Comment les échangeurs en PTFE sont-ils utilisés pour refroidir les vapeurs chaudes d’un four de nitrocarburation à bain de sel ?

La nitrocarburation en bain de sel est un processus qui forme une surface dure et résistante à l'usure sur des objets en acier en les plaçant dans un bain fondu de sels de cyanate et de carbonate. Ce four produit des gaz d'échappement chauds, caustiques et toxiques, très chargés en particules de sel condensables. Ce flux de gaz toxique peut être refroidi en toute sécurité à l'aide d'un échangeur de chaleur en PTFE qui récupère une chaleur importante sans corrosion ni blocage.

La question du traitement des gaz d'échappement des fours chimiquement exigeants et de la fourniture d'un fonctionnement fiable à long terme est la seule préoccupation du débat sur les applications de refroidissement par nitrocarburation par bain de sel d'échangeur PTFE dans les installations de traitement thermique des métaux. C'est ici qu'interviennent les échangeurs de chaleur en PTFE. Ils offrent la combinaison d'une bonne inertie chimique et d'une surface lisse et antiadhésive, ce qui les rend moins sujets à l'encrassement par les sels condensés.

Échappement nitrocarburant par bain de sel - Expliqué
La nitrocarburation par bain de sel est un processus de diffusion d'azote et de carbone dans la surface de l'acier en utilisant des solutions de sels de cyanate et de carbonate fondus. Pendant le fonctionnement, le four émet des gaz d'échappement chauds contenant :

Vapeur de cyanate

Vapeurs de carbonate

Condensations alcalines

Aérosol de sel

Particules fines

À mesure que les gaz refroidissent, une partie du flux de vapeur se condense en gouttelettes de liquide hautement corrosives et en solides cristallins. Le condensat attaque rapidement les surfaces métalliques et les sels accumulés entravent le mouvement des gaz, ce qui rend cet environnement difficile pour les échangeurs de chaleur métalliques traditionnels.

Le flux d’échappement constitue donc un double défi d’encrassement et de corrosion à la fois.

Pourquoi nous utilisons le PTFE ici
Le PTFE possède une gamme de caractéristiques bien adaptées au refroidissement des gaz d'échappement corrosifs.

Résistance totale à la chimie agressive
Les vapeurs condensées créées lors de la nitrocarburation peuvent être extrêmement alcalines et chimiquement réactives. Le PTFE n’est généralement pas affecté par :

Cyanates.

Condensats carbonatés

Solutions de lavage alcalines

Produits de nettoyage – acides

Aérosol de sel avec humidité

La résistance protège les tubes échangeurs de la dégradation rapide subie par de nombreux alliages métalliques.

Performances des surfaces antiadhésives-
La propriété la plus importante du PTFE dans le domaine du refroidissement des gaz d'échappement est son caractère collant extrêmement faible.

La surface plane du polymère fluoré empêche l'accumulation de :

Dépôts de sel cristallin

Condensats concentrés

Couches d'encrassement semi-solides

Cette propriété permet un risque de colmatage bien inférieur à celui des échangeurs métalliques conventionnels.

Le refroidisseur en PTFE de l'usine de traitement thermique-est un poumon solide et résistant à la corrosion-pour l'un des flux de gaz les plus difficiles en matière de traitement thermique.

Comment fonctionne un échangeur de chaleur en PTFE
Dans la majorité des systèmes, les gaz d'échappement corrosifs s'écoulent à travers le côté calandre de l'échangeur et le fluide de refroidissement circule dans les tubes en PTFE.

Refroidissement des gaz côté coque
Le flux de gaz chargé de fumées-est d'abord refroidi, puis pénètre dans la coque de l'échangeur. Lorsque le gaz rencontre des surfaces de tubes en PTFE plus froides :

La chaleur sensible est dissipée

Refroidissement des vapeurs condensables

Les particules de sel commencent à tomber

Crée un condensat corrosif

Le PTFE est chimiquement inerte, ce qui permet à l'échangeur de gérer à la fois les phases gazeuses et liquides du flux de traitement.

Liquide de refroidissement côté tube
Le côté refroidissement pourrait utiliser :

Eau recyclée

Eau de refroidissement pour l'usine

Systèmes d'air ambiant

Liquides de refroidissement à base d'éthylène glycol-

L’énergie thermique récupérée peut ensuite être dirigée vers d’autres parties de l’installation.

Avantages de la récupération de chaleur
Le système de refroidissement par nitrocarburation à bain de sel d'échangeur PTFE est d'une grande utilité pour la récupération de la chaleur résiduelle.

L’énergie récupérée peut être utilisée pour :

Préchauffage de l'air de combustion

Chauffage de l'eau d'alimentation de chaudière

Soutenir les systèmes d’eau chaude des usines

Améliorer l'efficacité globale du four

Diminution de la consommation de carburant

Étant donné que les fours de nitrocarburation fonctionnent généralement en permanence, même de légers gains en matière de récupération de chaleur peuvent entraîner d'importantes réductions de la demande énergétique de l'usine.

Éviter l'encrassement et le colmatage
Le contrôle de l'encrassement est crucial pour les systèmes d'échappement chargés de sel-.

L'avantage de la surface lisse du PTFE
Les échangeurs métalliques ont tendance à produire des couches cristallines dures fermement attachées aux surfaces intérieures. Ils diminuent l’efficacité du transfert de chaleur et augmentent la chute de pression.

Les propriétés antiadhésives-du PTFE diminuent la force de fixation des dépôts et facilitent ainsi l'élimination des résidus accumulés lors des cycles de maintenance.

Systèmes de lavage intégrés
Des barres de pulvérisation sont installées dans la partie coque dans plusieurs installations. Ces systèmes rince périodiquement le côté gaz avec de l’eau ou des traitements de nettoyage chimiques.

La résistance du PTFE aux produits chimiques de nettoyage sévères permet aux opérateurs d'utiliser des solutions de lavage plus puissantes sans endommager les tubes de l'échangeur.

Les liquides de nettoyage typiques comprennent :

Détergents alcalins

Les solutions de détartrage sont acides

Systèmes de chasse d'eau.

Détergents industriels spécialisés

Les tubes en polymère fluoré restent chimiquement stables pendant toutes ces opérations de maintenance.

Remarque sur le processus
Besoin en air de dilution en amont de l'échangeur PTFE
Les températures des gaz d'échappement pour la nitrocarburation brute se situent généralement entre :

200 degrés et 400 degrés.

Ces températures dépassent la limite de travail continu recommandée du PTFE (~ 110 degrés).

C'est pourquoi le flux gazeux doit être refroidi avant d'entrer dans l'échangeur thermique en PTFE. Cela se fait souvent en injectant des quantités régulées d’air de dilution en amont de l’entrée de l’échangeur.

Un système de registre d’air de dilution est souvent utilisé pour :

Température du gaz à l'entrée

Prévenir les surchauffes locales

Stabiliser le fonctionnement de l'échangeur

Protégez l’ensemble de tubes en PTFE.

La mesure de la température à l'entrée de l'échangeur est jugée vitale pour un fonctionnement sûr à long terme.

Pourquoi les échangeurs de métaux échouent fréquemment dans ce service
Lors du processus de nitrocarburation, les systèmes d'échappement présentent divers problèmes par rapport aux échangeurs métalliques conventionnels.

Corrosion du condensat
De nombreux aciers inoxydables et métaux revêtus sont attaqués par les sels condensés et les solutions alcalines.

Adhésion au dépôt
Les sels cristallins ont une forte affinité pour les surfaces métalliques, ce qui accélère l'encrassement et le colmatage.

Limites du nettoyage
Les solutions de nettoyage agressives peuvent endommager le matériau du tube métallique ou le revêtement protecteur.

Contrainte du cycle thermique
Dans les composants métalliques exposés à des condensats chimiquement actifs, plusieurs cycles thermiques renforcent le couplage corrosion et fatigue.

Le PTFE résout plusieurs de ces problèmes, non seulement en termes de résistance à la corrosion, mais aussi grâce à son inertie chimique.

Refroidisseurs d'échappement en PTFE : considérations de conception
Plusieurs aspects techniques sont essentiels à la conception d’échangeurs en PTFE destinés au service d’échappement des fours.

Contrôles de température
Les tubes en fluoropolymère doivent être protégés en contrôlant étroitement la température d'entrée.

Contrôle de la vitesse du gaz
Le débit de gaz doit être suffisant pour empêcher une sédimentation excessive des particules, mais pas au point de provoquer une diminution excessive de la pression.

Conception de drainage
Les systèmes d'évacuation des condensats doivent être conçus pour empêcher l'accumulation de liquide dans la coque de l'échangeur.

Accès pour la maintenance
Les ports d'accès et les systèmes de lavage permettent un nettoyage facile de toute accumulation de dépôts de sel.

Supports structurels
La résistance mécanique du PTFE est inférieure à celle des métaux. Un espacement suffisant des supports de tubes est donc essentiel pour éviter les vibrations ou l'affaissement.

Résumé
Les échangeurs de chaleur en PTFE sont des solutions robustes et nécessitant peu d'entretien-pour la récupération de la chaleur perdue-de l'un des flux d'échappement les plus chimiquement hostiles dans l'industrie du traitement thermique des métaux-. Grâce à sa surface lisse et antiadhésive, le PTFE peut résister aux condensats corrosifs, à la chimie des cyanates et des carbonates et à minimiser l'encrassement salin, permettant un refroidissement fiable dans les situations où de nombreux échangeurs métalliques tombent en panne.

L'énergie thermique récupérée peut être utilisée pour améliorer l'efficacité de l'usine en préchauffant l'air de combustion, en chauffant l'eau d'alimentation de la chaudière et en intégrant plus largement la récupération d'énergie. Avec un contrôle adéquat de la température d’entrée et une gestion de l’air de dilution, les échangeurs en PTFE fonctionnent bien même dans les conditions difficiles des fours de nitrocarburation.

Avec le bon système de matériaux fluoropolymères, les usines de traitement thermique d'aujourd'hui peuvent même transformer les gaz d'échappement nocifs et corrosifs en une source d'énergie lucrative.