Introducció
Intercanviadors de calorsón equips crucials àmpliament utilitzats en diverses indústries, com ara el processament químic, la generació d'energia, la refrigeració i el processament d'aliments. Transfereixen calor entre dos o més fluids a diferents temperatures, jugant un paper vital en l'eficiència del procés i el consum d'energia. Tanmateix, com qualsevol equip mecànic, els intercanviadors de calor són propensos a diverses fallades operatives al llarg del temps. Comprendre aquests possibles problemes, com detectar-los i diagnosticar-los, així com les estratègies efectives de neteja i manteniment, és essencial per garantir la seva fiabilitat a llarg termini i el seu rendiment òptim.
Tipus comuns d'intercanviadors de calor
Intercanviadors de calor de closca i tubs
Els intercanviadors de calor de carcassa i tubs són un dels tipus més comuns. Consisteixen en un feix de tubs tancats en una carcassa cilíndrica. Un fluid flueix a través dels tubs (costat del tub), mentre que l'altre flueix fora dels tubs, dins de la carcassa (costat de la carcassa). Aquests intercanviadors de calor són adequats per a aplicacions d'alta pressió i alta temperatura a causa de la seva construcció robusta.
Intercanviadors de calor de plaques
Intercanviadors de calor de plaquesestan formats per una sèrie de plaques metàl·liques primes i corrugades. Els fluids flueixen en canals alterns entre les plaques, cosa que proporciona una gran àrea de transferència de calor en un espai compacte. Són altament eficients i sovint s'utilitzen en aplicacions on es requereix una alta taxa de transferència de calor, com ara en les indústries làcties i de begudes.
SoldatIntercanviadors de calor de plaques
Intercanviadors de calor de plaques soldadesutilitzen una sèrie de plaques. Tanmateix, tenen un disseny més modular, cosa que permet un fàcil desmuntatge i neteja
Intercanviadors de calor en espiral
Els intercanviadors de calor en espiral consten de dos canals formats per plaques metàl·liques enrotllades en espiral. Són eficaços en el maneig de fluids viscosos i fluids bruts, ja que el disseny en espiral redueix la probabilitat d'incrustacions.
Intercanviadors de calor refrigerats per aire
In intercanviadors de calor refrigerats per aire, s'utilitza aire com a medi de refrigeració. S'utilitzen àmpliament en situacions on l'aigua és escassa o cara, com ara en algunes plantes industrials i radiadors d'automòbils.
Fallades operatives comunes dels intercanviadors de calor
Incrustacions
L'incrustació és un dels problemes més freqüents en els intercanviadors de calor. Es refereix a l'acumulació de substàncies no desitjades a les superfícies de transferència de calor. Aquestes substàncies poden incloure incrustacions (formades per la precipitació de minerals del fluid), productes de corrosió, creixements biològics (com ara algues en sistemes a base d'aigua) i sòlids en suspensió. L'incrustació redueix l'eficiència de transferència de calor de l'intercanviador de calor, augmentant el consum d'energia i potencialment provocant costos operatius més elevats. Per exemple, en un intercanviador de calor de closca i tubs utilitzat en una central elèctrica, la formació d'incrustacions a les superfícies dels tubs pot disminuir significativament la taxa de transferència de calor, la qual cosa resulta en una menor producció de vapor i una reducció de l'eficiència de generació d'energia.
Fuita
Les fuites poden produir-se en els intercanviadors de calor per diverses raons. En els intercanviadors de calor de carcassa i tubs, les unions entre tubs i xapes poden fallar amb el temps a causa de la fatiga, la corrosió o una instal·lació incorrecta. En els intercanviadors de calor de plaques, les fallades de les juntes són freqüents, que poden ser causades per l'envelliment, l'estrenyiment excessiu o l'atac químic dels fluids. Les fuites poden provocar contaminació creuada entre els dos fluids, cosa que és un problema greu, especialment en aplicacions on la puresa del producte és crítica, com ara a la indústria farmacèutica. A més, les fuites poden causar una pèrdua de fluids valuosos, cosa que resulta en pèrdues econòmiques.
Corrosió
La corrosió és un altre problema important que afecta la vida útil i el rendiment dels intercanviadors de calor. Es poden produir diferents tipus de corrosió, com ara la corrosió uniforme, la corrosió per picadura i la corrosió per esquerdes. La corrosió uniforme es produeix quan tota la superfície del metall és atacada uniformement pel medi corrosiu. La corrosió per picadura, en canvi, es caracteritza per la formació de forats petits i profunds a la superfície del metall. La corrosió per esquerdes sovint es produeix en zones on hi ha buits o esquerdes estretes, com ara sota les juntes o a les unions entre tubs i xapes. La corrosió debilita la integritat estructural de l'intercanviador de calor, augmentant el risc de fuites i, en última instància, provocant una fallada de l'equip.
Bloqueig del tub
En els intercanviadors de calor de closca i tubs, el bloqueig dels tubs es pot produir a causa de l'acumulació de residus, partícules grans o substàncies solidificades als tubs. Això restringeix el flux del fluid a través dels tubs, reduint l'àrea de transferència de calor i l'eficiència. El bloqueig dels tubs també pot causar una distribució desigual del flux entre els tubs, donant lloc a punts calents i accelerant encara més la degradació de l'intercanviador de calor.
Disminució de l'eficiència de transferència de calor
Fins i tot en absència d'incrustacions, fuites o bloquejos evidents, l'eficiència de transferència de calor d'un intercanviador de calor pot disminuir gradualment amb el temps. Això pot ser degut a factors com ara canvis en les propietats del fluid (per exemple, viscositat, conductivitat tèrmica), cabals inadequats o una disminució de la conductivitat tèrmica del material de transferència de calor a causa de l'exposició a llarg termini a altes temperatures o ambients corrosius.
Detecció i diagnòstic de problemes de l'intercanviador de calor
Mesures de temperatura i pressió
El control de les temperatures i pressions d'entrada i sortida dels fluids calents i freds és una de les maneres més bàsiques i efectives de detectar problemes de l'intercanviador de calor. Un augment significatiu de la diferència de temperatura entre l'entrada i la sortida del fluid calent o una disminució de la diferència de temperatura del fluid fred pot indicar una reducció de l'eficiència de transferència de calor, que podria ser causada per incrustacions o bloqueig dels tubs. De la mateixa manera, una caiguda sobtada de la pressió a través de l'intercanviador de calor pot suggerir fuites, mentre que un augment significatiu de la caiguda de pressió podria ser degut a un bloqueig o a una incrustació excessiva. Per exemple, en un intercanviador de calor de plaques utilitzat en un sistema de refrigeració, si la temperatura del refrigerant que surt de l'intercanviador de calor és superior al normal i la caiguda de pressió a través de l'intercanviador de calor ha augmentat, és probable que hi hagi alguna forma d'incrustació o bloqueig a l'intercanviador de calor.
Inspecció visual
Les inspeccions visuals regulars poden revelar molts problemes evidents. Per als intercanviadors de calor de carcassa i tubs, és important inspeccionar l'exterior de la carcassa per detectar signes de fuites, com ara punts humits o corrosió. En els intercanviadors de calor de plaques, comprovar les juntes per detectar signes de danys, com ara esquerdes o inflor, pot ajudar a detectar possibles problemes de fuites. La inspecció visual també pot identificar corrosió externa a la superfície de l'intercanviador de calor, que pot ser un indici de problemes interns més greus. Tanmateix, la inspecció visual té les seves limitacions, ja que no pot detectar incrustacions o bloquejos interns dins dels tubs o canals sense desmuntar-los.
Monitorització del cabal
Monitorització dels cabals de fluids a través de laintercanviador de calorpot proporcionar informació valuosa. Una desviació significativa del cabal normal pot indicar bloqueig, fuites o problemes amb el sistema de bombament. En comparar els cabals mesurats amb els valors de disseny, els operadors poden identificar possibles problemes aviat. Per exemple, si el cabal del fluid fred en un intercanviador de calor de closca i tubs és inferior a l'esperat, podria ser degut a un bloqueig del tub o a un problema amb la vàlvula d'entrada o la bomba.
Anàlisi química
L'anàlisi química dels fluids pot ajudar a detectar la presència de contaminants que poden causar incrustacions o corrosió. L'anàlisi del valor del pH, el contingut de sòlids dissolts i la presència d'espècies químiques específiques en els fluids pot proporcionar informació sobre l'estat de l'intercanviador de calor. Per exemple, una alta concentració d'ions de calci i magnesi en el fluid a base d'aigua d'un intercanviador de calor pot indicar un potencial de formació d'incrustacions. A més, l'anàlisi del fluid per detectar la presència d'ions metàl·lics pot ajudar a detectar la corrosió, ja que l'alliberament d'ions metàl·lics al fluid és un signe de degradació del metall.
Assajos no destructius (ADN)
Els mètodes d'assaig no destructius, com ara les proves de penetració de colorant, les proves per ultrasons, les proves de corrents de Foucault i les proves radiogràfiques, es poden utilitzar per detectar problemes interns en els intercanviadors de calor sense causar danys a l'equip. Les proves per ultrasons es poden utilitzar per mesurar el gruix de les parets metàl·liques de l'intercanviador de calor, cosa que pot ajudar a detectar la corrosió. Les proves de corrents de Foucault són efectives per detectar defectes en els tubs dels intercanviadors de calor de carcassa i tubs, com ara esquerdes o aprimament. Les proves radiogràfiques poden proporcionar imatges detallades de l'estructura interna de l'intercanviador de calor, permetent la detecció de bloquejos o altres anomalies internes.
Neteja d'intercanviadors de calor
Neteja mecànica
Els mètodes de neteja mecànica impliquen l'eliminació física de les substàncies incrustades de les superfícies de transferència de calor. Per als intercanviadors de calor de closca i tubs, es poden utilitzar raspalls de neteja de tubs, raspadors o dolls d'aigua a alta pressió. Els raspalls de neteja de tubs s'insereixen als tubs i es giren per netejar la brutícia. Els dolls d'aigua a alta pressió, normalment amb pressions que oscil·len entre 1000 i 5000 psi, poden eliminar eficaçment les incrustacions i les restes persistents. En els intercanviadors de calor de plaques, les plaques es poden desmuntar i les superfícies es poden netejar manualment amb raspalls i detergents. La neteja mecànica és un mètode senzill i eficaç per eliminar la majoria dels tipus de brutícia, però pot no ser adequada per a components de l'intercanviador de calor molt delicats o per eliminar la brutícia de difícil accés en geometries complexes.
Neteja química
La neteja química implica l'ús d'agents químics per dissoldre o reaccionar amb les substàncies incrustades. Els agents de neteja químics comuns inclouen àcids (com l'àcid clorhídric, l'àcid cítric), àlcalis (com l'hidròxid de sodi) i detergents. Per exemple, els àcids són eficaços per dissoldre les incrustacions formades per carbonats i hidròxids metàl·lics. Tanmateix, quan s'utilitzen àcids, és important controlar acuradament la concentració, la temperatura i el temps d'exposició per evitar danys a les superfícies metàl·liques de l'intercanviador de calor. Els netejadors alcalins s'utilitzen sovint per eliminar les incrustacions orgàniques, com ara l'oli i el greix. La neteja química pot ser més eficaç que la neteja mecànica per eliminar les incrustacions complexes o profundament arrelades, però requereix una manipulació adequada dels productes químics per garantir la seguretat i el compliment de les normes ambientals.
Neteja en línia
Els mètodes de neteja en línia permeten netejar l'intercanviador de calor mentre encara està en funcionament. Un mètode de neteja en línia comú és l'ús d'intercanviadors de calor autonetejants, que tenen mecanismes integrats per eliminar contínuament la brutícia. Per exemple, alguns intercanviadors de calor en espiral estan dissenyats amb una funció d'autoneteja, on el flux del fluid fa que les plaques vibrin lleugerament, evitant l'acumulació de brutícia. Un altre mètode de neteja en línia és la injecció d'agents de neteja al corrent de fluid. Aquest mètode és adequat per a aplicacions on el temps d'inactivitat no és acceptable, però pot no ser tan eficaç com els mètodes de neteja fora de línia per a casos d'incrustació greu.
Manteniment d'intercanviadors de calor
Inspeccions regulars
Les inspeccions regulars, tal com es descriu a la secció de detecció i diagnòstic, s'han de dur a terme a intervals programats. La freqüència de les inspeccions depèn de les condicions de funcionament i de la criticitat de l'intercanviador de calor. Per als intercanviadors de calor que funcionen en entorns durs o que manipulen fluids corrosius, poden ser necessàries inspeccions més freqüents. En detectar problemes a temps mitjançant inspeccions regulars, es poden evitar reparacions costoses i temps d'inactivitat.
Substitució de components desgastats
Amb el temps, els components de l'intercanviador de calor, com ara les juntes dels intercanviadors de calor de plaques, els tubs dels intercanviadors de calor de carcassa i tubs i les juntes, es poden desgastar o danyar. Aquests components s'han de substituir immediatament per evitar fuites i garantir el correcte funcionament de l'intercanviador de calor. Quan es substitueixen components, és important utilitzar peces que compleixin les especificacions del fabricant de l'equip original per garantir la compatibilitat i el rendiment.
Protecció contra la corrosió
Per prevenir la corrosió, es poden prendre diverses mesures de protecció contra la corrosió. Aquestes inclouen l'ús de materials resistents a la corrosió, com ara l'acer inoxidable o el titani, per a la construcció de l'intercanviador de calor. A més, l'aplicació de recobriments protectors, com ara recobriments epoxi o recobriments a base de zinc, a les superfícies metàl·liques pot proporcionar una capa addicional de protecció. També es poden utilitzar mètodes de protecció catòdica, com ara ànodes de sacrifici o sistemes de corrent imprès, per protegir l'intercanviador de calor de la corrosió, especialment en entorns on la corrosió és una preocupació important.
Tractament de fluids
Tractar els fluids abans que entrin a l'intercanviador de calor pot ajudar a prevenir l'incrustació i la corrosió. Per als fluids a base d'aigua, es poden utilitzar processos de tractament d'aigua, com ara el reblaniment, la desmineralització i l'addició d'inhibidors de corrosió i antiincrustants. El reblaniment elimina els ions de calci i magnesi de l'aigua, reduint el potencial de formació d'incrustacions. La desmineralització elimina tots els minerals dissolts, proporcionant aigua d'alta puresa. Els inhibidors de corrosió i els antiincrustants són productes químics que s'afegeixen al fluid per prevenir la corrosió i la formació d'incrustacions, respectivament. Tractant els fluids correctament, es pot allargar la vida útil de l'intercanviador de calor i mantenir el seu rendiment.
Formació d'operadors
Una formació adequada dels operadors és essencial per al manteniment eficaç dels intercanviadors de calor. Els operadors han de rebre formació sobre com controlar el rendiment de l'intercanviador de calor, detectar possibles problemes i dur a terme tasques bàsiques de manteniment, com ara inspeccions visuals i procediments de neteja senzills. També han d'estar familiaritzats amb els procediments de seguretat relacionats amb la manipulació de productes químics i la realització del manteniment de l'intercanviador de calor. Uns operadors ben formats poden tenir un paper crucial per garantir la fiabilitat a llarg termini i el funcionament eficient de l'intercanviador de calor.
Conclusió
Els intercanviadors de calor són peces essencials d'equipament en nombrosos processos industrials. Comprendre les fallades operatives comunes, com ara l'incrustació, les fuites, la corrosió, el bloqueig de tubs i la disminució de l'eficiència de transferència de calor, així com els mètodes per detectar i diagnosticar aquests problemes, és el primer pas per mantenir el seu rendiment. Els mètodes de neteja eficaços, incloent-hi la neteja mecànica, química i en línia, poden ajudar a restaurar l'eficiència de transferència de calor de l'intercanviador de calor. El manteniment regular, com ara inspeccions, substitució de components, protecció contra la corrosió, tractament de fluids i formació d'operadors, és crucial per garantir la fiabilitat a llarg termini i el rendiment òptim dels intercanviadors de calor. Mitjançant la implementació d'aquestes estratègies completes de resolució de problemes, neteja i manteniment, les indústries poden minimitzar el temps d'inactivitat, reduir els costos operatius i garantir el funcionament segur i eficient dels seus intercanviadors de calor.
Data de publicació: 17 de juny de 2025