Las aplicaciones industriales pesadas, como la fabricación, el procesamiento químico y la refinación de petróleo y gas, utilizan torres de enfriamiento y otros equipos para enfriar el agua que es parte integral de sus operaciones. A medida que las regulaciones ambientales y las desafiantes condiciones del mercado imponen mayores exigencias a estas industrias, están surgiendo tecnologías de enfriamiento mejoradas para ayudar a abordar los desafíos.
En la industria del petróleo y el gas, muchas torres de enfriamiento actualmente en servicio se construyeron como parte de la construcción original de la refinería y se están acercando rápidamente al final de su vida útil. Para satisfacer las demandas de producción modernas y los requisitos de la industria, estas torres deben actualizarse o reemplazarse con productos más eficientes y deben instituirse mejores planes de mantenimiento a largo plazo.
Operación y tipos de torres de enfriamiento
Las torres de enfriamiento son intercambiadores de calor especializados que reducen la temperatura del agua al ponerla en contacto con el aire. El agua, que ha sido calentada mediante un proceso industrial, se bombea a la torre de refrigeración a través de tuberías. El agua se pulveriza a través de boquillas sobre bancos de material de transferencia de calor llamado relleno, lo que ralentiza el flujo de agua a través de la torre de enfriamiento y expone la mayor superficie posible de agua para un máximo contacto aire-agua. A medida que el agua fluye a través de la torre de enfriamiento, también queda expuesta al aire que es arrastrado a través de la torre por un ventilador impulsado por un motor eléctrico.
Cuando el agua y el aire se encuentran, una pequeña cantidad de agua se evapora, creando una acción refrescante. Luego, el agua enfriada se bombea de regreso al equipo de proceso, donde absorbe calor. Luego será bombeado de regreso a la torre de enfriamiento para ser enfriado nuevamente.
Los diferentes tipos de torres de enfriamiento son adecuados para diferentes necesidades de enfriamiento industrial. Las torres construidas en campo (FEP) se construyen en el sitio, están diseñadas para grandes cargas de calor y están diseñadas para abordar la aplicación específica.
Torres construidas en el campo son muy adecuados para usos industriales pesados y energéticos, y se encuentran con frecuencia en refinerías y plantas de procesamiento químico.
Torres ensambladas en fábrica (FAP) se construyen en módulos en una instalación de fabricación y luego se envían a la planta de procesamiento en la menor cantidad de piezas posible para el ensamblaje final. Las torres ensambladas en fábrica están disponibles en muchas capacidades de enfriamiento y tamaños de caja, e incluyen componentes mecánicos y estructurales estandarizados.
Para refinerías y plantas de procesamiento químico, las torres de enfriamiento húmedo de circuito abierto, junto con intercambiadores de calor de carcasa y tubos o de placas y marco, proporcionan un método económico para rechazar el calor. Estas torres están diseñadas para temperaturas de bulbo húmedo y pueden enfriar el agua a una temperatura más baja que otras tecnologías. Pero las refinerías y plantas de procesamiento también emplean otros métodos para lograr el enfriamiento.
Intercambiadores de calor enfriados por aire
Las torres de enfriamiento evaporativo como las descritas anteriormente utilizan relleno de transferencia de calor para distribuir eficazmente el agua de proceso caliente y aumentar su superficie para un enfriamiento más eficiente. La desventaja es que muchos tipos de llenado requieren agua relativamente limpia para funcionar con eficacia. El agua de menor calidad que contiene partículas y desechos obstruirá el relleno y reducirá el rendimiento.
Para situaciones donde el agua es escasa, no está disponible o es costosa, los intercambiadores de calor enfriados por aire son una tecnología de enfriamiento alternativa. Los intercambiadores de calor enfriados por aire están diseñados para manejar las altas cargas de calor comunes en los procesos químicos y de petróleo y gas, requieren un mantenimiento poco frecuente y no evaporan el agua para enfriar.
Los intercambiadores de calor enfriados por aire utilizan únicamente flujo de aire para enfriar productos de hidrocarburos y otros fluidos en tubos. El fluido de proceso caliente de la planta fluye a través de tubos de aletas mientras que el aire frío fluye a través de ellos. Los intercambiadores de calor enfriados por aire funcionan bien para aplicaciones de hidrocarburos a temperaturas más altas. Estos intercambiadores de calor son empleados por la industria del petróleo y el gas porque no se requiere agua o mantenimiento químico del agua, y no crean la columna de vapor de las torres de evaporación. Sin embargo, debido a que están diseñados para temperaturas de bulbo seco, no pueden enfriar agua ni procesar fluidos a temperaturas tan bajas como las torres de enfriamiento húmedas.
También se emplean otros intercambiadores de calor especializados, como condensadores evaporativos y enfriadores de fluidos de circuito cerrado, para enfriar procesos y fluidos en todas las plantas químicas.
Desafíos para el petróleo y el gas
En las refinerías de petróleo y gas, los equipos industriales suelen estar revestidos o revestidos con agua corriente para enfriar los fluidos y absorber el calor del proceso. Este equipo genera una gran carga de calor que puede interrumpir las operaciones si no se maneja adecuadamente. Se utilizan torres de enfriamiento para enfriar el agua de este proceso para su reutilización. Las torres deben poder soportar la carga de calor, así como cualquier problema exclusivo de la industria. Las fugas en el proceso pueden provocar que los hidrocarburos contaminen el agua de refrigeración y viceversa. A menudo se utiliza agua no potable de menor calidad para enfriar los procesos de las plantas. Cumplir con las regulaciones ambientales que limitan los hidrocarburos, el uso de agua y las tasas de deriva presentan desafíos para los operadores de plantas. Las nuevas regulaciones de la industria a menudo requieren que las torres de enfriamiento reduzcan la tasa de deriva al 0,0005 por ciento del flujo de agua en circulación, lo que puede ser difícil de lograr en las torres de enfriamiento por evaporación más antiguas. Muchas torres de enfriamiento actualmente en uso no están equipadas para manejar estas demandas.
Hace unas décadas, las torres erigidas en el campo usaban comúnmente miembros estructurales de madera. Estas torres de enfriamiento están llegando al final de su vida útil, experimentan fallas mecánicas y requieren mantenimiento no planificado que interfiere con la producción y afecta la productividad de las instalaciones. El relleno de transferencia de calor en las torres también se degrada con el tiempo, obstruyéndose con desechos del agua de refrigeración sucia y descomponiéndose por el peso de los escombros.
Una buena parte de la industria necesita nuevas torres y mejores planes de mantenimiento a largo plazo. "Muchas de las torres de enfriamiento existentes están obsoletas o carecen de un mantenimiento adecuado", dice Alan Christian, presidente de Christian Power Equipment Inc., una empresa que se especializa en equipos para energía, procesos y control de la contaminación. "Es lo suficientemente significativo como para llamarlo una tendencia [en la industria]".
Reemplazo de torres antiguas
Reemplazar las viejas torres de enfriamiento de madera es una tarea desafiante. Debido a que son parte integral del proceso de producción, el mantenimiento, la reparación y el reemplazo deben realizarse dentro de cortos períodos de interrupción programados. Algunos reemplazos se realizan una celda de enfriamiento a la vez, lo que permite que la planta continúe operando, una práctica conocida como construcción en línea. A menudo es necesario alquilar equipos de refrigeración temporales.
Para combatir los desafíos logísticos de reemplazo y los altos costos, los fabricantes de torres de enfriamiento ofrecen torres tanto montadas en campo como ensambladas en fábrica. Las refinerías y plantas químicas pueden reemplazar las torres viejas y deterioradas con torres modulares construidas en el campo o torres preensambladas que son específicas del proyecto y del sitio.
"Muchas de estas refinerías se establecieron entre 1950 y 1970, cuando se construyeron las torres originales. Construyeron las refinerías alrededor [de las torres]", dice Pam McLaughlin, ingeniera de ventas de Hastik-Baymont Inc., una empresa que se especializa en ingeniería. Soluciones de equipos para las industrias de procesos y petróleo y gas. “La mayoría de los lugares, a menos que sean refinerías nuevas de base, no tienen mucho espacio para realizar reparaciones o reemplazos de torres en una cuenca que ya está construida. Simplemente no hay mucho espacio disponible”.
Soluciones montadas en campo: Para trabajar con estas limitaciones, algunos fabricantes han modularizado los procesos de producción y montaje en campo de torres de contraflujo erigidas en campo. A menudo, las torres de enfriamiento modulares se construyen más rápido y requieren menos área de instalación en comparación con los métodos tradicionales de construcción de torres, al tiempo que ofrecen las mismas capacidades para mantenerse al día con grandes cargas de calor. Los componentes modulares se pueden enviar "justo a tiempo" al lugar de trabajo, lo que reduce la duración de la construcción y los requisitos de mano de obra. Los procesos de ensamblaje son seguros y los módulos ensamblados uniformemente en fábrica garantizan una calidad constante del producto.
Consideraciones sobre la torre ensamblada en fábrica: Las torres de enfriamiento ensambladas en fábrica son una alternativa viable para aplicaciones de petróleo y gas. Ofrecen entrega e instalación rápidas y más flexibilidad de ubicación del sitio. También permiten interrupciones más breves y pérdidas de tiempo de producción. En caso de expansión, se pueden agregar celdas adicionales para proporcionar más capacidad de enfriamiento. Las torres de enfriamiento ensambladas en fábrica diseñadas para aplicaciones de procesos están disponibles en diseños de contraflujo o flujo cruzado e incluyen componentes estructurales de gran calibre resistentes a la corrosión y trenes de transmisión mecánicos construidos para brindar confiabilidad y una larga vida útil.
En conclusión, a medida que las demandas ambientales y del mercado ejercen presión sobre las refinerías de petróleo y gas y las plantas de procesamiento químico, deben tomar medidas para garantizar que sus instalaciones y equipos sean modernos y eficientes. Los sistemas de refrigeración antiguos y deteriorados deben ser reemplazados por nuevas tecnologías, fabricadas con materiales y componentes duraderos, respaldadas por fabricantes acreditados y respaldadas por ingenieros y técnicos de servicio expertos. Los sistemas de enfriamiento también deben ser parte de programas integrales de monitoreo y mantenimiento que extiendan la vida útil rentable del equipo y alerten a las plantas sobre problemas potenciales antes de que surja una crisis.
