Hornos de proceso (Calentadores de fuego directo)
Es un equipo de intercambio de calor, diseñado para incrementar la temperatura del fluido de proceso, que circula por el interior de los tubos, mediante la energía que libera la combustión de un combustible, ya sea líquido o gaseoso.
AITESA diseña y fabrica hornos adaptados a cada proceso, de acuerdo con la norma API 560 y asegurando el máximo rendimiento.
¿Cómo funciona un horno de proceso / calentador de fuego directo?
En un horno de proceso, se produce la combustión del combustible líquido o gaseoso, y el calor liberado se transfiere por radiación a los tubos por donde circula el fluido en la sección radiante, posteriormente, los humos generados por la combustión transfieren calor por convección a los tubos por donde circula el fluido en la sección convectiva.
Los hornos de proceso trabajan a depresión, y los humos son evacuados a través de una chimenea que genera el tiro necesario en todas las secciones del horno. La regulación del tiro en el techo de radiación se realiza a través de un damper en chimenea.
Las partes de un horno de proceso, por tanto, son:
- Sección radiante: es la parte inferior del horno, está aislada internamente y en el fondo se alojan los quemadores. Los tubos por los que circula el fluido de proceso a calentar son lisos.
- Sección convectiva: Situada por encima de la sección radiante. Los tubos se encuentran fuera del alcance de la llama. En esta sección podemos diferenciar dos zonas:
- Zona inferior o zona de choque: los tubos por donde circula el fluido son lisos y están expuestos a la radiación de la cámara de combustión.
- Zona superior: donde los tubos pueden disponer de superficie extendida (aletas o pitones) para mejorar las condiciones de transmisión de calor.
- Chimenea: ubicada por encima de la sección convectiva, se diseña para que tenga el tiro suficiente para la evacuación de los humos.
Horno de Proceso en Repsol
Horno de Proceso Petroperú
Tipos de hornos ¿Cuál necesitas?
En función del tipo de proceso, duty, espacio y requisitos del cliente, se diseña un tipo de horno.
Aitesa diseña los siguientes tipos de hornos:
- Horno cilíndrico horizontal: Hasta 1 Gcal/h.
Dispone de una cámara de combustión horizontal sin tubos y con 1 quemador situado en el fondo de la cámara de llama horizontal. Los tubos por donde circula el proceso se disponen en una zona convectiva dispuesta de forma que no recibe incidencia de la llama, los tubos se colocan de forma horizontal.
- Horno cilíndrico vertical: pueden ser con zona solo radiante o con zona radiante + convectiva.
-Sólo radiante: Hasta 3 Gcal/h.
Dispone de tubos lisos verticales o con disposición helecoidal. Los quemadores se encuentran en el suelo dispuestos en forma de círculo.
-Radiante+convectiva: Hasta 25 Gcal/h.
Dispone de tubos lisos verticales o con disposición helecoidal en la sección radiante. En la zona convectiva, con tubos lisos en las 2/3 filas de tubos horizontales en la zona de choque, posteriormente a la zona de choque se disponen tubos horizontales con superficie lisa o normalmente extendida (aleteada/pitoneada) para aumentar la eficiencia de intercambio de calor. Los quemadores se encuentran en el suelo dispuestos en forma de círculo.
- Horno cabina/doble cabina: Hasta 150 Gcal/h.
Disponen de zona radiante + convectiva. En el caso de los hornos doble cabina, la sección radiante es una doble cámara, y los gases de combustión confluyen en su parte superior en una única convectiva.
Pueden haber varias disposiciones de tubos en la radiante:
- Arbor: los tubos se disponen en forma de U o de U invertida. El fluido de proceso se calienta solo por radiación. En la convectiva se suele aprovechar el calor de los humos para calentamiento de otro fluido como vapor de agua o aceite térmico. Los quemadores se sitúan en el fondo del horno de forma lineal a lo largo de la cabina.
- Tubos horizontales: los tubos se sitúan en las paredes laterales de la radiante de forma horizontal. Los quemadores se pueden posicionar en el fondo del horno o en las paredes frontales
- Tubos verticales: los tubos se sitúan en las paredes laterales o en el centro de la radiante de forma vertical. Los quemadores se posicionan en el suelo de forma de forma lineal a lo largo de la cabina. En el caso del coil situado en la zona central de la radiante, los quemadores se posicionan en 2 filas a ambos lados de los tubos.
¿No estás seguro de cuál necesitas? Nuestro equipo de expertos puede analizar tu proceso y recomendarte la mejor solución.
En AITESA estudiamos cada caso específico para conseguir el mejor horno de proceso.
Beneficios clave para tu industria
Adaptación a las necesidades de capacidad de la industria.
Debido a los tipos de hornos que existen y la flexibilidad que presentan, el diseño de los mismos, puede adaptarse a las necesidades de producción y capacidades de la industria.
Control del proceso y aumento de la seguridad
Debido a la instrumentación que se implementa en los hornos de proceso, se permite tener un control de la temperatura de proceso, así como un control de la combustión que mejore el rendimiento del horno optimizando el consumo de combustible. Así mismo, las funciones de seguridad implementadas en los hornos de proceso, permiten reducir el riesgo de accidentes.
Cumplimiento normativo y reducción de emisiones
Los hornos pueden ser diseñados con aire de combustión precalentado a través de sistemas de precalentamiento. De esta forma, se reduce el consumo de combustible y las emisiones de CO2.
Hay distintos tipos de precalentamiento de aire:
- Sistema de precalentamiento de aire con los humos procedentes del horno a través de un APH: consiste en el aprovechamiento del calor de los humos procedentes del horno que atraviesan un APH donde se produce el intercambio de calor entre aire y humos. Este tipo de sistemas de precalentamiento de aire dispone de 1 o 2 soplantes de aire de tiro forzado y 1 soplante de humos de tiro inducido. Los quemadores serán diseñados para tiro forzado.
- Sistema de precalentamiento de aire con intercambiador de fuente de calor externa o tiro forzado: consiste en el precalentamiento del aire a través de un intercambiador, donde se produce el intercambio de calor entre el vapor u otro fluido y el aire de combustión. Este tipo de sistemas de precalentamiento de aire dispone de 1 o 2 soplantes de aire de tiro forzado. Los quemadores serán diseñados para tiro forzado.
Los quemadores se diseñan de bajo NOx, para reducción de emisiones y cumplimiento con la normativa vigente.
Mejora de rendimiento global
El rendimiento global de los hornos se puede aumentar instalando bancos de tubos en la zona superior de la convectiva por donde circule agua o vapor, de manera que aprovechando el calor de los humos, se produzca el recalentamiento y/o producción de vapor. De esta forma, además de mejorar el rendimiento global del horno, se dispone de uno o dos servicios adicionales al principal del horno que es el calentamiento del fluido de proceso.
Horno de Proceso Moeve en San Roque
Confía en nosotros para suministrarte el mejor calentador de fuego directo.
Montaje de horno de proceso
Factores clave para elegir el horno adecuado
Dimensionamiento y capacidad
- Calor absorbido
- Limitaciones de espacio
- Adaptabilidad a instalaciones existentes
Condiciones de proceso
- Caudal
- Temperatura
- Presión
- Flujo radiante permitido
- Factor de ensuciamiento
- Velocidad del fluido
Tipo de fluido
- Líquido, vapor o bifásico
- Caracterización de la carga: HC, HC+H2, aceite térmico,…
Rendimiento requerido
- Con o sin precalentamiento del aire de combustión
- Con servicio de calentamiento y/o producción de vapor.
Tipo y composición del combustible
- Gas
- Líquido
- Mixto
Cumplimiento de normativas internacionales
- API 560: Fired Heaters for General Refinery Service
- API 535: Burners for Firedc Heaters in General Refinery Services
- API 530: Calculation of Heater-tube Thickness in Petroleum Refineries
- API 556: Instrumentation, Control, and Protective Systems for Gas Fired Heaters
- ASME STS-1 Stacks 2016
- ASME II: Materials
- ASME B31.3. Process Piping
- ASME B16.5. Pipe Flanges and Flanged fittings
Cumplimiento de especificaciones del cliente
- Adaptación a requisitos específicos de cada cliente
En AITESA somos expertos en diseño de hornos de proceso / calentadores de fuego directo.
¿Por qué elegir un horno de proceso de AITESA?
Más de 5000 proyectos en sectores estratégicos
- 40 años de experiencia diseñando, adaptando y modificando hornos de proceso
- Adaptación a entornos exigentes como, refinerías, petroquímicas y plantas industriales, donde cada grado de eficiencia optimiza la rentabilidad.
Máxima eficiencia y mínima emisión
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- Diseños probados y optimizados: nuestra experiencia nos permite garantizar soluciones robustas y seguras para cada industria.
- Reducción del impacto ambiental con mínima pérdida de calor y máxima eficiencia térmica.
- Reducción de emisiones, con tecnologías avanzadas en los quemadores e implementación sistemas de recuperación de calor.
Soporte técnico y mantenimiento integral
- Máxima disponibilidad operativa gracias al mantenimiento preventivo y correctivo.
- Respuesta rápida y suministro garantizado para reducir tiempos de inactividad.
- Soluciones ante problemas
No solo diseñamos hornos, creamos soluciones energéticas que optimizan tu producción, reducen costes y garantizan cumplimiento normativo.
Preguntas frecuentes
¿Cuánto aumenta el rendimiento del horno implementando un sistema de recuperación de calor?
Los hornos de proceso sin recuperación de calor tienen un rendimiento de aproximadamente un 80-82%, mientras que si se instala un sistema de recuperación de calor, el rendimiento puede aumentar hasta el 90-94%, dependiendo del tipo de sistema.
¿Cuáles son las variables más importantes a controlar en un horno y las seguridades?
Los controles más importantes en un horno de proceso son:
- Control de temperatura de salida de producto mediante las válvulas de alimentación de combustible
- Control de exceso de aire a través del contenido de O2 en techo de radiación. Se recomienda mantener entre un 2,5 % / 3% de O2 en los humos para asegurar una combustión completa y óptima.
- Control de tiro en techo de radiación, a través del damper situado en la chimenea. Se recomienda mantener un tiro en techo de radiación entre (-) 3 / (-) 5 mm.c.a para asegurar un buen rendimiento y operación del horno.
- Control de temperatura de metal de tubos, medida por los termoskines instalados en los tubos de radiación y choque. Valores elevados pueden ser indicativos de impacto de llama, alta temperatura de película y formación de coque, con posible consecuencia de rotura de tubo.
Dentro de las variables a controlar, para hornos sin recuperación de calor, se implementan las siguientes seguridades:
- Alta / Muy alta / Muy muy alta presión en techo de radiación: apertura de damper de humos / corte de combustible a quemadores / corte de combustible a pilotos
- Muy baja / Muy alta presión combustible a pilotos: Corte de combustible a quemadores y pilotos
- Muy baja / Muy alta presión combustible a quemadores: Corte de combustible a quemadores y pilotos.
- Paro de emergencia: Apagado total del horno
¿Qué mantenimiento requiere un horno de proceso?
Se sugieren las siguientes inspecciones y programa de mantenimiento:
- Inspección visual frecuente poniendo especial cuidado en tubos, soportes de tubos y refractario.
- Control del espesor de los tubos durante las paradas programadas
- Control de la integridad del refractario, ausencia de grietas, desconchones, Ante la presencia de grietas en una zona de grandes dimensiones, debe ser sustituida toda la zona
- Control de la ausencia de deformaciones, curvatura de algún elemento o corrosión en elementos estructurales, escaleras, pasarelas, plataformas, chapa del horno
- Control del estado de la chapa externa, con especial atención al techo de convectiva y chimenea
- Control de pernos y soldaduras, asegurando que se encuentran en buenas condiciones
- Pintura, si está desconchada o tiene cualquier otro desperfecto, el área afectada se violverña a limpiar y pintar.
- Comprobación de los instrumentos de operación de manera frecuente para asegurar un funcionamiento adecuado. En especial se comprobarán cuidadosamente los termopares de piel de tubo.
- Chequeo del damper de tiro comprobando que no existe corrosión, con especial énfasis en el eje y las uniones del mecanismo de operación.
- Los datos de operación del horno deben ser registrados durante toda la vida operativa del horno. Se tendrán disponibles valores de temperaturas y flujos de carga del horno para el cálculo del calor absorbido. También se deben registrar las temperaturas de cada paso. Además, se medirán las temperaturas de la cámara de combustión y de los humos, las presiones del fluido de proceso y del combustible y el tiro de todas las secciones del horno. Se realizará un análisis de emisiones de los humos a intervalos regulares para determinar su composición. Cualquier cambio inesperado en las cargas de operación se chequeará por medio de los libros de registro del horno.
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En AITESA somos expertos en diseño de hornos de proceso / calentadores de fuego directo.
