3 replies to this topic

[MIAG]

Estimados,

Estoy estudiando el diseño de un circuito cerrado de calentamiento de Trietilenglicol/ agua (48/52%wt)con WHRUs -waste heat recovery units-. El sistema cuenta con un tanque de expansión, el cual está provisto con blanketing de nitrógeno (0.5%v de oxigeno).

Necesito estimar la cantidad de nitrógeno y oxigeno que se solubilizan en el glicol? Las condiciones de operación del tanque son: 15barg y 150ºC y el volumen es 15m3. Cualquier pista sobre como resolver el problema es bienvenida ya que no he podido encontrar data de solubilidad en Trietilenglicol.

Adjunto un esquema simplificado del sistema  Document12.pdf   16.27KB   6 downloads. Por favor indicar si es necesario que aporte más información.

Muchas gracias de antemano.

MIAG

Edited by MIAG, 07 January 2011 - 11:30 AM.

[Art Montemayor]

MIAG:

No hay razón ninguna para preocuparte con la cantidad de nitrógeno que se disuelve en la solución de glicol. Esto va suceder, por supuesto; pero no existe ningún peligro o percance que moleste el proceso de recoger calor y distribuirlo – cosa que es lo que el sistema debe cumplir. Opino que estas preocupándote por algo que no va ser de importancia sobre el funcionamiento del sistema.

El circuito de solución de glicol está cerrado – completamente y herméticamente. Estos sistemas de recuperación y distribución de calor son comunes y corrientes en la industria y no veo la razón por la cual tienes que diseñar – y mucho menos mantener – el sistema de la solución de glicol a 15 barg y 150 ºC. Mucho quisiera que nos expliques el porqué necesitas diseñar para esta presión. La transferencia de calor que necesitas se puede efectuar igualmente a una presión de solución de glicol muchísima mas baja.

Lo que si te debe preocupar es la perdida de solucion de glicol - si es que ocurre una fuga de la misma. Por eso te recomiendo que instales una indicacion de nivel en el tanque de expansion, conjuntamente con una alarma de bajo nivel y una valvula de alimentacion de solucion. Si el sistema se agota de solucion el serpentin en el calentador puede sobre-calentarse y fundirse - dependiendo de la temperatura de los gases calientes. Si son gases del escape de una turbina, esto es posible.

Adjunto te envío tu croquis con mis comentarios. Notaras que tuve que dibujar el croquis de nuevo porque tu copia de Adobe no sirve para prestar comentarios. Los dibujos hechos en un spreadsheet son mucho más útiles y prácticos para nosotros los ingenieros porque se puede agregar, modificar, comentar, y calcular a la vez en el mismo worksheet.

Ojala he logrado explicarte lo que es de importancia en este tipo de aplicación.

Saludos.

Attached Files

•  Tanque de Expansion en Sistema de Calefacion.xlsx   64.31KB   18 downloads

[MIAG]

Estimado Art,

Muchas gracias por su respuesta y comentarios y disculpe que me haya tomado tanto tiempo en contestar.

La alta presión es simplemente para garantizar operar a presiones mayores de la presión de vapor del usuario ubicado en el punto más alto/ más caliente del sistema. Debido a que el tanque esta elevado, su presión de operación pueda estar entre 8-9 barg.

Con respecto al nitrógeno que se disuelve, mi preocupación es el oxigeno presente en el nitrógeno que también se disuelve en el glicol. A las condiciones de operación que estudiamos, el oxigeno degrada el glicol ocasionando corrosión. A la final necesito determinar que pureza mínima de nitrógeno el sistema va a requerir y cuánto nitrógeno se va a “perder” en el sistema.

Por ahora éste es el método que he pensado en utilizar: 1. Asumo que el nitrógeno y el glicol están en equilibrio en la interface del tanque y hago un flash para calcular la cantidad de N2/O2 que se disuelven en el glicol. 2. Posteriormente llevo esa concentración al volumen total del tanque y el volumen total del sistema.

El problema que veo es que estoy asumiendo que la solución de glicol fluye a través del tanque, lo cual no es cierto. El volumen en el tanque es relativamente constante (únicamente expansión térmica) debido a que el glicol no fluye a través del mismo - con el fin de minimizar la turbulencia. Esto lleva a que durante operaciones normales, la cantidad de nitrógeno que se utiliza va a ser muy pequeña y constante.

Con respecto a la fuga de glicol, niveles y alarmas, muchas gracias y lo tendré en cuenta a lo largo del estudio.

Le agradezco de antemano sus comentarios,

MIAG

[Art Montemayor]

MIAG:

Si es que entiendo correctamente tu explicación sobre la necesidad que identificas para mantener una presión entre 8-9 barg en el tanque de expansión, la necesidad nace en el hecho que tus usuarios de la calefacción en el fluido de calentamiento están a una elevación por encima de tu bomba de circulación (y, por lo tanto, también el tanque de expansión) y esto causa una presión elevada en el tanque.

Pues no estoy de acuerdo y te vuelvo a llamar la atención al hecho que el circuito de circulación es de uno cerrado. La diferencia de presiones entre la succión de la bomba y su descarga es nada más que la pérdida de carga en el fluido debido a su recorrido y la fricción que encuentra al pasar por los usuarios (que funcionan en paralelo). Para darte un ejemplo de cómo calculo un estimado de las presiones que pueden existir en tu circuito cerrado, voy a tomar lo siguiente:

• Tus usuarios están ubicados a 30 metros de altura sobre tu bomba (cosa que considero como conservadora);
• La gravedad especifica de tu fluido es 1.20 (1,201 kg/m3).

Estos datos asumidos me rinden una presión de 3.6 barg para elevar el fluido los 30 metros. Si dedico 1.0 bar como la perdida de carga en los usuarios (que considero como exagerada, pero conservadora), y dedico 0.5 bar para la fricción en las tuberías, esto me indica que la bomba tiene que elevar la presión aproximadamente (3.6 + 1.0 + 0.5) = 5.1 barg. Esto quiere decir que la presión en la succión de la bomba esta libre de los efectos de perdida de carga en la descarga de la bomba y solo depende de la presión hidrostática de la columna de 30 metros (3.6 barg) y la presión que uno le pone al tanque de expansión con el nitrógeno agregado.

¡Pero, espera! Si la presión en la succión ya esta a 3.6 barg, esto quiere decir que no tenemos que agregarle mas trabajo al fluido con la bomba sino solo la perdida de carga que tiene superar en la tubería y en los usuarios. Ya que el sistema esta totalmente lleno de fluido, no importa la altura que tiene que alcanzar el fluido – el sistema esta inundado con que el trabajo que hacemos para elevar fluido lo recuperamos al regresar el mismo fluido con su cabezal debido a la altura.

Sin tanque de expansión, el sistema de fluido contiene una presión de 3.6 barg cuando esta estático – sin circulación alguna. El momento que arrancamos la bomba y efectuamos una circulación, generamos una presión de descarga de 5.1 barg con la succión a 3.6 barg. Para poder conseguir una cámara de expansión, se introduce el tanque de expansión – tal como lo dibujo en mi croquis – y a este le imponemos una presión de nitrógeno de aproximadamente 4.0 barg. No necesitamos mas que esta presión porque todo lo que queremos lograr es lo he mencionado anteriormente: un sistema inerte que actúa como amortiguador y cámara de expansión. Con la succión elevada por la presión de nitrógeno, la descarga de la bomba aumenta la misma cantidad y llega a ser 5.5 barg.

Por esa razón vuelvo a insistir que las presiones que tú mencionas son muy exageradas y no son necesarias. Opino que tu diseño no esta de acuerdo con lo que debe de ser tu alcance de diseño.

Para convencerte que tu diseño no esta de acuerdo con lo que debe ser, te aviso que tu sistema de circuito cerrado puede trabajar sin un tanque de expansión lleno de nitrógeno. Todo lo que tienes que hacer es comunicar un tubo vertical a la tubería de succión de tu bomba y elevar el tubo (abierto a la atmósfera) un poco más que el punto más elevado de tus usuarios. El sistema trabajaría en esta forma – pero sin una protección de cámara de inerte. Esto te debe de convencer que todo lo que logras con la cámara de nitrógeno es una protección para su fluido – y una acción de amortiguador. Por eso te digo que no necesitas presiones exageradas como las que has indicado.

También te vuelvo a repetir que no debes de preocuparte con la disolución del nitrógeno en el fluido ni tampoco con alguna impureza de oxigeno. Te lo digo porque he diseñado y operado estos sistemas por muchos años y además he producido nitrógeno y oxigeno por mas años. La pureza normal del nitrógeno que se usa en estos sistemas de de 99.5% (volumen) y la cantidad de oxigeno que reacciona con el fluido es mínima. El producto oxido que se produce no suma una cantidad que valga la pena de un análisis.

Es mi opinión que te preocupas por algo que no tiene mayor importancia en el diseño. Más importancia tiene el método de controlar la temperatura alrededor del calentador empleando una válvula de 3 vías en el fluido – y no en los gases de desecho como lo habías indicado en tu croquis. Tu método no funciona.

Ojalá he podido explicarte como funcionan estos sistemas en la vida real y esta experiencia sea de ayuda para ti.