O problema do tanque respiratório
Grandes tanques de armazenamento-50.000 a 500.000 litros-respiram. Quando cheio, a pressão hidrostática de milhares de toneladas de líquido empurra as paredes do tanque para fora. O curso inferior do casco se expande radialmente em 5-15 mm, dependendo do diâmetro do tanque, da altura do líquido e da espessura da parede. Quando esvaziadas, as paredes se contraem. Este movimento radial ocorre a cada ciclo de enchimento-vazio. Durante a vida útil de um tanque, as paredes se movem para dentro e para fora milhares de vezes.
Um trocador de calor rigidamente conectado ao fundo e à parede do tanque experimenta esse movimento como um deslocamento forçado. As conexões são separadas quando a parede se expande e comprimidas quando a parede se contrai. O deslocamento cíclico fadiga as conexões, eventualmente causando vazamento nas juntas do tubo-à-cabeçalho ou falha estrutural da estrutura de suporte.
Os trocadores de calor de PTFE podem ser projetados com sistemas de montagem flexíveis que acomodam o movimento da parede do tanque enquanto mantêm a posição e orientação do trocador. A flexibilidade está integrada na estrutura de suporte e nas conexões de utilidades, isolando o feixe tubular dos movimentos estruturais do tanque.
O sistema de montagem flexível
A estrutura de suporte do trocador de calor é fixada ao fundo do tanque somente em uma extremidade-na extremidade fixa. A extremidade fixa é posicionada próxima ao centro do tanque, onde o movimento radial durante o enchimento é mínimo. A extremidade oposta da estrutura-a extremidade deslizante-é apoiada em rolamentos de PTFE de baixo-atrito que permitem que a estrutura deslize em relação ao fundo do tanque à medida que as paredes do tanque se movem.
A estrutura não está fixada à parede do tanque em nenhum ponto. A extremidade deslizante fica apoiada no fundo do tanque e as almofadas acomodam o movimento relativo. A moldura é guiada por postes verticais que evitam o deslocamento lateral e permitem o movimento de deslizamento axial. Os postes são ancorados no fundo do tanque fora da largura da estrutura, de modo que não interferem na ação de deslizamento.
As conexões de fornecimento de vapor e retorno de condensado na penetração na parede do tanque são feitas com mangueiras flexíveis-revestidas de PTFE ou juntas giratórias articuladas que absorvem o movimento relativo entre a penetração fixa na parede do tanque e o coletor deslizante do trocador de calor. As conexões flexíveis são longas o suficiente para acomodar toda a amplitude de movimento da parede sem forçar-a mangueira ou os acessórios de conexão.
| Parâmetro de flexibilidade | Especificação |
|---|---|
| Movimento radial máximo da parede do tanque | 5-25 mm (depende do tamanho do tanque) |
| Localização fixa da âncora | Perto do centro do tanque (zona de movimento radial mínimo) |
| Material do rolamento deslizante | Almofada de PTFE em aço inoxidável polido ou trilho de PTFE |
| Coeficiente de atrito do rolamento deslizante | 0,04-0,08 (PTFE em superfície lisa) |
| Tipo de conexão de utilidade flexível | mangueira trançada de aço inoxidável-revestida com PTFE; raio mínimo de curvatura 10× diâmetro da mangueira |
| Comprimento da conexão | Alcance máximo de movimento de 3-5× |
| Orientação do quadro | Postes de guia verticais com folga deslizante |
| Tensão no feixe de tubos devido ao movimento da parede | Zero (absorvido por estrutura deslizante e conexões flexíveis) |
A Coordenação de Expansão Térmica
O próprio trocador de calor de PTFE se expande quando aquecido da temperatura ambiente até a temperatura operacional. Sua expansão térmica (aproximadamente 120 × 10⁻⁶/grau, ou 12 mm por metro para um aumento de temperatura de 100 graus) deve ser coordenada com o movimento da parede do tanque. Os dois movimentos-expansão térmica do trocador e expansão hidrostática do tanque-ocorrem simultaneamente durante o enchimento e aquecimento do tanque.
A extremidade deslizante da estrutura acomoda ambos os movimentos. O movimento total na extremidade deslizante é a soma vetorial do movimento radial da parede do tanque e da expansão térmica diferencial entre a estrutura de PTFE e o fundo de aço do tanque. O comprimento da almofada de PTFE é dimensionado para permanecer em contato total com o piso em toda a faixa de movimento combinada, com uma margem adicional para tolerância de instalação.
A Verificação e Manutenção
O mecanismo deslizante é verificado durante o comissionamento, enchendo o tanque com água e medindo o movimento radial real da parede e o deslocamento deslizante da estrutura. Os valores medidos são comparados com as previsões do projeto. Se o movimento real exceder a faixa de projeto, o comprimento da conexão flexível e as dimensões da almofada de rolamento serão revisados.
Os mancais deslizantes são inspecionados anualmente durante a inspeção interna do tanque. As pastilhas são substituídas se apresentarem desgaste excessivo ou se o coeficiente de atrito tiver aumentado devido à contaminação da superfície. As mangueiras flexíveis são inspecionadas quanto a sinais de fadiga ou atrito e substituídas em um ciclo preventivo de 5 anos.
Resumo
Os trocadores de calor de PTFE projetados para grandes tanques de armazenamento incorporam sistemas de montagem flexíveis que acomodam o movimento radial da parede do tanque durante os ciclos de enchimento-vazio. Uma âncora fixa próxima ao centro do tanque e rolamentos deslizantes de PTFE na extremidade oposta permitem que a estrutura se mova com a estrutura do tanque sem transferir deslocamento para o feixe de tubos. Conexões flexíveis de utilidades absorvem o movimento relativo na penetração na parede do tanque. O projeto elimina tensões cíclicas nas conexões dos tubos que, de outra forma, causariam falhas por fadiga.
O suporte de engenharia para projetos de trocadores de calor de PTFE de tanques grandes-está disponível mediante envio do diâmetro e altura do tanque, densidade do líquido, frequência do ciclo de enchimento-vazio, serviço de aquecimento e detalhes de construção do piso do tanque existente.
