- octubre 29, 2024
- Posted by: IMINOX
- Categoría: Procesos Industriales
Los intercambiadores de calor transfieren energía térmica tanto en procesos de calentamiento como de enfriamiento. Se utilizan ampliamente en las industrias petroquímica, química y de refinación donde los procesos de tecnología química (evaporación, rectificación, secado, etc.) están asociados con la necesidad de suministro o eliminación de calor. Debido a la amplia variedad de procesos en las industrias química y petroquímica, el conocimiento de los materiales utilizados en el diseño de intercambiadores de calor es de suma importancia para los fabricantes.
La formación de incrustaciones disminuye la eficiencia del intercambio de calor. Los fluidos corrosivos asociados con una mayor formación de incrustaciones pueden deberse a la selección de materiales inadecuados o de calidad inferior, por lo que es muy importante que los fabricantes conozcan las propiedades físicas y mecánicas que requieren tener los materiales para evitar este problema, las cuales describimos a continuación:
1. Propiedades físicas. Coeficiente de transferencia de calor alto (que requiere una alta conductividad térmica para el material de los tubos/tuberías), coeficiente de expansión térmica lo más bajo posible considerando los materiales utilizados para las placas de tubos/láminas, el soporte de los tubos y la carcasa para proporcionar resistencia a los ciclos térmicos.
2. Propiedades mecánicas. buenas propiedades de resistencia a la tracción y a la fluencia (alta resistencia a la rotura por fluencia a la temperatura de operación más alta y ductilidad de fluencia adecuada para adaptarse a la deformación localizada en las hendiduras). Buen comportamiento a la fatiga, a la fatiga por corrosión y a la fatiga por fluencia.
La formación de incrustaciones también se puede deber a defectos de diseño que provocan una transferencia de calor variable, a la degradación de la resistencia al flujo y a caídas de presión.
La mayoría de los aceros inoxidables austeníticos con un contenido de cromo de al menos 18 % se pueden utilizar a temperaturas de hasta 870 °C, mientras que los grados 309 y 310 pueden tolerar temperaturas de hasta 1150-1200 °C. La alta tenacidad y resistencia al impacto del grado 310, significan que tiene buena resistencia a las fracturas. Los grados 309 y 310 también ofrecen resistencia a la corrosión.
Temperatura máxima de servicio (°C) en acero inoxidable de grado austenítico:
Aunque el acero inoxidable austenítico 310 está sujeto a agrietamiento por corrosión bajo tensión, es más resistente que los grados 304 ó 316. Tiene buena resistencia a la oxidación en servicio intermitente en aire a temperaturas de hasta 1040 °C y en servicio continuo a 1150 °C. También tiene buena resistencia a la fatiga térmica y al calentamiento cíclico, mostrando durabilidad, tenacidad, alta resistencia a la tracción, resistencia a la corrosión y estabilidad a temperaturas elevadas.
Los intercambiadores de calor fabricados con austenítico 310, se utilizan para procesos de enfriamiento y calentamiento en calefacción de espacios, refrigeración, aire acondicionado, centrales eléctricas, plantas químicas, unidades petroquímicas, refinerías de petróleo, gas natural, piezas de hornos de tratamiento térmico y tratamiento de aguas residuales.
La diferencia entre los grados 310 y 310S es el contenido de carbono. Ambos grados se utilizan en aplicaciones de alta temperatura. El menor contenido de carbono del 310S minimiza la precipitación de carburo y mejora la soldabilidad. Las propiedades mecánicas de ambos grados son las mismas.
Ambos grados contienen un 25 % de Cr y un 20 % de Ni, lo que los hace muy resistentes a la oxidación y la corrosión. El grado 310S es menos propenso a la fragilización y la sensibilización en servicio. El alto contenido de Cr y Ni hace que estos aceros sean adecuados para aplicaciones que reducen las atmósferas de azufre que contienen ácido sulfhídrico. Ambos se utilizan ampliamente en atmósferas moderadamente carburantes, como las que se encuentran en entornos petroquímicos. Sin embargo, para atmósferas de carburación más severas, no se recomienda el grado 310 para un temple líquido frecuente, ya que sufre choque térmico.
Es importante resaltar los siguientes factores que presentan los grados 310 y 310S:
1. Características de fabricación. Los tubos, placas y láminas rolados de acero inoxidable austenítico 310 y 310S en estado trabajado, y cualquier componente forjado, se pueden utilizar para fabricar los intercambiadores según el diseño, ya que estos grados pueden soportar temperaturas de trabajo en el rango de 975 a 1175 °C.
2. Mecanizado. La maquinabilidad de los grados 310 y 310S es similar a la de los grados 304 y 316. El endurecimiento por deformación puede ser un problema y es habitual minimizar la capa endurecida por deformación utilizando velocidades lentas y cortes fuertes con herramientas afiladas y buena lubricación. Se utilizan máquinas potentes y herramientas pesadas y rígidas.
3. Soldabilidad. Los grados 310 y 310S ofrecen excelente soldabilidad cuando se sueldan utilizando metal de aporte; si solamente se funde sin aporte, es probable que ocurra agrietamiento en caliente debido a la nula formación de ferríta.
En conclusión: el alto contenido de níquel de la austenita de grado 310 es superior a los grados 304, 316, 321 y 309. Combina una alta resistencia a la corrosión y propiedades a altas temperaturas con buenas características de ductilidad y fabricación. Debido a la composición química de este grado, con cromo hasta un 25% y níquel hasta un 20%, los productos fabricados en grado 310 proporcionan una sólida resistencia a la corrosión, excelente resistencia a la oxidación y una resistencia superior a altas temperaturas de hasta 1150 °C.
Referencia bibliográfica:
Artículo es extraído de https://stainless-steel-world.net/modern-petrochemical-heat-exchangers-in-aisi-310/