Simulação da deposição e seu envelhecimento em trocadores de calor

Abstract

RESUMO: Nas refinarias de petróleo, a incrustação em trocadores de calor é um problema bastante conhecido. Para descrever esse fenômeno o modelo mais empregado na literatura é o de Ebert-Panchal modificado. Além da deposição, as suas características físico-químicas e estruturais são alteradas, processo conhecido como envelhecimento. O modelo matemático de envelhecimento mais simples da literatura é o modelo de duas camadas. O conhecimento desses dois fenômenos, a deposição e seu envelhecimento, é importante para avaliar a performance termohidráulica dos trocadores de calor que compõem as baterias de pré-aquecimento das refinarias. Na literatura, para os estudos da incrustação nos trocadores de calor do tipo casco e tubo, são poucos os trabalhos que consideram a incrustação do lado do casco. Assim, o objetivo desse trabalho foi simular, em ambiente Scilab, a deposição e seu envelhecimento em trocadores de calor do tipo casco e tubo, com incrustação em ambos os lados, avaliando os seus impactos térmicos e hidráulicos nos trocadores de calor das refinarias de petróleo. Neste trabalho, foram considerados a incrustação ocorrendo em ambos os lados do trocador e o envelhecimento ocorrendo somente do lado dos tubos. Foi utilizado o modelo de Ebert-Panchal modificado para o lado dos tubos e uma taxa de deposição constante para o lado do casco. O modelo de duas camadas foi empregado para descrever o processo de envelhecimento. Os resultados mostraram que os impactos do envelhecimento são importantes na avaliação termohidráulica. Além disso, a metodologia apresentada, apesar da sua simplicidade, levou a resultados coerentes com os da literatura

ABSTRACT: In an oil refinery, fouling in heat exchangers is a well-known issue. To describe this phenomenon, the most accepted model in the literature is the modified Ebert-Panchal one. Additionally, physicochemical properties and the structure of the deposition change over time, which is known as the aging process. The two layers model is the simplest mathematical model of aging in the literature. Understanding both phenomena, the fouling and its aging, is important to evaluate the thermo-hydraulic performance of the heat exchangers of the preheating batteries in refineries. In the literature, for studies of fouling in the shell-and-tube type heat exchanger, few papers consider fouling on the shell side. Thus, the objective of this work was to simulate in Scilab the deposition and its aging in shell-and-tube heat exchangers, with fouling on both sides, evaluating its thermal and hydraulic impacts on heat exchangers in oil refineries. In this work, fouling occurs on both sides of the exchanger, and aging occurs only on the tube side. The Ebert-Panchal modified model was used for the tube side and a constant deposition rate for the shell side. The two-layer model was employed to describe the aging process. The results showed that the aging impacts are important in thermo-hydraulic analysis. In addition, the presented methodology, despite its simplicity, led to results consistent with those from the literature