Diseño térmico y mecánico de dos intercambiadores de calor para la producción de vapor sobrecalentado a partir del gas de síntesis para la empresa Yara Colombia S.A.S.
Autor
Amell Salcedo, Jorge Mario
Morera García, Meller Vitelio
Fecha
2021-05-29Resumen
Un intercambiador de calor es un equipo empleado para transferir energía térmica entre dos o más fluidos. Los flujos se trasfieren energía haciendo que varíe su calor latente o sensible en ellos. Esto permite recuperar energía y transformarla en otra, como es la generación de energía eléctrica. El proyecto consiste en llevar a cabo el diseño térmico y mecánico de dos intercambiadores de calor para la producción de vapor sobrecalentado a partir del gas de síntesis para la empresa Yara Colombia S.A.S. ubicada en la ciudad de Cartagena (Bolívar), con el objetivo de aprovechar la alta temperatura del gas a la salida del segundo reformador de la planta y generar potencia en una turbina impulsada por el vapor producido. El proceso de evaluación y estudio de las distintas configuraciones de los intercambiadores con base a la definición de especificaciones requeridas por la empresa para este proyecto. El diseño conceptual se realizó de acuerdo a lo establecido en la literatura, y la selección de alternativas teniendo en cuenta los criterios económicos, de seguridad y factibilidad. Para el diseño mecánico y térmico básico, se realizó la selección de materiales, dimensionamiento y simulación en softwares especializados. En el diseño a detalle se seleccionó el proceso de soldadura, el tipo de unión, la preparación de las juntas, selección de electrodos y la elección de los soportes externos de la coraza, silletas. Se realizó el análisis financiero del proyecto con el cálculo de la tasa interna de retorno (TIR) y el valor presente neto (VPN), para un periodo de 12 años. De acuerdo con el análisis realizado a los equipos se puede establecer que los diseños propuestos no solo garantizan unas condiciones de operación segura. Sino también presentan una tasa interna de retorno aceptable ya que se ubica por encima de la tasa mínima definida por la empresa cliente para el proyecto. A heat exchanger is a device used to transfer thermal energy between two or more fluids. The flows transfer thermal energy causing their latent or sensible heat to vary in them. This allows the recover energy and transforming it into another, such as the generation of electrical energy. This project is about the thermal and mechanical design process for two heat exchangers to the superheater vapor generation from syngas in the plant of YARA Colombia S.A.S placed in the city Cartagena (Bolivar), with the objective to use the high temperature syngas in the outlet of the second reformer in the plant and obtain power generation in a vapor turbine powered by vapor. It was realized the investigation and evaluation of the different heat exchanger configurations according to the specifications required for the company for this project. The conceptual design base on the literature and the alternative selection in guideline of the economical, security and feasibility. For the mechanical and thermal basic design, it was made the selection, sizing and simulation in specialized software. In the detail design was selected the welding process, the joint type, joint preparation, electrode selection and saddle election. It was made the economical analysis with the internal rate of return (IRR) and net present value (NPV) for a period of 12 years. Finally, according to the analysis carried out it can be set that the design obtained not only guaranty an optimal and safety operation but also the economic performance is adequate with an internal rate return higher that the limit made by the company.