaturas, altas presiones, condiciones de movimiento grandes y medios muy agresivos y, por lo tanto, se consideran unidades de alta ingeniería y uno de los tipos más críticos y complejos de Compensadores de dilatación fabricados.

El diseño de estos Compensadores es complejo por:

  • Deben ser adecuados para operar a altas temperaturas de proceso
  • Deben ser resistentes a la erosión por catalizador
  • Deben ser resistentes a la corrosión y al agrietamiento por corrosión bajo tensión durante las condiciones de operación y parada
  • Deben asegurar una vida operativa adecuada
  • Deben absorber grandes movimientos
  • Deben garantizar una buena capacidad de resistencia a la presión y una buena flexibilidad

En MACOGA tenemos capacidades avanzadas para diseñar y analizar Compensadores FCCU y todos sus componentes y accesorios que operan a altas temperaturas. Nuestras herramientas de análisis, por ejemplo, análisis por elementos finitos no lineales (FEA) y análisis de transferencia de calor nos permiten analizar componentes complejos.

Con nuestro software CAD mecánico en 3D, nuestros ingenieros diseñan Compensadores FCCU en las mismas condiciones que experimentarán en el mundo real antes de que se construyan. Esta es una herramienta de validación que ayuda a nuestros ingenieros a probar los diseños en las condiciones del mundo real. Esto nos lleva a una mejor calidad de diseño y eficiencia de fabricación, al tiempo que reduce el tiempo de fabricación, los costes y el desperdicio de materiales .

FEA / CFD
Nuestros ingenieros son expertos en el uso de análisis de elementos finitos (FEA) y dinámica de fluidos (CFD) para analizar el rendimiento termomecánico de diferentes tipos de sistemas.

El análisis de tensiones estructurales basado en análisis de elementos finitos (FEA) es una herramienta valiosa en la evaluación y optimización de diseños de productos para sistemas que incluyen tensiones estructurales debido a cargas mecánicas y térmicas.

El uso de FEA / CFD como parte del proceso de diseño de su producto permite realizar pruebas virtuales y optimizar los diseños de manera rápida y rentable. Esto reducirá los costos generales de desarrollo del producto, mejorará el rendimiento del diseño y también le dará a su equipo una mayor comprensión de cómo es probable que el diseño responda a una variedad de condiciones operativas.
Algunas muestras de estudios de FEA / CFD:

  • Diseño / Análisis según estándares ASME, API, PD y UNE
  • Analisis de Stress
  • Análisis termomecánico
  • Transferencia de calor
  • Fatiga
  • Análisis de vibraciones
  • Análisis dinámico
  • Análisis de choque
  • Análisis de resonancia
  • Interacción de estructura fluida acoplada
  • Análisis de climatización HVAC

Los resultados obtenidos en este tipo de análisis se pueden usar para evaluar la seguridad del diseño y predecir la vida útil esperada de los equipos.

La tecnología del FCC involucra Compensadores de dilatación de la más alta tecnología y cada licenciatario de FCC tiene diseños exclusivos para estos componentes. MACOGA ha trabajado con todos los principales licenciatarios de FCC (UOP, Axens, KBR, etc.) y está familiarizado con sus diseños.

Los Compensadores de dilatación FCCU están diseñados de acuerdo con:

  • ASME B 31.3 Appendix X
  • Expansion Joint Manufacturers Association, Inc. (EJMA) Standards

y todos los códigos y especificaciones aplicables de licenciatarios como UOP, KBR, ExxonMobil, Axens, etc.

Tipos

Los Compensadortes de dilatación más comunes utilizados en aplicaciones de FCCU son: Universal atirantados, cardán, hinged y autocompensados (en línea y codo) y se pueden clasificar en tres grupos principales:

  • Pared caliente o "Hot wall"
  • Pared fría o "Cold Wall"
  • Sin recubrimiento o "Unlined"

Las unidades de pared fría (cold wall) están revestidas de material refractario para garantizar que la temperatura de la pared de la carcasa no supere los parámetros permitidos. El revestimiento consta de anclajes de acero inoxidable y un material refractario de alta densidad vibrocast / autonivelante. Incorporan aislamiento interno / empaque hecho de fibra cerámica biosoluble o mantas de sílice, y un sello de revestimiento que se mantiene en su lugar las mantas de aislamiento interno mientras se mantienen las partículas de fluido fuera de la cavidad del fuelle / revestimiento.

Una ventaja importante de lo Compensadores de dilatación de diseño de pared fría es que la tubería está aislada por lo que

funciona por debajo de la temperatura del medio, lo que reduce la dilatación de la tubería y en consecuencia el movimiento del Compensador.

Se incluye un pack de aislamiento para reducir la temperatura. Se incorpora un aislamiento externo para evitar que la temperatura del fuelle caiga por debajo del punto ácido de rocío, la razón principal de la falla prematura del fuelle.

Las unidades de pared caliente o Hot Wall incorporan un revestimiento resistente a la abrasión que incluye malla hexagonal y hormigon o refractario (un hormigón multiusos resistente a la abrasión que puede empaquetarse a mano, fundirse y aplicarse por vibración) como RESCO AA-22. El revestimiento no está diseñado para usarse como una barrera térmica y requiere un secado específico y controlado.

Los Compensadores FCCU sin revestimiento pueden exponerse a temperaturas muy altas, pero generalmente no transportan catalizador, por lo que no requieren un revestimiento resistente a la abrasión. Este tipo se usa generalmente para la entrada y salida de aire y para la transferencia de gases desde el reactor.

Los fuelles

El fuelle, como la parte más crítica del Compensador, puede ser de una sola capa, multicapa, de lámina redundante o reforzada y generalmente incorpora un sistema de alerta temprana (monitoreo activo o pasivo).

Los Compensadores FCCU generalmente incorporan fuelles de 2 capas "2 ply testable" donde cada capa está diseñada para las condiciones de funcionamiento completas. Si se desarrolla un agujero o una grieta en la capa interna durante el servicio, la capa externa se hace cargo sin exponer a los operadores a un mayor riesgo o crear la necesidad de una parada no programada.

El sistema de fuelle "2 ply testable" mejora la fiabilidad y hace que el Compensador de dilatación sea más fácil de mantener.

Fuelles monitorizados

Se puede monitorizar el espacio entre capas para detectar fugas y para detectar un fallo en las láminas. Esto servirá como aviso de un problema inminente. Un dispositivo de presión en la capa externa alerta sobre un fallo en la capa interna. El fuelle "2 ply testable" también permite a los inspectores probar a presión las capas internas y externas durante las paradas. Existen varios tipos de dispositivos utilizados para monitorear los fuelles "2 ply testable", desde medidores de presión simples hasta dispositivos electrónicos, y pueden clasificarse como Monitores activos y pasivos.

Monitor pasivo: cuando falla la capa interna, el monitor se activa por la presión entre las capas.

Monitor activo: el monitor activo puede detectar fallos de capas internas y externas. Se crea un vacío entre la capa interna y externa antes de instalar el dispositivo de minitorización. Si la capa interna falla, la presión entre las capas activará el dispositivo y si la capa externa falla, el vacío se perderá y el dispositivo se activará.

Packed bellows

Los fuelles FCCU generalmente se empaquetan interna y externamente con mantas de cerámica y el espacio entre el manguito y el cuerpo se llena con una manguera trenzada de metal conectada al manguito mediante pasadores. El grosor de las mantas se determina siguiendo los cálculos de transferencia de calor para asegurar la temperatura del fuelle 200

Para evitar que el polvo entre en la cavidad del fuelle, ya que el catalizador puede solidificarse y dañar el fuelle o restringir la capacidad de movimiento, se utilizan fuelles "packed" o purgados. El más frecuente es el fuelle "packed". Los fuelles purgados no se usan tan comúnmente hoy en día.

Self-equalizing rings

Se usan comúnmente en los Compensadores FCCU para evitar que las ondas entren en contacto entre sí, lo que garantiza una distribución de compresión uniforme.

Los anillos distribuyen el movimientos entre todas las ondas y evitan que los fuelles se desvíen demasiado y que se concentren los esfuerzos y movimientos en una o pocas ondas.

También proporcionan una capacidad de refuerzo de presión cuando es necesario.

 

Selección de materiales

Fuelles monitorizados

El material para fuelles para la mayoría de las aplicaciones de FCCU es Inconel 625LCF. La aleación INCONEL® 625LCF (UNS N06626 / W. Nr. 2.4856) se desarrolló como una versión resistente a la fatiga de la aleación INCONEL 625.

La vida, en cuanto a su fatiga, de la aleación 625LCF puede ser hasta 100 veces mayor que la de la aleación convencional 625. Esto puede dar como resultado una vida útil mucho mejor que la de los productos convencionales de aleación 625.

Inconel 625LCF es el mejor material disponible comercialmente para fuelles FCCU. Este material proporciona una excelente resistencia al agrietamiento por corrosión bajo tensión, muy buena resistencia a la corrosión general a altas y bajas temperaturas y muy buenas propiedades mecánicas, incluidas propiedades de fatiga.

Algunas especificaciones requieren que el fuelle sea tratado térmicamente o "solution annealed" después de conformarse.

Tuberías

Las tuberías para los Compensadores en los sistemas "Hot Wall" donde las temperaturas de operación son superiores a 600 ° C, están fabricadas en acero inoxidable Tipo 304 o 321 H SS. Para ambos materiales, el contenido de carbono a menudo está restringido a 0.4

En los sistemas de tuberías "Hot Wall" donde las temperaturas máximas de operación son 500 <600 ° C, se utilizan aceros de baja aleación como 1.25 Cr - 0.5 Mo.

En sistemas de tuberías "Cold Wall" donde la temperatura máxima de operación es de 343 ° C, acero al carbono como ASTM A 516 Gr. 70 se utiliza. No se aplican requisitos especiales.

 

Refractario: materiales e instalación

El material refractario es un elemento importante de todos los componentes de la FCC. Sin una instalación adecuada del material refractario, la unidad de proceso se arriesga a una costosa parada no programada. Los Compensadores de la unidad FCC están diseñados con una pared caliente (aislamiento externo) o una pared fría (material aislante interno). Las partes internas que están expuestas a la erosión del catalizador están protegidas con refractario resistente a la abrasión.

En general, todos estos revestimientos críticos se diseñan e instalan de acuerdo con las especificaciones más actualizadas y exigentes para refractarios de los licenciatarios como UOP serie 3, ExxonMobil Research and Engineering EMRE Gp, KBR y API 936 o especificaciones propias.

Los revestimientos refractarios aislantes o resistentes a la abrasión pueden instalarse mediante casrting, gunning (aplicación neumática), colocación manual o apisonamiento neumático. La instalación refractaria resistente a la abrasión implica varias actividades críticas como el sistema de anclaje (hexmesh o equivalente), control de calidad de materiales, precalificación, aplicación y secado por calor. Es muy importante que todas las actividades de instalación refractaria se controlen cuidadosamente durante todo el proceso para garantizar un buen control de calidad a través de un buen método con planos, selección de materiales, frecuencia de pruebas, sistemas de instalación y curva de secado, etc.

Elementos externos

Las juntas de la unidad FCCU generalmente se ajustan a diferentes tipos de hardware externo. Los más utilizados son:

  • Tirantes de control
  • Sistemas pantográficos
  • Slotted hinged y barra central de pantógrafo
  • Cardán central

Tirantes de conrtol

Se utilizan para controlar y limitar el movimiento de los fuelles. Dispositivos, generalmente en forma de varillas (mínimo 30 mm de diámetro), unidos al conjunto del Compensador cuya función principal es restringir los movimientos del fuelle (axial, lateral y angular) durante el funcionamiento normal. Habitualmente se proporcionan cuatro barras de control en cada fuelle. Las barras están igualmente espaciadas circunferencialmente. Las barras de control no están diseñadas para restringir el empuje generado por la presión.

Sistema pantográfico

En los Compensadores universales, los enlaces pantográficos aseguran que cada fuelle absorba exactamente la mitad de los movimientos totales del fuelle.
En caso de instalación vertical o inclinada, la función del enlace del pantógrafo también es soportar el peso de la tubería de conexión de los dos fuelles, incluidos el refractario y el peso de la parte central. El sistema de articulación pantográfica no está diseñado para restringir el empuje generado por la presión.

Slotted hinged y barra central de pantógrafo

Los "slotted hinges" o bisagras ranuradas instaladas en una junta de expansión universal aseguran que cada fuelle absorba el mismo movimiento axial. En el caso de la instalación horizontal, los "slotted hinges" también soportan el peso del tubo de conexión de los dos fuelles, incluidos el refractario y el peso medio.

Una barra central del pantógrafo que no sea la misma función de la bisagra ranurada, en caso de instalación vertical o inclinada, puede soportar un componente del peso del tubo de conexión de los dos fuelles, incluido el refractario y el peso de la parte central. Una barra central del pantógrafo siempre se ensambla con el enlace del pantógrafo.

Gimbal central

Se debe instalar un sistema de cardán central en Compensadores universales sin tirantes, donde se monta un sistema de pantógrafo y si el movimiento lateral requerido fuera del plano es más de 10 mm.

La función principal del cardán central es, en presencia del pantógrafo, permitir grandes movimientos laterales fuera del plano. El cardán central también está diseñado para soportar el peso de la tubería de conexión de los dos fuelles, incluidos el refractario y el peso de la parte central.

 

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