curso petroleo

SSSeeecccaaadddooo eee

IIInnnssstttaaalllaaaccciiiooonnneeesss dddeee

RRReeefffrrraaaccctttaaarrriiiooosss,,, SSS...AAA...

CIUDAD GUAYANA, JULIO 2.004

SS II RR SS AA

MATERIALES REFRACTARIOS PARA LA

INDUSTRIA DEL PETROLEO Curso Nivel Básico e Intermedio

Elaborado por:

Lic. Nestor García

SSSeeecccaaadddooo eee

IIInnnssstttaaalllaaaccciiiooonnneeesss dddeee

RRReeefffrrraaaccctttaaarrriiiooosss,,, SSS...AAA...

CIUDAD GUAYANA, JULIO 2.004

SS II RR SS AA

MATERIALES REFRACTARIOS PARA LA INDUSTRIA DEL PETROLEO Curso Nivel Básico e Intermedio

MMMAAATTTEEERRRIII AAALLL EEESSS RRREEEFFFRRRAAACCCTTTAAARRRIIIOOOSSS PPPAAARRRAAA LLL AAA IIINNN DDDUUUSSSTTTRRRIIIAAA DDDEEELLL AAALLLUUUMMMIII NNNIII OOO

CURSO SIR-04-002

I N D I C E

A.-MATERIALES REFRACTARIOS

1. INTRODUCCIÓN. 2. DEFINICIÓN. 3. CONO PIROMÉTRICO EQUIVALENTE. 4. TABLA PERIÓDICA DE LOS ELEMENTOS. 5. REACCIONES QUÍMICAS. 6. CARACTERÍSTICAS DEL OXIDO REFRACTARIO ÚTIL EN LA PRACTICA. 7. CARACTERÍSTICAS DE LOS ÓXIDOS REFRACTARIOS. 8. TABLA PERIÓDICA DE LOS ÓXIDOS REFRACTARIOS. 9. CARACTERÍSTICAS DEL REFRACTARIO IDEAL. 10. REQUERIMIENTO DEL REVESTIMIENTO REFRACTARIO. 11. FACTORES ASOCIADOS A LA VIDA DEL REVESTIMIENTO. 12. CRITERIOS DE SELECCIÓN DEL REFRACTARIO. 13. CLASIFICACIÓN DE LOS REFRACTARIOS:

DE ACUERDO A SU PRESENTACIÓN DE ACUERDO A SU LIGA NATURALEZA QUÍMICA. NATURALEZA FÍSICA

14. PROPIEDADES FISCO-QUÍMICAS DE LOS REFRACTARIOS. 15. FABRICACIÓN DE REFRACTARIO. 16. SISTEMA DE ANCLAJE, 17. RECOMENDACIONES PARA LA INSTALACIÓN DE MATERIALES

REFRACTARIO: 1. CASTABLES 2. PROYECTABLES 3. PLÁSTICOS 4. LADRILLOS.

B.-TRANSFERENCIA DE CALOR

1. MARCO TEÓRICO: CALOR. GENERACIÓN. MEDICIÓN. TRANSMISIÓN. MECANISMO:

a. CONDUCCIÓN. b. RADIACIÓN. c. CONVECCIÓN:

CONSTANTE DE CONVECCIÓN. TIPO DE CONVECCIÓN.

2. TRANSFERENCIA DE CALOR Y CÁLCULOS:

PERDIDA DE CALOR.


CURSO SIR-04-002

MÉTODO SIMPLIFICADO PARA CALCULAR LA TRANSFERENCIA DE CALOR:

a. APLICACIÓN DEL MÉTODO: GRAFICA. PRACTICA.

b. EXACTITUD DEL MÉTODO.

C.- PROCESO DE SECADO

1. CONCEPTO BASICOS 2. CONSIDERACIONES DEL PROCESO DE SECADO 3. CURADO

a. CONDICIONES DE TEMPERATURA b. METODOS DE CURADO

4. SECADO 5. COCCION 6. CALENTAMIENTO 7. SECADO CONVECCTIVO 8. CURVAS 9. EQUIPO DE SECADO SIR, S.A. 10. PROCESO DE SECADO SIR, S.A 11. PERSONAL SIR, S.A..

D.-MATERIALES REFRACTARIO PARA LA INDUSTRIA DEL PETROLEO Y PETROQUIMICA

1. INDUSTRIA DEL PETROLEO:

PRE-CALENTADORES. UNIDAD DE CRAQUEO CATALITICO (FCCU) UNIDAD DE HIDRODESULFURACION REFORMADOR CATALITICO HIDRO-CRAQUEO UNIDAD RECUPERDORA DE AZUFRE REACTOR TERMICO

2. INDUSTRIA PETROQUIMICA:

PLANTA DE AMONIACO REFORMADOR PRIMARIO PLANTA DE METANOL REFORMADOR SECUNDARIO PLANTA DE OLEFINAS PLANTA DE BUTADIENO

3. CRITERIO DE SELECCIÓN DE MATERIALES REFRACTARIO PARA LAS DIFERENTES ZONAS DE LAS UNIDADES.

4. DISENO DEL REVESTIMIENTO PARA LAS UNIDADES DE PROCESO.


CURSO SIR-04-002 PAG: 1

A.-MATERIALES REFRACTARIOS



1.-INTRODUCCIÓN

El objetivo de este curso es dar una visión del conjunto del campo de los materiales refractarios. Transmitir una serie de conocimientos básicos sobre la químico-física de estos materiales, que den al participante una herramienta suficiente para discernir cuáles son los parámetros más significativos en el momento de diseñar, procesar o elegir un material refractario para una aplicación determinada. A lo largo del curso se ilustrará cómo las propiedades de un material vienen determinadas por su matriz, la cual es consecuencia del proceso seguido para su manufactura. Para mejorar un material refractario es necesario un buen conocimiento de todos los aspectos de la tecnología cerámica, ya que en la fabricación de los materiales refractarios, todos los pasos del proceso afectan a las propiedades del producto. Se explicarán las reacciones de un refractario con su entorno en sus aplicaciones más habituales, exponiendo casos reales. Igualmente se profundizará en la causa o causas de los fallos de los materiales refractarios en servicio. A manera de reflexión generalmente los costos de los refractarios son solamente entre el 5% al 8% los costos totales de producción, pero una parada por fallas prematura en el revestimiento refractario incrementan estos costos totales 3 a 4 veces mas. Es por eso que parte de nuestro norte es difundir de manera concienzuda lo que significa la ciencia de los refractarios y los criterios que han de ser considerados cuando se manejen estos materiales. Hoy en día muchos países invierten considerables sumas de dinero solamente para la investigación y desarrollo de estos materiales. Cabe mencionar a:

- Japón invierte aprox. U.S. $ 530 millones / año en investigación y desarrollo de materiales, de los cuales U.S. $ 200 millones corresponden a cerámicas con una participación en el mercado mundial del 65%.

- Estados Unidos invierte aprox. U.S. $ 340 millones / año en investigación de materiales, cerca de U.S. $ 100 millones corresponden a cerámicas con una participación del 25% en el mercado mundial.

- Alemania y Francia se encuentran en un tercer lugar en el desarrollo de cerámicas con un atraso de cerca de 5 años respecto a Japón y Estados Unidos. Alemania invierte U.S. $ 970 millones/año en materiales.

En concordancia con esta visión del mundo refractario, Secado e Instalaciones de Refractarios ha tenido desde sus inicios como misión ser una empresa adecuada tecnológicamente a la constante evolución de los materiales refractarios y compartir nuestros conocimientos y experiencias con nuestros clientes mediante cursos y asesorías técnicas especializadas. Todo esto esta enmarcado dentro de nuestro sistema de gestión de la calidad basado en la norma ISO-9000-2000 con una relación ganar-ganar con nuestros cliente.



Con este curso, nos relacionaremos con sus aplicaciones en la industria de petróleo y

petroquímica, de tal forma que podamos minimizar todas las “sorpresas” cuando se

diseña, instala y se inspecciona un revestimiento refractario en las unidades de

proceso. Además de tener una mejor predicción en la planificación del

mantenimiento predictivo de los mismos.

Este curso dará a los asistentes los conocimientos y herramientas mínimas, para un buen entendimiento, cuando se diseñan y manejan materiales refractarios relacionados con la refinería, así como el de comprender como las propiedades físicas-químicas de los mismos hacen frente a las condiciones de operación de los equipo utilizados en la refinación de petróleo y procesos petroquímicos. Además de guiarlos a comprender los sistemas de anclajes del revestimiento refractarios, además que se tenga una buena comprensión de los resultados óptimos que se obtienen cuando se hace una juiciosa selección de los productos refractarios, contratistas de instalación, y procedimientos de instalación y la habilidad a registrar y juzgar cuáles revestimientos deberían repararse / reemplazados. En octubre, 1996, el Instituto Americano del Petróleo (API) recomendó la practica 936 "GUIA DE CONTROL DE CALIDAD EN LA INSTALACION DE MATERIALES REFRACTARIOS: Instalación, Inspección y Pruebas de revestimiento Refractarios Monolíticos”. Este documento estaba preparado en un esfuerzo para asistir en proveer una práctica uniforme para el control de materiales refractarios, su instalación, experimentar e inspección. La experiencia a la fecha indica que el valor dado para aplicar la RP 936 no es bien conocido o entendido. Este curso ayudará al asistente en ganar una buena comprensión del valor o ayuda del RP 936.

Los revestimientos refractarios son muy críticos para el desempeño eficiente y seguro del equipo de la refinería. Pero a menudo se les da poca importancia en lo que se refiere a diseño, la instalación y la inspección. Los costos del revestimiento refractario puede ser bajos, pero fallas inesperadas o prematuras de estos, por un mal manejo en la selección e instalación de los mismos, pueden conllevar a costos sumamente elevados. La elección del material correcto del revestimiento puede ser muy crítica para la operación de la unidad. Es por eso que hoy día, constantemente, hay grandes inversiones en el desarrollo de nuevos productos refractarios para lograr un revestimiento óptimo que mejore la eficiencia de las unidades de proceso. Al mismo tiempo, sobre lo que se tiene, se pueden introducir mejoras (método de instalación, curado y secado….) que puedan proveer prestaciones significativas y exitosas en la misma unidad. La industria petrolera debería dar la bienvenida a tales avances y debería hacer cada esfuerzo para provocar mejoraras a los revestimientos refractarios y así conservar los costos dentro de lo razonable. En el pasado, muchos tipos refractarios podrían ser considerados genéricos y eran provistos por cualquier compañía fabricante de refractarios. Un problema crucial en el pasado fue que la selección de materiales refractarios, de diferentes proveedores, daban resultados experimentales diferentes para productos genéricos con similar calidad. Hoy día, vamos camino hacia la estandarización



de pruebas selectivas; y es por eso que debe existir siempre una interrelación entre el fabricante, instalador y usuario de estos materiales.

2.-DEFINICIÓN

Tratar de definir lo que realmente y como funciona un material refractario es algo complicado, sucede igual cuando tratamos de dar un concepto de una mesa, tenemos la visión de lo que es pero no lo podemos definir con palabras. De hecho los refractarios son materiales de construcción y por lo tanto están sujetos a diferentes tipos de fuerzas destructivas que tienen en común las altas temperaturas, lo cual requiere su estabilidad física y química en toda ocasión. Se utilizan en muchas industrias como elementos de los hornos. Son elementos fundamentales en industrias tales como las del aluminio, hierro y acero, vidrio, cemento, etc...,

Hay tres maneras de dar una definición de lo que es un refractario:

Desde el punto de vista práctico. Desde el punto de vista químico. Desde el punto de vista físico.

Desde el punto de vista práctico: Son materiales que tienen estabilidad química y resistencia mecánica a alta temperatura, en general superior a 1400 ºC por lo que podemos afirmar que un refractario es todo material no metálico estable a altas temperaturas.

De acuerdo con I.S.O. R 836, la definición de materiales refractario se limita a la definición de la resistencia mínima al calor, es decir el punto mínimo de ablandamiento

Desde el punto de vista químico: Son sistemas de múltiples componentes oxidados y por tanto con enlaces interatómicos fuertes. Los refractarios son materiales con puntos de fusión elevados Desde el punto de vista físico: Son productos policristalinos que contienen una o más fases cristalinas y usualmente fase líquida o vítrea. Las propiedades físicas de estos materiales dependen de la micro estructura o textura del material se determina mediante las técnicas de microscopia óptica y electrónica. En el mundo del petróleo la definición de refractario es resumida en el Glosario de API RP 936: “Son materiales No-metálicos con propiedades químicas y físicas que hacen de ellos aplicable para las estructuras, o como componentes de sistemas, que está expuesto a temperaturas por encima de l000 ° F (538 ° C). Mientras su función primaria es resistencia para la alta temperatura, usualmente también deben resistir otras influencias destructivas, tal como la abrasión, presión, el ataque del producto químico, y el cambio brusco de temperaturas”.



De manera concluyente el concepto que estaremos manejando es el de uso práctico el cual podemos resumirlo de la siguiente forma:

“El punto mínimo de ablandamiento a la acción del calor”

Las tres funciones primordiales de los materiales refractarios para los servicios de la refinería son: Aislamiento, Resistencia a la Corrosión y Resistencia a la Erosión. Actualmente, la combinación de esas tres funciones es normalmente requerida para cada uno de los servicio de la refinería; sobresaliendo alguna de ellas sobre las otras, dependiendo en donde el material refractario debe ser usado en la unidad de proceso.

1.-Aislamiento: Por la definición arriba, los materiales refractarios son diseñados para la exposición de temperatura por encima de l000 ° F (538 ° C). Los metales que constituyen las unidades de proceso comienzan a ser afectados a temperaturas en el rango de l000 ° F (538 oC), es importante, por eso, diseñar e instalar revestimientos refractarios dentro de las unidades para reducir las temperaturas del acero de construcción y conservar el calor de proceso y así mejorar la eficiencia de la unidad. Las unidades con revestimiento refractario tienen unas temperaturas de trabajo entre 500 ° F(260 ° C) y 3400 ° F (1871"C). Los materiales refractarios son diseñados para hacer frente a estas temperaturas y requerimientos aislantes dentro de estos rangos de temperaturas. A medida que hay cambios de condiciones de temperaturas dentro de las unidades de proceso, se requieren nuevos diseños de revestimiento refractario.

2.- Resistencia a la Corrosión Dentro de la mayoría de unidades de la refinería, hay cierta preocupación por la corrosión del revestimiento refractario y por los componentes estructurales. A medida que las temperaturas aumentan, deben hacerse cambios para enfrentar los cambios de corrosión que ocurren. A bajas temperaturas, por ejemplo, cuando se desea conservar calor, gases condensados de proceso en la chapa metálica causará corrosión de la misma. A temperaturas superiores, la corrosión de la chapa metálica no es tan importante como podría ser la corrosión del material refractario debido a las impurezas del gas de proceso. Algunas impurezas de proceso que causan corrosión son ácido Sulfúrico, ácido Clorhídrico, Acido Fluorhídrico, Vanadium, Sódicas, y bajo condiciones reductoras, Monóxido De Carbono y posiblemente hidrocarburos livianos. 3.-Resistencia a la Erosión

En unidades con lechos fluidizado donde el coque y el catalizador son contenidos en corrientes de proceso, siempre habrá una preocupación acerca de erosión o la abrasión del revestimiento refractario y o los componentes de la chapa metálica. Algunos materiales refractarios son diseñados para resistir sólo erosión, como válvulas corredizas y ciclones. En las líneas de transferencia para equipo fluidizado, los revestimientos refractarios deben ser diseñados para que aíslen térmicamente la chapa metálica y para resistir a la erosión.



3.-CONO PIROMÉTRICO EQUIVALENTE.

Para cada temperatura de ablandamiento del refractario se le ha asignado un numero de una escala establecida: “La escala del Cono Pirométrico Equivalente”.

Es un método estándar para evaluar el ablandamiento de los refractarios a alta temperatura. Un grupo de muestras a ser evaluada por este método son moldeadas en forma de cono y colocadas en una placa cerámica junto a muestra estándares cuyo valor del CPE son conocidos. La placa es calentada a una velocidad fija hasta ablandar y doblarse. El numero del cono estándar de quién toca la placa al mismo tiempo que la del cono de la prueba se divulga como el valor del PCE del cono de la prueba. El CPE no da un valor exacto del punto de fusión del material sino más bien evalúa la calidad del refractario.

La refractariedad de las materias primas, mezclas, o productos cerámicos se estima por comparación con mezclas de propiedades conocidas, es decir cono pirométricos. Los conos pirométricos son registradores calor-trabajo, es decir que no registran directamente la temperatura, sino una combinación de temperatura y velocidad de calentamiento. Para obtener resultados reproducibles en los ensayos C.P.E. debe adoptarse, por lo tanto, una velocidad de calentamiento normalizada.

La tabla siguiente muestra algunos valores del CPE:

CONO PIROMETRICO EQUIVALENTE

Cono (SK) Temperatura (oC) Tiempo (min.) Tiempo Total (min.)

12 1337 45 45

13 1349 5 50

14 1398 19 69

15 1430 13 82

16 1491 24 106

. . . .

. . . .

. . . .

36 1804 7 141

37 1820 7 166

4.-TABLA PERIÓDICA DE LOS ELEMENTOS.

Sistema periódico o Tabla periódica, es el esquema de todos los elementos químicos dispuestos por orden de número atómico creciente y en una forma que refleja la estructura de los elementos. Los elementos están ordenados en siete hileras horizontales, llamadas periodos, y en 18 columnas verticales, llamadas grupos.

En ella se establece que todos los elementos a la derecha tienen un carácter ácido y son receptores de uno o varios pares de electrones y aquellos que están a la izquierda tienen



un carácter básico y son donantes de uno o varios pares de electrones. Esta teoría también tiene la ventaja de que es válida cuando en el sistema elegido existe una fase liquida que puede ser diferente al agua. Según esto, elementos de ambos lados de la tabla periódica pueden reaccionar si y solo existe un elemento de estos en fase liquida.

El carácter ácido es mayor si el elemento se encuentra más hacia la derecha y el carácter básico es mayor mientras más a la izquierda esta el elemento.

También podemos observar que existe un grupo de elementos en la parte central y su carácter será ácido o básico mientras más esta a la derecha o a la izquierda se encuentre.

4.-REACCIONES QUÍMICAS.

Reacción química, es el proceso en el que una o más sustancias (los reactivos) se transforman en otras sustancias diferentes (los productos de la reacción).

Los productos obtenidos a partir de ciertos tipos de reactivos dependen de las condiciones bajo las que se da la reacción química. No obstante, tras un estudio cuidadoso se comprueba que, aunque los productos pueden variar según cambien las condiciones, determinadas cantidades permanecen constantes en cualquier reacción química. Estas cantidades constantes, las magnitudes conservadas, incluyen el número de cada tipo de átomo presente, la carga eléctrica y la masa total.

La cinética química, que estudia la velocidad de las reacciones, contempla tres condiciones que deben darse a nivel molecular para que tenga lugar una reacción química: las moléculas deben colisionar, han de estar situadas de modo que los grupos que van a reaccionar se encuentren juntos en un estado de transición entre los reactivos y los productos, y la colisión debe tener energía suficiente (energía de activación) para que se alcance el estado de transición y se formen los productos. Todo esto se logra se algunas de las fases de los reactivos forma una fase liquida. Del punto anterior podemos concluir las siguientes situaciones:

ÁCIDO + ÁCIDO NO HAY REACCIÓN

BASE + BASE NO HAY REACCIÓN

ÁCIDO(S) + BASE(S) NO HAY REACCIÓN

ÁCIDO(L) + BASE(S) HAY REACCIÓN

ÁCIDO(L) + BASE(L) REACCIÓN VIOLENTA



6.- CARACTERÍSTICAS DEL OXIDO REFRACTARIO ÚTIL EN LA PRACTICA.

Las siguientes características deben ser consideradas para que un oxido pueda ser considerado como un refractario útil en la práctica:

Punto de fusión: temperatura a la que un sólido sometido a una presión determinada se transforma en líquido. Un oxido a ser considerado tiene que tener por lo menos un punto de fusión por arriba de los 1.400 °C.

Volatilidad: es el proceso mediante el cual un sólido a ser sometido a condiciones de presión y temperaturas elevadas pasa del estado sólido a gas. Un oxido a ser

considerado no debe ser volátil a la temperatura de operación del horno. Hidratación: es el proceso mediante el cual un sólido adsorbe cierta cantidad de

agua para convertirse en un hidrato o sólido unido químicamente al agua. Los óxidos a ser considerados como refractarios no deben presentar ningún grado de hidratación.

Reductividad: es una propiedad que presentan ciertos materiales a experimentar cambios estructurales por variaciones en el grado de combinación por la acción de un agente externo. Una consecuencia inmediata es el cambio en el volumen de los cuerpos. Los óxidos a ser considerados como refractarios deben presentar estabilidad volumétrica por la acción de agentes externos.

Toxicidad: Se habla de toxicidad cuando la exposición prolongada a una sustancia, en dosis normalmente moderadas, causa un daño orgánico mensurable. Los óxidos refractarios en su mayoría son manejados con un alto grado de libertad, es por eso que los óxidos a ser considerados como refractario no debe iniciar daños orgánicos sobre las personas que los manipulan, en estos casos no se puede considerar el termino medianamente toxico, sino mas bien no-tóxicos.

Costos y / o disponibilidad: la alta frecuencia y la no predicibilidad de un mantenimiento refractario requiere que los óxidos considerados o a ser considerados como refractarios deben estar disponible en el mercado y a un costo económico.

7.-CARACTERÍSTICAS DE LOS ÓXIDOS REFRACTARIOS.

Por lo dicho en el punto anterior se puede resumir que un oxido refractario debe exhibir las siguientes características:

Punto de fusión: elevado. Volatilidad: baja Hidratabilidad: baja Reductivilidad: baja Costos y / o disponibilidad: bajo costos y alta disponibilidad en

el mercado

La mayoría de los elementos de la tabla periódica forman óxidos que solamente funden cuando son sometidos a la acción del calor (independientemente cual sea la fuente generadora de calor), este principio los considera como refractarios ya que no violan el concepto practico que anteriormente hemos anunciado. Sin embargo es bien sabido que



para nuestro interés de proteger los equipos de proceso requeriremos siempre de un oxido que por lo menos tenga un punto de fusión por arriba de 1400 °C. Aplicando este criterio a la tabla periódica, solamente 18 elementos cumplen con esto. Estudiando las otras cuatros características:

Oxido Hidratable Volatilidad Reducible Costo y / o Disponibil.

Bario + - - +

Estroncio + - + +

Calcio + - - -

Lantano + - - +

Zinc - + + +

Níquel - - + +

Cobalto - - + +

Titanio - - + +

Cerio - - - +

Cromo - + + -

Uranio - - - +

Itrio - - - +

Berilio - Toxico - +

Torio - - - +

Zirconio - - - +

Aluminio - - - -

Magnesio - - - -

Silicio - - - -

Podemos observar que la tabla periódica queda reducida solamente a tres elementos a ser considerados como óxidos refractarios útil en la práctica:

Aluminio. Magnesio. Silicio.

8.-TABLA PERIÓDICA DE LOS ÓXIDOS REFRACTARIOS.

Con el análisis hecho en los puntos 6 y 7 podemos ver que la tabla periódica queda reducida a la siguiente:



Podemos observar que en esta agrupación periódica aparecen elementos que fueron descartados por su bajo punto de fusión, pero no pueden ser descartadas ya que ellos se presentan como pequeñas impurezas. Además observamos como el cromo esta representado, aun cuando se presenta a ser toxico, y es por sus propiedades de piro- plasticidad que otorga al refractario conformado.

9.-CARACTERÍSTICAS DEL REFRACTARIO IDEAL

Un refractario requerido para hacer frente a todas las fuerzas destructivas prevaleciente en un horno debe cumplir con las siguientes características:

Resistencia a elevadas temperaturas. Resistencia al choque térmico. Resistencia a la corrosión. Resistencia a todo tipo de escoria. Resistencia al ataque de metales fundidos. Resistencia al ataque de vidrios fundidos. Resistencia al ataque de diferentes atmósferas. Resistencia a la compresión en frió. Resistencia a esfuerzos de compresión a altas temperaturas. Alta densidad. Baja porosidad. Baja permeabilidad. Bajo coeficiente de expansión térmica. Existencia en el mercado. Bajo costos.

Li2O

Na2O

K2O

MgO

CaO

B2O3

Al2O3

Cr2O

SiO2

MnO

P2O5

FeO

Fe2O3

V2O5 TiO2

ZrO2



10.-REQUERIMIENTO DEL REVESTIMIENTO REFRACTARIO.

Todas las experiencias acumuladas sobre la operación de un horno, en el cual siempre están presente fuerzas destructivas de los tipos mecánicos, químicos y térmicos requiere de un revestimiento refractario ejecutado con el descrito en el punto anterior: “EL REFRACTARIO IDEAL”. Este refractario en la realidad no existe.

Es por eso que todo horno debe dividirse en diferentes zonas, en la cual se identifiquen todos los esfuerzos prevalecientes, de tal manera que se seleccione el material especifico para contrarrestar esos esfuerzos destructivos. En conjunto, todas las calidades seleccionadas mostraran las bondades del refractario ideal y darán al revestimiento refractario las siguientes características:

Resistencia mecánica. Resistencia a altas temperaturas. Estabilidad ante las variaciones de temperatura. Poder refractario bajo presión. Resistencia al ataque químico. Resistencia a la abrasión. Estabilidad de volumen. Resistencia a la conducción de calor.

11.-FACTORES ASOCIADOS A LA VIDA DEL REVESTIMIENTO. La calidad y vida del revestimiento refractario no solamente esta asociada a la calidad del material seleccionado, sino que depende de otros factores:

Diseño del horno. Instalación de los materiales refractarios. Operación del horno.

12.-CRITERIOS DE SELECCIÓN DEL REFRACTARIO.

Un revestimiento nuevo a ser diseñado y ejecutado se deben tomar estadísticas en cuanto a:

Temperatura de operación del equipo. Resistencia al ataque químico y / o escorias. Reacciones al ataque de gases y reacciones producidas por los gases. Resistencia a los cambios de temperatura. Resistencia a la abrasión mecánica. Protección de la chapa metálica del horno. Disponibilidad y / o costos.

13.-CLASIFICACIÓN DE LOS REFRACTARIOS:



Los materiales refractarios pueden ser clasificados dependiendo de:

a. De acuerdo a su presentación b. De acuerdo a su liga c. Naturaleza química. d. Naturaleza física

a) De acuerdo a su presentación:

Además de las funciones descritas del materiales refractarios, ellos son clasificados según cómo son formados y / o instalado. Las dos clasificaciones principales son: los revestimientos con ladrillo preformado y los castable que son materiales utilizados para revestimiento monolítico.

a.1.- Materiales para revestimiento refractario preformados (ladrillos):

En tiempo atrás, los únicos tipos de revestimiento refractario usados en aplicaciones de alta temperatura fueron hechos con ladrillo. Lo conservador y la tecnología no había promovido cualquier adicional a esto. El uso de ladrillos requirió albañiles muy expertos. Los ladrillos son enviado preformado y cocidos; y en la mayoría de los casos el tiempo requerido para ejecutar un revestimiento es mayor que el de los castables o moldeables. Los ladrillos son todavía necesarios para ciertas aplicaciones en refinerías porque son prensados y cocidos en una variedad de formas y con ligante cerámico ya constituido. Los diversos tipos de ladrillos llenan los requisitos para el rango entero de temperatura para las unidades de proceso tanto en la industria petroquímica como de refinería.

Hay también una gama de ladrillos aislantes preformados y están disponibles para el rango de temperatura deseado. El material refractario para construcciones monolíticas, o sea los castables y mezclas de proyección, no están a menudo químicamente y pirometricamente resistente como los revestimientos refractarios de ladrillo. Sin embargo las expansiones de los ladrillos son más críticas para este tipo de revestimiento que los revestimientos monolíticos.

Ladrillos y bloques: la mayor parte de los refractarios se emplean en forma de ladrillos o bloques confeccionados, secados y cocidos en hornos cerámicos, con un proceso muy controlado:

a.2.- Materiales para revestimiento refratario monoliticos:

Un revestimiento monolítico es aquel que es construido con un castable o con un material plástico, aplicado por vaciado-vibración, proyección, percusión o aplicado a mano.

Al hablar de instalación de revestimiento monolíticos, hablamos de una instalación en condiciones de adición de agua o humedad ya contenida por los materiales a



conformar el monolítico. La cantidad de agua que se ha agregado durante la manufactura del material o que debe agregarse para un material refractario monolítico durante la instalación determina la clasificación del tipo refractario y cómo puede ser instalado. En los diagramas de consistencia de material, el nivel de adición de agua es conocido como la fase polvorienta de la mezcla. Como uno añade mas agua, la mezcla se pone más húmeda. Algunos productos son diseñados en el rango de baja humedad y son conocidos como “ramming”. Estos productos normalmente tienen otros aditivos que permiten su trabajabilidad e instalación. En general los productos refractarios son diseñados para la instalación a ciertas consistencias:

Morteros refractarios: Estos materiales se emplean para unir los ladrillos refractarios; los tipos más empleados son de arcilla, alta alúmina, sílice, dolomita y magnesita. Los morteros refractarios pueden ser de fraguado en caliente o de fraguado al aire, según se necesiten. Estos productos son enviados secos o húmedos, y son especialmente diseñados para permitir una instalación monolíticas de ladrillos, la función principal de los morteros es el de pegar. Estos productos no necesitan ser vibrados durante su aplicación, ya que se requiere de espesores muy pequeños (máx. 2 mm).

Concretos refractarios (Castables): Son mezclas de materiales

previamente molidos y cribados, con agentes químicos que al mezclarse con agua reaccionan para dar una fuerte liga a temperatura ambiente. El concreto puede instalarse por vaciado-vibrado y proyección neumática, esta masa se deja secar lentamente y se cuece en hornos especiales. Los castables más utilizados son las de sílice, dolomita, silico – aluminosas y de alta alúmina. Estos productos son enviados secos, y mezclados con agua en el sitio de instalación para una consistencia fluible. Además requieren de encofrados previamente tratados o impermeabilizados para no adsorber el agua de mezclado. Los recientes avances tecnológicos han permitido el uso de castables de consistencias muy densas o que se iguala sola para instalarlos en encofrado donde la geometría de la chapa metálica es complicada.

Los materiales de proyección son, también, enviados secos y requieren de agua para su instalación. Son instalados usando aire como conductor del material refractario y se le añade agua mediante un mecanismo de rociador en el preciso momento de su instalación. Estos materiales refractarios son comúnmente usados en las refinerías y equipos de procesos petroquímicos por la facilidad de instalarlos en formas geométricas complicadas donde se dificulta el uso de encofrados.

Plásticos y apisonables: Son materiales que se preparan con una consistencia plástica sin requerir ninguna preparación posterior para su uso. Las calidades comerciales son similares a los ladrillos de arcilla, alta



alúmina y dolomita. Para usar estos materiales, se apisonan en el lugar hasta una buena compactación, formando un revestimiento monolítico.

Son muy utilizados en reparaciones de emergencia o en lugares de difícil acceso con otros materiales. Son usualmente instalados golpeando con mazos o con martillos neumáticos.

Todas estas presentaciones pueden combinarse con diferentes composiciones químicas como arcillas refractarias, alta alúmina, magnesita, cromita - magnesita, sílice, zirconio, carburo de silicio y grafito.

b) De acuerdo a su liga:

El material fino entre los agregados de un material monolítico es "la liga" que mantiene unidos los granos. El conocimiento de los mecanismos de unión para materiales refractarios monolíticos es de suma importancia. Durante la instalación de estos productos, los agregados y medio que adhiere deben ser fluidos tanto para los que son vaciados, proyectados, apisonados y/o vibrados. Si la liga no se forma correctamente, entonces el producto instalado puede dejar de operar prematuramente, resultando un desempeño no óptimo o una parada prematura de la unidad. La liga es de suma importancia para todos los productos refractarios. En este curso se presentará una discusión de los mecanismos de liga en los refractarios, como se forman y las precauciones que se deben considerar. La cura del refractario es a menudo incomprendida en relación a la formación de la liga del refractario. Curar es a menudo usado como un sinónimo de secamiento. Estos no es lo mismo; el curado de un refractario es el "tiempo de endurecimiento" de la liga refractaria y el secado cobra significado diferente para comprender como se forma la liga.

De acuerdo a su liga los refractarios pueden clasificarse de acuerdo a lo siguiente:

Clase de liga Tipo de ligante Proceso de endurecimiento

Liga cerámica Fundiciones euténicas. Sinterización

Calcinación

Liga hidráulica (quimica)

Cementos aluminosos Reacciones hidráulicas

Liga química Fosfatos, sulfatos y cromatos Reacciones químicas

Liga orgánica Brea, alquitrán y resinas Secados a temperatura ambiente.

Atendiendo a las necesidades de la refinería, dos tipos diferentes, de mecanismos de liga se discutirán: esto es la liga química y la liga cerámica. La liga hidráulica ocurre en un producto refractario cuando el endurecimiento del refractario precisa una reacción



química y la liga cerámica ocurre cuando a altas temperaturas los materiales refractarios están obligados a sufrir fundiciones euteticas y/o sinterización.

Liga química – Cemento:

La liga hidráulica de cemento se forma a temperatura ambiente como resultado de una reacción química de hidratación entre el cemento de aluminato de calcio y agua. El agua es esencial para el endurecimiento de la liga de cemento, ya que en otras palabra lo que ocurre es una reacción de hidrólisis. El aluminato de calcio contenido en el cemento es el causante de la liga de material a temperatura ambiente, igual como lo es el silicato de calcio en el cemento Portland.

Existen tres calidades generales de cemento de aluminato de calcio disponibles para los proveedores castables refractarios. Estas tres calidades son cemento: baja (39% Al2O3), mediana (53% Al2O3) y alta pureza (76% Al2O3). A medida que aumenta la pureza del cemento en el castable, estos aumentan la resistencia a las temperaturas:

a.- Cemento de baja pureza: Cemento Lumnita y Ciment Fondu, tienen niveles relativamente bajo de Alumina. Altos niveles de óxido de calcio y óxido de hierro. Además pequeñas cantidades de azufre. b.- Cemento de media pureza: tienen al alto CaIcium Oxide, pero significativamente bajos niveles de óxido de hierro y un nivel de 10% más alto de Alumina. Refcon Cement es un cemento perteneciente a este grupo.

c.- Cementos de altas pureza: tienen bajos niveles de sílice y oxido de hierro, bajo contenido de oxido de calcio y el mas alto nivel de alumina.

En muchos casos, en equipos de las refinerías, esos tres grupos de cemento se responsabilizarán por todos los requisitos de temperatura de los materiales refractarios. Sin embargo, la alta la pureza del cemento, la estabilidad de la estructura refractaria monolítica. Refractarios con altos niveles de oxido de hierro, normalmente no funcionan adecuadamente en atmósferas reductoras: el oxido de hierro actualmente sirve como un catalizador para la descomposición de los hidrocarburos ligeros y monóxido de carbón, produciendo depósitos de carbón en los poros del material refractario, conocido como el deterioro de monóxido de carbono.

Liga Química – Fosfato: La liga de fosfato es también un enlace complicado. Es básicamente una reacción entre un compuesto fosfatado y alumina, que da a largo plazo resistencia a altas temperaturas a los materiales refractarios monolíticos. Las reacciones de fosfato forman compuestos pocos solubles en agua cuando se calientan por encima de la temperatura ambiente, 700 ° F (370 ° C). A temperatura ambiente el fosfato de aluminio es soluble en agua.



La liga de fosfato es también conocida como liga fosfórica es usada para conformar materiales con alta resistencia a la abrasión y donde el poder aislante del refractario no es critico. La liga fosfórica es también usada en ladrillos preformados para resistir la penetración de ciertos tipos de escorias de metales. Los fosfatos reaccionan con otros compuestos para formar enlaces a temperatura ambiente.

Ventajas de materiales refractarios monolíticos de liga fosfórica: -Alta resistencia en todo el rango de temperatura de servicio. -Son químicamente compatibles con la mayoría de atmósferas. -Presenta alta tensión superficial y baja permeabilidad al contacto con material fundido. Desventajas de materiales refractarios monolíticos de liga fosfórica: -Requieren calor curando desarrollar la liga final; -Algunas veces requieren de formaletas para y después de su instalación. -Periodo de almacenamiento corto, especialmente los plásticos.

En los materiales refractarios plásticos para asegurar la mejor liga fosfórica, el instalador debe golpear duramente el material refractario hasta lograr una estructura tan densa como sea posible y que el contenido de agua sea lo mas bajo.

Liga química – Silicato: Los productos de liga de Silicato no son los productos más ampliamente usados en la refinería de petróleo, pero se requieren de ellos cuando el ataque químico alcalino esta presente, como silicato de sodio y potasio que se adhieren al revestimiento. Los morteros usados para altas temperaturas y que son de fraguado al aire, para dar una estabilidad estructural, son de liga de silicato. Los refractarios con liga de silicato utilizan silicato de sodio y potasio para formar esta liga. El potasio y Sodio en cantidades grandes realmente funden materiales refractarios a temperaturas intermedias y altas. Estos materiales son vistos como las impurezas indeseables. Los refractarios de liga de silicatos deben ser maniobrados de formas diferentes a los cementos hidráulicos y los de liga fosfórica. Algunos productos de liga de silicato, en el caso de morteros de fraguado al aire, son enviado ya con la cantidad de humedad requerida en tambores herméticos, y en muchos casos se envían como un sistema de dos componentes: 1.-agregado refractario y 2.- silicato líquido.

Los refractarios de silicatos deben ser almacenados en condiciones ambientales optimas para permitir buena solubilidad del silicato durante la instalación. Temperaturas muy bajas dificultan la instalación de estos materiales, especialmente en las instalaciones por proyección.

Liga Cerámica:



La liga cerámica se forma a elevadas temperaturas. Esta puede ser bien sea liga directa o liga convencional o de silicato. En la liga directa la unión de los agregados refractario se logra por la fusión parcial de los agregados del refractario y se fusionan, mientras que la liga convencional o de silicato se logra por la formación de un vidrio a altas temperaturas que cubre los agregados del refractario.

c) De acuerdo a su naturaleza química:

Ácidos: Sílice, Silico-aluminosos. Básicos: dolomita, magnesita, cromo-magnesia. Neutros: cromo, grafito, carburo de silicio.

c.1 Refractarios Ácidos: Refractario de Sílice: Por su contenido de cal, son muy sensibles a los

cambios de temperatura y al fabricarlos debe calentarse cuidadosamente para evitar que se agriete debido al choque térmico. Si se fabrica con arcilla, baja el punto de fusión, pero se logra más resistencia a los choques térmicos.

El principal constituyente de los refractarios ácidos es la sílice (95% SiO2). Soporta bien los fundentes ácidos. Debido a su elevada resistencia a la compresión en caliente, pueden emplearse a temperaturas próximas a su punto de ablandamiento, sin embargo es muy sensible a cambios bruscos de temperatura especialmente bajo los 650°C. Tienen un gran coeficiente de dilatación lineal a baja temperatura por lo cual hay que prevenir oportunamente las juntas de dilatación en la construcción de revestimiento con ladrillos, pero no sufren variaciones sensibles de volumen en el intervalo de temperatura de 650 a 1600°C, así, son muy pequeños los movimientos de la estructura y bóvedas de los hornos durante el proceso de operación.

Para fabricar los ladrillos de sílice, se cuecen en hornos de cuba a 800°C: la sílice natural, se mezcla con poca cal (0.5%), se comprime la masa en formas apropiadas y se cuecen las piezas obtenidas. Con ladrillos de sílice se construyen los revestimientos de los convertidores Béssemer y las bóvedas de los hornos eléctricos, de los Siemens-Martín, las cámaras de coque y otros. La solera de estos hornos se construye de masa refractaria de sílice.

Los refractarios silico-aluminosos: resisten bien los cambios bruscos de temperatura pero soportan poca presión en las pruebas de ablandamiento mucho antes de alcanzar el punto de fusión (1710°C). El comportamiento de este material refractario esta entre ácido y neutro y soportan muy bien las escorias y fundentes básicos, tanto más cuanto mayor es su contenido en alúmina. Los refractarios silico-aluminosos son los más usados en casi todos los tipos de hogares u hornos y de estufas especialmente para las paredes. El revestimiento de cubilotes se hace con masa refractaria, o con ladrillos silicio – aluminosos.



Refractarios aluminosos: La materia prima suele ser la bauxita, que es la

alúmina hidratada. Se prensan granos de alúmina de relativa alta pureza para darles forma y se sinterizan a altas temperaturas para producir: ladrillos, tubos, crisoles.

Las silimanita es un refractario de alto contenido de alumina (mas del 60% de alúmina) y tiene un comportamiento neutro. Se emplea en los hornos eléctricos y en los hornos Siemens-Martín básico como capa divisoria entre la solera básica y la bóveda acida.

c.2 Refractarios Básicos:

Refractarios de Magnesia: La magnesita, constituida por un 80% de óxido de magnesio (Tf =2800°C), sílice, cal, alúmina y oxido de hierro, tiene un comportamiento básico, posee alta refractariedad y resistencia al ataque de escorias y fundentes a base de oxido de hierro.

El óxido de magnesio se obtiene por calcinación de la magnesita, (carbonato de magnesio) o del hidrato de magnesio obtenido del agua marina. La resistencia en caliente bajo carga es pequeña comparada con la que tienen los ladrillos de sílice y no resisten las bruscas variaciones de temperaturas. La magnesita calcinada tiene una elevada conductividad térmica y una dilatación de 1.30% a 1000°C. Cuando ocurren calentamiento y enfriamientos sucesivos se producen tensiones considerables que son la causa de la debilidad característica de los ladrillos de magnesita.

Las soleras se pueden preparar con ladrillos de magnesita, colocados sobre chapas de acero, cubriendo luego los ladrillos con dolomita molida o dolomita y magnesita fuertemente apisonada hasta formar un bloque monolítico homogéneo. La presencia de la cal que conserva sus propiedades características, presenta varias inconvenientes, es muy higroscópica y causa la descomposición de la dolomita que al enfriarse se desintegra en forma de polvo.

Refractarios de dolomita: La dolomita natural esta constituida principalmente por carbonato de calcio y carbonato de magnesio. Para ser utilizada, deben separarse por calcinación los productos volátiles, agua y anhídrido carbónico

La roca dolomía calentada a 1200°C se transforma en una mezcla de óxido de calcio y de óxido de magnesio llamada dolomita, que generalmente en forma granulada o de ladrillos se emplea como refractario en los hornos. La composición de la dolomita, es del orden del 40% Mg0, 58% de Ca0, 1% de Si02 y el resto se compone de pequeñas cantidades de óxido de hierro, alúmina y trazas de magnesio.



Refractarios de cromo-magnesio y cromo: Se obtienen agregando a la magnesia, cromita. Se caracterizan por ser químicamente neutros y por lo tanto son muy resistentes tanto a las escorias ácidas como a las básicas. El contenido de cromo otorga al refractario excelente propiedades piroplasticas.

c.3. Refractarios Neutros:

Refractarios de cromita: La cromita es un refractario a base de sesqui-óxido de cromo (45% Cr2O3) y tiene un comportamiento neutro o sea que soporta bien las escorias y fundentes ácidos o básicos pero posee muy poca resistencia a la compresión en caliente y a los cambios bruscos de temperatura.

Se emplea para reparar los revestimientos de las bóvedas ácidas en los hornos eléctricos de arco y en los Martín-Siemens, para los lechos de las solerás de los mismos hornos y para las paredes y solerás que han de estar en contactos con escorias o fundentes enérgicos.

Refractarios de cromo-magnesita: La cromo-magnesita (15-50% Cr2O3) se comporta mejor que los ladrillos de cromita en los ensayos bajo cargas de 2 Kg/Cm² A elevadas temperaturas se emplea en las paredes de los hornos Siemens y eléctricos y en las bóvedas suspendidas de los hornos Siemens porque resisten mejor los cambios de temperaturas que los ladrillos de magnesita. Los ladrillos de cromo-magnesita tienen mejor aceptación que los de cromita por tener mejor resistencia a las escorias y al desconchamiento y mejor comportamiento a elevadas temperaturas bajo carga.

Refractario de grafito: El grafito es un refractario de comportamiento neutro, soporta temperaturas hasta de 1800 oC y es sensible a las variaciones de temperatura, pero debe estar en ambientes cerrados y que contengan óxidos de carbono para evitar su combustión. Se emplean para fabricar crisoles en la fusión de metales, en electrodos de hornos eléctricos, piqueras de colada y en el crisol del alto horno.

Refractarios de carborundo: El carburo de silicio es el mas utilizado como refractario, por su dureza se utiliza como abrasivo. El carborundo o carburo de silicio, tiene una elevada conductividad térmica y gran insensibilidad a las variaciones de temperatura. Se fabrican piezas especiales y se mezclan a veces con grafito para la fabricación de crisoles.

Refractarios de circonio: Las piezas confeccionadas con este material tiene propiedades superiores si se funden, en vez de cocerlas. Son materiales costosos y generalmente se fabrican piezas refractarias que se revisten de una capa rica en circonio.

Refractarios aislantes: Los refractarios aislantes son ladrillos porosos y de poco peso con una conductividad térmica mucho menor que los refractarios comunes y una capacidad de retención del calor, superior a cualquier



refractario de composición similar. Los ladrillos aislantes se usan en la parte posterior de otros ladrillos de alta refractariedad y alta conductividad térmica, aunque en algunas oportunidades se pueden emplear directamente como revestimiento de trabajo si no hay abrasión, ataque de escoria o contacto con líquidos. Las principales ventajas en el uso de aislante son la economía en el combustible y la disminución en el tamaño y peso del revestimiento del horno.

d. De acuerdo a su naturaleza física:

De acuerdo a su naturaleza física, los refractarios pueden ser clasificados en dos grandes grupos:

Conformados (ladrillos):

1. Densos 2. Aislantes

No conformados (moldeables):

1. Densos 2. Aislantes

Castables Apisonables Proyectables Plásticos Morteros Fibra cerámica

14.- PROPIEDADES FISCO-QUÍMICAS DE LOS REFRACTARIOS: Para poder prever el comportamiento de los refractarios es necesario realizar con ellos una serie de ensayos o pruebas que sirven para diagnosticar las posibilidades de utilización. Las propiedades físico-químicas de los materiales refractarios son pronosticadoras muy buenas en lo que se refiere a cómo funcionarán los materiales refractarios bajo variación de condiciones en las unidades de proceso de la refinería e industria petroquímica. Una buena comprensión de propiedades físico-químicas nos mostrara o nos dará una visión de la forma como se comportara el refractario en operación. Después de discutir las propiedades de varios refractarios, el asistente deberá entender mejor como predecir qué tan especifica es la selección y desempeño de un material refractario en comparación con otro; sobre todo en los servicios seleccionados. Las compañías refractarias proveen hojas de datos para productos refractarios que deben ser usadas para una revisión de propiedades de los productos refractarios. La mayor parte de los datos han sido generados usando pruebas selectivas ASTM. Al principio,



parecería que los datos previstos por proveedores diferentes estarían comparables. Las experiencias muestran otra cosa: Los resultados por pruebas ASTM en diferentes laboratorios muestran diferencia de un laboratorio a otro. La información listada por API RP 936 representa un esfuerzo por parte de la industria petrolera para estandarizar la prueba de un proveedor refractario a, al menos para la industria petrolera. Desafortunadamente, dos y algunas veces tres ensayos físicos de los refractarios sirven para que las propiedades físicas de los mismos sean presentadas, especialmente cuando los productos están disponibles en todo el mundo. Durante el curso se discutirá: cuales serán las propiedades físico-químicas del material refractario más resaltante para lograr el mejor desempeño del mismo a las condiciones prevaleciente en las unidades de proceso donde se instalaran. Las siguientes son definiciones de las propiedades físicas realmente probadas para materiales refractarios. Las definiciones son tomadas de Apendice A - Glosario API RP 936.

Los ensayos más importantes son:

Examen visual: En este primer ensayo de observación visual se determina la uniformidad general del material refractario y la homogeneidad de la textura y de color.

Examen de dimensiones (productos conformados): La exactitud en las

dimensiones de los ladrillos refractarios es muy importante, en los ladrillos ordinarios normales, las caras deben ser planas y los ángulos vivos y rectos a fin de evitar los huecos entre las piezas, por donde puedan penetrar los gases o escorias. En estos ladrillos, las tolerancias dimensiónales suelen ser pequeñas para conseguir que la forma y el tamaño de los hornos y construcciones sean exactamente las proyectadas, y en cada caso se coloquen el número de ladrillos calculado. Cuando los ladrillos están bien fabricados, se pueden poner unos sobre otros, sin necesidad de usar ningún cemento para la unión.

Temperatura de ablandamiento: Tal como en el caso de componentes

metálicos, los materiales refractarios cumplen sus límites de exposición a las temperaturas. Esto depende básicamente de la composición de la mineralógica del material refractario. Cuando los productos refractarios cumplen sus límites de temperatura, normalmente comienzan a exhibir encogimiento lineal excesivo (>1,5%) y a tener cambios lineales negativos. Esto señala que el material refractario se fatiga a ciertas temperaturas y eventualmente dejará de operar si las temperaturas se vuelven superiores. Normalmente las unidades de las refinerías operan a bajas temperatura comparado con otros procesos industriales. Una excepción para esto son las altas temperaturas de las cámaras de combustión de azufre. Estos tipos de unidades pueden alcanzar temperaturas de hasta 3200 ° F (1760 ºC) en casos especiales. La selección de materiales refractarios basados en la resistencia de temperatura cobra importancia para unidades que funcionan a temperaturas mayores a 2300 ° F (1260 ° C).



Los materiales refractarios contienen impurezas, qué al estar en contacto con las escorias u otras sustancias de los hornos, forman mezclas que funden a temperaturas relativamente bajas, inferiores siempre a la de las materias puras y limitan notablemente sus posibilidades de utilización. Es interesante destacar que los materiales refractarios industriales no suelen tener una temperatura de fusión fija, como corresponde, por ejemplo los óxidos puros, sino que presentan un intervalo de ablandamiento. Para la elección de los materiales refractarios debe tenerse en cuenta, no solo las temperaturas que deben alcanzar, sino también las cargas que son capaces de soportar a altas temperaturas y las acciones químicas que tienen que resistir. La dificultad de definir bien el punto de fusión de los refractarios corrientemente utilizados, ha obligado a realizar ensayos especiales, en los que se determina la temperatura a la cual los materiales sufren un sensible ablandamiento que limita su utilización. Para hacer esa determinación, se emplean pequeños conos patrón, ("conos seger") de temperatura de ablandamiento conocida. Con ellos se comparan conos muestras de dimensiones bien definidas, construidos con los diversos materiales refractarios que se quieren ensayar. Al hacer la experiencia con una velocidad de calentamiento determinada, los conos patrón sufren siempre a una temperatura definida y conocida, una deformación plástica que hace que su vértice llegue a tocar el suelo, la medida de la refractariedad de un material se determina al hallar un cono patrón cuyo vértice toca el suelo, a la vez que el material que se ensaya. Como a cada cono patrón le corresponde una temperatura de ablandamiento que señala el momento en que el vértice dobla y toca el suelo, empleando los conos patrón de comparación se pueden conocer la temperatura de ablandamiento del material que es la que produce la deformación total del cono en el ensayo. Esta temperatura se denomina temperatura de ablandamiento.

Resistencia a la compresión (CCS): CCS es la medida de la habilidad de un material refractario para resistir esfuerzos bajo una carga compresiva a temperatura ambiente después de que el refractario halla sido secado o quemado. CCS se calculan dividiendo la carga compresiva total por el área de sección transversal del espécimen. (API RP 936, Apéndice A).

CCS también pueden ser conformadas con un número de otras propiedades, tal como la resistencia a la erosión, resistencia al recalentamiento, y poder de aislamiento térmico. Debido a que es una prueba tan fácil ejecutar, a menudo ha sido usada como una buena herramienta del control de calidad. Sin embargo, también debería saberse que los resultados experimentales dependen de la preparación de las muestras y de las dimensiones especificadas y precisas. Las caras de los moldes en muestras de proyección deben ser además lo mas paralela posible.

Resistencia a la Erosión. (ASTM C-704): La perdida de volumen de un refractario es medido en centímetros cúbicos después de erosionar la superficie de una muestra con 1000 gramos de SiC, de conformidad con ASTM C-704. Mientras



menor sea la cantidad pérdida en centímetros cúbico, más alta es la resistencia a la erosión del material refractario. (API RP 936, Apéndice A). La resistencia de erosión es particularmente crítica en unidades de fluidos sólidos donde el coque y el catalizador viajan a altas velocidades.

Resistencia al desmoronamiento bajo carga a elevada temperatura: Una idea

bastante clara de las posibilidades de utilización de un material refractario, se tiene por la máxima temperatura que resiste el material sin desmoronarse bajo la acción de una carga de 2 Kg/cm2, que en cierto modo puede ser similar o ligeramente superior a las que tienen que soportar en el trabajo.

Modulo de ruptura (MOR): MOR es una medida de la ruptura transversal de la muestra de refractario por efecto de flexiones. MOR está calculado usando la carga total en la cual la muestra se fractura entre los soportes. (API RP 936, Apendice A)

MOR es a menudo reportado en las hojas de datos técnicos, pero no se considera a ser una propiedad tan crítica para la comprobación de calidad como la densidad volumétrica y el CCS. Porque la cantidad de fuerza necesitada para romper a una muestra no es tan grande como la necesitada para el CCS, MOR es a menudo una medida de la cantidad de fuerza aplicada sobre la muestra del refractario a elevadas temperaturas hasta que ella fractura.

Coeficiente térmico de expansión o contracción: El incremento en las

dimensiones lineales y el volumen que ocurre cuando materiales refractarios son calentados y la contracción de igual cantidad cuándo los materiales son enfriados. (API RP 936, Apéndice A). Al ser calentado a elevadas temperaturas, la mayor parte de los refractarios sufren importantes cambios de volumen, que es muy conveniente controlar. La expansión térmica es aplicada generalmente a los revestimientos refractarios ejecutados con ladrillos sometidos a altas temperaturas. La expansión térmica debe ser tomada en consideración construyendo juntas de expansión en el revestimiento. En caso de revestimientos refractarios monolíticos en la refinería a temperaturas normales de operación, debido a que los materiales refractarios contienen agua y encogen ligeramente más que expandir cuando ellos son calentados. La expansión térmica no es tan crítica en calentadores y unidades de fluidos sólidos. Si un producto tiene un bajo coeficiente térmico de expansión, este será superior a otro refractario en resistencia al choque térmico. Los ladrillos de sílice, al ser calentados, experimentan, en el rango de 150 a 650°C, grandes dilataciones que son muy peligrosas. A elevadas temperaturas, en la zona de 650 a 1500°C, las dilataciones son, en cambio muy pequeñas. Los ladrillos de magnesia al ser calentados a 1500°C experimentan en cambio una dilatación continua que en total es muy superior a la de los ladrillos de sílice. Las variaciones de volumen de los refractarios silico-aluminosos son relativamente pequeñas e inferiores a las que corresponden a los ladrillos de magnesia y de sílice.



Es también interesante conocer las deformaciones permanentes de los refractarios al terminar el ensayo; se observan y calcula la variación de dimensiones en el material enfriado a la temperatura ambiente. La determinación de las dilataciones térmicas se hace con ayuda de aparatos dilatómetros que emplean probetas patrón de sílice fundida, cuyo coeficiente de dilatación es uniforme y muy pequeño.

Resistencia al choque térmico: La resistencia a los cambios bruscos de

temperatura, o choque térmico, varía bastante de una clase de refractario a otro; en todos los casos, esta resistencia, está relacionada con el tamaño del grano del material, con su porosidad, conductividad, etc. así como en el método de fabricación empleado. Para conocer esas características, existen diversos métodos de ensayo, que varían según las normas de unos países a otros. Estos ensayos consisten en someter una probeta del ladrillo que se quiera ensayar, a calentamientos a alta temperatura (900 a 950°C), seguidos de enfriamientos rápidos en agua o al aire. La resistencia a los choques térmicos se define entonces con el número de ciclos de pruebas que el ladrillo resiste antes de descorcharse o romperse. Resisten muy bien a los cambios de temperatura, los ladrillos silicio - aluminosos, cromo - magnesio; y muy mal los de magnesia y los de sílice.

Ensayo al ataque químico: Es importante conocer el comportamiento que tienen los ladrillos y masas refractarios al ser atacados por las escorias y cenizas en los equipos de proceso, debido a la gran variación y complejidad de las condiciones que concurren cuando se produce ese ataque. Estos ensayos se efectúan preparando probetas de los refractarios, con agujeros o huecos de dimensiones normalizadas, que tengan las paredes y el fondo lo más liso posible, en donde se colocan 50 g de escoria u otro material pulverizado que se quiera ensayar y cuya composición esta bien definida en las normas de ensayo. Después de llevar el conjunto a un horno, a temperatura fija y tiempo constante, se corta luego transversalmente el material y se determina la parte del refractario atacada o impregnada por la escoria.

Densidad volumétrica: La densidad de masa es la razón de peso (o masa) al volumen en condición secada o calcinada. (API RP 936, Apendice A).

La densidad volumétrica para ladrillos refractarios es un pronóstico bueno de la calidad del ladrillo. En caso de materiales refractarios monolíticos, la masa guarda relación con otras propiedades críticas, como la habilidad al aislamiento térmico, compresión, resistencia a las temperaturas, contracción, resistencia a la erosión y otras propiedades. La densidad de los refractarios influye mucho en su comportamiento; por esto, es necesario determinar su densidad absoluta y su densidad global o total, la densidad absoluta se halla, dividiendo el peso por el volumen que ocupa el material bien



pulverizado y la densidad global o total se halla, dividiendo su peso por el volumen total, global o geométrico del material.

Porosidad: Hay dos clases de porosidad: la abierta y la total. La porosidad abierta o

aparente es la relación que hay entre el volumen de los poros abiertos que están en comunicación con el exterior y el volumen total del refractario. El volumen de los poros abiertos se halla restando el volumen total del refractario, al volumen de agua desplazado por el refractario, al ser introducido en una vasija con agua, en ese caso el agua penetra en los poros abiertos.

Conductividad térmica: Es la propiedad del material en virtud de la cual la energía

calórica es transmitida a través de partículas en el contacto (API RP 936, Apéndice A) Tanto la eficiencia del proceso como el proceso de aislamiento de la chapa metálica de las unidades son muy críticas para suavizar la operación de la unidad, los valores de conductividad térmica de los materiales refractarios son de suma importancia. Donde hay pocas impurezas y poca velocidad, la mayoría de los revestimientos térmicos pueden realizarse con fibra cerámica. Por otra parte, en las áreas de unidades donde las velocidades son altas, la erosión esta presente y las temperaturas son relativamente altas, como en el caso de las líneas de transferencia de sólidos fluidos según es el caso, se requieren materiales refractarios con resistencia a la erosión con valores de conductividad térmica medianamente bajo. Cuando hay necesidad de resistir a la erosión y ninguna necesidad para aislamiento térmico, como en el caso de ciclones para fluidos sólidos, la conductividad térmica del material refractario no es crítica. Un problema con la conductividad térmica es que los métodos para calcularlas no están estandarizados, como deberían ser. Los métodos calorimétricos usados pueden ser muy subjetivos. Los ensayos de conductividad térmica del alambre son muy precisos pero siempre no representan el valor exacto para el producto. Por esta razón, los ensayos de conductividades térmicas ha sido un tema intensamente litigado por mucho tiempo. El trabajo continúa en un esfuerzo por estandarizar los métodos experimentales. La atención esta puesta en tener métodos experimentales que sean precisos y reproducibles. La conductividad térmica de los ladrillos refractarios varia de unos ladrillos a otros, así, por ejemplo mientras los ladrillos de carburo de silicio y de magnesita son los mejores conductores, sobre todo a baja temperatura, los ladrillos de sílice y silico-aluminosos son los peores conductores de calor, y en ellos en todo momento aumenta la conductividad al elevarse la temperatura.

Composición química: Es también importante conocer la composición de los

materiales refractarios, ya que la presencia o ausencia de determinados elementos pueden ser garantía de la buena calidad del material. En ocasiones se señalan también los límites de impurezas que pueden contener.



Expansión térmica bajo carga o creep: estudia el comportamiento del refractario

bajo carga a alta temperatura. En esta prueba, dos ladrillos de 9” son colocadas en horno específicamente diseñado y una carga vertical de 25 lbs/in2 es aplicada. La temperatura es gradualmente elevada acordando a una curva. La cantidad de aplastamiento es reportada de manera porcentual.

15.-FABRICACIÓN DE REFRACTARIOS: Un material refractario es una mezcla heterogénea de materiales refractarios con una granulometría definida. Los diferentes tamaños de granos se empaquetan homogéneamente y ligados ceramicamente entre si para dar una estructura de resistencia isotérmica. La función del material refractario es determinada por el tipo de agregado en el producto: Por Ejemplo, un material resistente a la erosión es aquel material refractario que normalmente contenga agregados muy densos, duros y óptimamente empacados. Los materiales refractarios aislantes contienen agregados muy ligeros de peso como perlita, vermiculita o haydita. Las materias primas para agregados refractarios son elementos naturales que se encuentran como yacimientos mineros en localizaciones específicas del mundo. En caso de agregados con alta de pureza química son obtenidos mediante técnicas o proceso de precipitación. Otros agregados se forman como agregados vítreos o fundiendo Si02 cristalina y luego congelándolas para formar rocas vidriosas muy duras.

El proceso de fabricación de los nuevos materiales cerámicos es, en principio, bastante similar al que se sigue en la fabricación de artículos tradicionales de arcilla. Primero se muelen los minerales naturales y se mezclan en un polvo fino. El objeto conformado se seca al aire antes de introducirlo en el horno, donde se cuece en un proceso de sinterización.

En el ámbito mundial se esta investigando y desarrollando procedimientos para mejorar las propiedades y aplicaciones de los materiales cerámicos. Todos ellos enfocados a mejorar sus características. A continuación se describen algunos de los procedimientos más utilizados:

Dopado: Consiste en introducir en la estructura de un material cerámico otros compuestos, de manera que tengan lugar las modificaciones estructurales oportunas para mejorar sus características.

Sinterizado y compactación isostática en caliente. En la actualidad se han desarrollado nuevos procedimientos para la fabricación de productos cerámicos. Uno de ellos es el de sinterizado aplicando presión y calor simultáneamente, es decir, por presión isostática en caliente (PIC) con el que se obtiene un producto más denso, con una micro estructura más uniforme y con poros pequeños que con el tradicional sinterizado, es decir, sin presión. Los productos fabricados con la técnica PIC tienen una "forma prácticamente acabada" y necesitan solo ligera mecanización.



En general, la sinterización se produce al calentar a temperaturas próximas y por debajo de los sólidos. También se produce la sinterización a temperaturas por encima de los sólidos. Produciéndose fusión parcial, actuando la presencia de fase líquida como un medio de transporte de materia se puede distinguir las siguientes etapas:

Al calentar el polvo fino a temperaturas sub-sólidos: se produce un incremento de las áreas de contacto ínter partículas con el tiempo. Se producen uniones entre partículas “cuellos” que crecen en espesor. El efecto es de tirar de los cristales aproximándolos.

Aumentando la densidad del material: Al incrementar el tiempo o la temperatura continua la contracción del material los poros entre partículas llegan a ser más pequeños, perdiendo su conectividad, si los poros pueden contraer hasta ser eliminados de la superficie La densidad del material se aproxima a la densidad cristalina teórica.

Un esquema de la fabricación de refractario se muestra en la siguiente figura:

Recepción de

Materias Primas Clasificación Almacenamiento

Control

de

Calidad

Molienda

Control

de

Calidad

Dosificación Mezclado

Conformado

Control

de

Calidad

Castables

Proyectables

Plásticos

Apisonables

Morteros

Despacho

Granulometría

Ensayos

físico-químico

No-Conformado

Análisis Químico

Ácidos o Básicos

Prensado Control

de

Calidad

Crudo

s

Cocido

s

Ensayos

físico-químico

Ácidos o Básicos



16.-SISTEMA DE ANCLAJE:

Desde que los refractarios monolíticos fueron introducidos, ha habido una búsqueda constante para los métodos mejorados de sostener estos productos extremadamente útiles en lugar bajo varias condiciones de servicio. Cada año, sin embargo, la tecnología de los refractarios monolíticos se ha ampliado más allá del trabajo de una simple reparación. Hoy en día, muchas de las instalaciones refractarias emplean los revestimientos monolíticos y el sistema de anclaje ha surgido como una tecnología propia de ellos. Los primeros anclajes fueron hechos de simple metal soldados en el lugar. Actualmente el diseño de anclaje abarca una amplia gama de forma y variedad en la calidad del metal, como también sistemas reforzados para ser usados en varias aplicaciones convirtiéndose en parte integral del revestimiento monolítico. Una pregunta siempre presente en las instalaciones de revestimiento monolítico es ¿Cuál debe ser la forma, cuántos y que alto debe ser el anclaje utilizado en la ejecución de un revestimiento monolítico?: la longitud del anclaje hoy día se recomienda que debe ser 2/3 o 0,8 el espesor del revestimiento. Por ejemplo para un espesor de revestimiento de 6” la altura del anclaje debe ser entre 4 y 4,8”. El espaciamiento que deben tener los anclajes debe ser considerado cuidadosamente, bordes, techos, narices y áreas donde la vibración y el movimiento mecánico imponen cargas adicionales sobre el revestimiento requieren de más anclajes que en piso y paredes. En la siguiente tabla mostramos ciertos criterios:

Localización Espesor del revestimiento (pulgadas)

Espaciamiento del ancla (pulgadas)

Paredes Cilindro Pendiente

2 – 3 4 – 5 6 – 13 ½ 2 - 3

6 9 12 6

Techos Bull nose

4 – 5 – 6 7 – 8 – 9

9 12

Pisos 2 – 3 – 4 5 – 9 9+

9 15 24

Los anclajes colocados deben ser alternado a 90º o 45º .

En la mayoría de los casos, las instalaciones refractarias monolíticas requieren las anclas para asegurar que el material refractario permanezca con seguridad en lugar colocado. Anclar sistemas se debe seleccionar e instalar para emparejar las condiciones del servicio bajo las cuales el recipiente de proceso funcionará. Los parámetros de la instalación difieren acordando a un número de variables incluyendo:



Tipo de refractario a ser instalado. Espesor del revestimiento y número de componente o capas del

revestimiento. Método de instalación del revestimiento (vaciado, proyectado, apisonado). Geometría del recipiente. Temperatura máxima del horno. Vibración y severidad de la operación del recipiente. Estabilidad estructural del recipiente. Aislamiento externo Atmósferas dentro del horno.

17.RECOMENDACIONES PARA LA INSTALACIÓN DE MATERIALES REFRACTARIO:

Materiales Refractarios Castables:

Los castables son definidos como un grupo de concretos refractarios enlazados por medio de mecanismos hidráulico. Ellos son enviado secos y desarrollan su resistencia cuando se mezclan con agua. Los castables generalmente se refieren a concretos refractarios, Ellos están disponibles en una amplia variedad de materiales y consisten básicamente de un agregado refractario, especial propósito, y cementos. Los sistemas de enlace usados son a menudos usados a clasificar el tipo de castable en cuatro grandes grupos: convencional, bajo cemento, ultra bajo cemento y no-cementos o libre de cal. Los castables convencionales están ligados por medio de cemento del tipo aluminato de calcio. Estos castables son los mas versátiles para nuestro propósitos y pueden ser vaciados, vibrado, apisonado o proyectados en lugares donde se requieren sus propiedades. Los castables de bajo cemento son materiales con un contenido de cal entre 1% al 3%. Altas densidades y resistencia son obtenidas por empaquetamiento de sus granos y el uso de aditivos para reducir la cantidad de agua requerida para ser vaciado. Los ultra bajo cemento son castables con contenido de cal entre 0,2% a 0,8%. Al igual que los bajos cementos, ellos consisten de un alto compactamiento de sus granos. Debido a su bajo contenido de cemento, esos castables no son



usualmente tan fuertes a baja e intermediaria temperatura como otros tipos de castables, pero ellos tienden a tener alta resistencia en caliente y su refractariedad es comparada con los convencionales y bajos cementos. Los castables libre de cal o no-cemento han sido desarrollados con sistema de enlaces no conteniendo cemento. Estos castables tienen propiedades deseables para ciertas aplicaciones químicas y donde se requieren altas resistencias bajo carga a elevadas temperaturas, tales como procesos metalúrgicos y otras aplicaciones a elevadas temperaturas. Ellos muestran propiedades similares a los ladrillos quemados. Para la instalación de castables debe considerarse los siguientes puntos:

Mezclado: todos los castables deben ser mezclados en una mezcladora de paleta tipo planetaria. Este mezclador asegura una mezcla rápida, cuidadosa, descarga completa y se limpia virtualmente por cada mezcla. La mezcladora debe estar limpia, ya que cualquier impureza puede causar un aceleramiento o retardo en el fraguado del castable y por consiguiente una baja en las propiedades del castable. El agua empleada debe ser potable y debe estar en rango de temperatura entre 16 y 27 °C. por arriba de esa temperatura es necesario el uso de hielo para enfriarla.

Adición de Agua: Para comenzar a mezclar el material, es necesario

colocar la mitad o tres cuartas partes del agua requerida, sacos completos del material deben ser mezclados, ya que si se emplea una porción de un saco puede ser que por segregación de los granos el castable no muestre sus propiedades especificadas. No use más de la cantidad de agua recomendada, ya que un exceso de agua disminuirá las propiedades del castables. Por el contrario poca cantidad de agua también afectaran las propiedades del castable.

La cantidad correcta de agua es aquella que da una consistencia necesaria para realizar el ensayo de la bola: una bola del material es lanzada hacia arriba a una distancia de 6 a 12 pulgadas y esta no se destruye cuando retorna a la mano que ejecuta la acción de lanzamiento.

Vaciado: Una vez realizado el ensayo de la bola el castable mezclado debe

ser instalado en un tiempo que no exceda los 30 minutos y paralelamente deben ser vibrados adecuadamente.

Curado: La reacción de hidrólisis de los cementos ligantes ocurre con

desprendimiento de calor (reacción exotérmica) y se nota cuando el castable ya ha comenzado a fraguar. Este calor desprendido es suficiente para evaporar gran cantidad de agua requerida para la hidrólisis total del cemento ligante, es por eso que cuando este efecto comience a notarse el castable vaciado debe ser rociado con abundante agua por un tiempo no menor a 24 horas, este proceso es lo que se conoce como curado del castable.



Secado: Después del curado los castables deben ser sometidos a un proceso de cocción a fin de obtener o desarrollar todas las propiedades del castable.

Materiales Refractarios Proyectables:

En algunos hornos industriales, la frecuencia de instalación y los costos de los mismos es el mejor criterio para la selección de los materiales refractarios para ejecutar el revestimiento. En otros casos la necesidad de realizar una reparación menor en poco tiempo es conveniente realizar la instalación mediante métodos de proyección. Estas reparaciones pueden realizarse sin el uso de formaletas. La calidad de los materiales usados en proyección pueden ser básicas o silico-aluminosas y de alta alumina. Muchas veces masas como plásticos, apisonables especialmente diseñados pueden ser aplicados también por métodos de proyección Las mezclas silico aluminosas o de alta alumina son generalmente prehumedecidas minutos antes de la aplicación, sin embargo las mezclas básicas y plásticos especialmente diseñados no es recomendables que se prehumedezcan. Las mezclas de proyección deben ser humedecidas totalmente durante la proyección. Las siguientes reglas deben considerase para una aplicación por proyección:

Prehumedecido: es requerido para controlar el flujo de material a través de

la manguera, minimizar la cantidad de rebote y evitar las perdidas de fino (muy especial el cemento contenido en este tamaño de grano). El porcentaje de agua debe ser de 4 – 6 % para los castables densos y entre el 10 – 15% para los castables livianos.

Presión de aire: la presión de aire requerida generalmente con un compresor de 600 cfm es de 100 psi. Alta presión de aire y baja velocidad de alimentación de material produce laminaciones en el material proyectado.

Control de agua: la apariencia húmeda de la superficie proyectada es el mejor indicador de la correcta relación agua/material. La cantidad de agua puede ser controlada de modo que la superficie proyectada este mojada, brillante sedosa y los agregados gruesos hagan cráteres sobre la superficie cuando impacten. Una superficie arenosa indica que poca cantidad de agua esta siendo usada. En general , el mejor control del agua es la experiencia del proyectador experto.

Dirección de proyección: el flujo apropiado es cuando el operador puede dirigir el flujo de material a la base de la pared y procede a construirla hacia arriba. El pico de proyección debe ser perpendicular y separado 4 pies de la superficie de trabajo. El material es colocado con un movimiento elíptico del pico de proyección en un área de 6-9” de alto y de 18-24” de ancho. Durante



la proyección debe observarse que material de rebote debe ser inmediatamente separado para evitar el atrape de este.

Materiales Refractarios Plásticos:

Los plásticos refractarios son por lo general ladrillos crudos para ser moldeados en sitio mediante percusión neumática. Lo plásticos refractarios son usados a formar revestimientos monolíticos en varios tipos de horno, y son especialmente adaptables para hacer reparaciones de emergencias rápidas y económicas. Son fácilmente manejables y adaptables a formas geométricas complicadas. La alta refractariedad, rango de composición y la facilidad de compactación hacen de los plásticos convenientes para muchas aplicaciones importantes. Los plásticos refractarios son a menudos altamente resistentes al spalling destructivo y a la influencia de las escorias. Los plásticos incluyen una gran variedad de calidades y en su mayoría vienen empacados para ser protegidos de perdida de humedad y listos para ser aplicados. Ellos pueden ser de fraguado al aire o de fraguado químico. Generalmente los plásticos tienen una excelente trabajabilidad y su baja contracción, hacen de ellos para hornos de recalentamiento, cabezotes de los hornos rotatorios, incineradores y otros en general. ¿Cómo se instalan los plásticos refractarios?: una herramienta de percusión neumática con un terminal convexo de 2 ½ a 3” de diámetro. Panelas de plástico en forma de losa son colocadas alternadamente para evitar juntas direccionales en el revestimiento entre corzo y corzo. La dirección del rameado debe ser siempre paralela a la cara caliente del material y la pared, techo o piso. La masa de plástico debe ser rameada totalmente a fondo dos a tres veces para asegurarse su integridad. Cuando coloca el ancla en el plástico, se golpea ligeramente con un mazo de cuero para estar seguro que se fijan correctamente y que no hay vacíos a su alrededor. Cuando se instalan plásticos alrededor de quemadores, mirillas, ventanas.........etc, el plástico debe ser colocado en pequeños pedazos para asegurar una buena estructura monolítica y facilidad de instalación en esas áreas por demás complicadas. Como progresos de la instalación, la fuerza que pega contra el plástico se debe dirigir a la masa refractaria de una manera que haga que el plástico selle totalmente el ancla o los puertos. Uso de formaletas son requeridas cuando se instala plástico en techos, bull nose, arcos......etc. Si el plástico utilizado es de liga fosfórica, esta formaleta debe



dejarse durante el calentamiento para prevenir deformaciones y colapso del revestimiento. El acabado de la superficie debe darse una vez terminado el rameado del plástico, la cara caliente del plástico debe cortarse a nivel de la cara del anclaje. Si el uso de formaleta fuera necesario en una pared este acabado debe hacerse en un término no mayor de 3 horas. Para controlar grietas y deterioros prematuros del revestimiento, cortes de juntas de construcción y deben ser de una profundidad no mayor de 2 pulgadas y separadas por una distancia de 36 pulgadas vertical y horizontalmente. En el techo una vez que las formaletas son removidas el material puede ser no acabado, mas bien alrededor de las anclas el material debe ser rameado, esta técnica se conoce como “Peening”. Una vez terminada la instalación del plástico pequeños agujeros de 1/8 a 1/16 “ y dos tercios del espesor del revestimiento, deben realizarse en toda el área instalada para facilitar el venteo de vapor durante el calentamiento. Estos orificios deben hacerse a 12 pulgadas de separación de centro a centro. La mayor ventaja de los plásticos es que son los materiales por preferencia para ejecutar parches sobre revestimiento viejos, bien sean ladrillos o monolíticos previa aplicación de una capa de mortero. Los plásticos una vez terminada su instalación es deseable tan pronto como sea posible iniciar el proceso de calentamiento

18.- FACTORES QUE AFECTAN LOS MATERIALES REFRACTARIOS: Asumiendo la selección de refractario correcta, otros factores pueden afectar desempeño del refractario. Éstos son: (1) Procedimientos de operación de la unidad (2) Especificaciones de los materiales (3) Diseño de anclajes (4)Procedimiento de instalación (5)Experiencia de los instaladores (6) Calidad del producto (7)Calidad de la instalación. Uno de esos factores que no se aplique correctamente puede ser el causante de la falla del revestimiento refractario:

18.1. Operación de la unidad: La operación de una unidad necesita ser estrechamente entendida como sea posible, antes de que el material refractario pueda ser seleccionado. Algunas de las preguntas que necesitan ser respondidas son: -¿Opera la unidad en un ambiente reductor u oxidante? ¿Cuál es la temperatura normal de operación? ¿Hay variaciones significativas de la temperatura de operación?



¿Cuáles son los máximos y los mínimos? ¿Qué tan rápido va desde el máximo al mínimo? ¿Hay una preocupación acerca de la erosión debido a coque o catalizador circulante? ¿Cuáles son las velocidades del proceso en diversas áreas de la unidad? ¿Cuál es la temperatura deseada de la chapa metálica? ¿Estará fría o caliente la chapa metálica? ¿Habrá disponibilidad de secado del material refractario? ¿Puede secarse el revestimiento refractario con los equipos del proceso? ¿Cuánto control hay para el arranque de la unidad? ¿Qué tan importante es el secado del refractario por métodos de calor convectivo con equipos auxiliares.? Las preguntas citadas anteriormente deberían ser respondidas para todas las unida.

18.2. Especificaciones del material refractario: Una vez que la operación de la unidad y los requerimientos del revestimiento refractario son entendidos, las calidades de refractario pueden ser seleccionadas. Al comprar una unidad de proceso la compañía de ingeniería del diseño normalmente incluirá las especificaciones refractarias para construcción y reparaciones del revestimiento refractario de la unidad. Las compañías refractarias que suministran materiales para aplicaciones de refinería petroleras, normalmente se darán cuenta de los requisitos refractarios. Generalmente, las especificaciones se basan alrededor de la revisión de los requisitos de operación de los componentes de la unidad y la disponibilidad de los materiales refractarios. La disponibilidad de las calidades refractarias se agrupan de acuerdo a sus especificaciones:

Productos refractarios que deben tener solamente resistencia a la erosión. Esta categoría de material refractario debe resistir erosión de catalizador y del coque a la temperatura de operación de la unidad. Los productos diseñados para este propósito generalmente no tienen habilidad al aislamiento térmico puesto que ellos son solamente son diseñados para resistir la erosión. Algunos productos refractarios que pueden estar seleccionados solo para resistir a la erosión son Rescocast AA-22S, RHI Coral Plastic, Vesuvius ACTCHEM, Plibrico Japón Pliram Cyclone Mix, Towa Refractories Japón TX 141S.

La prueba de resistencia a la erosión ASTM C-704, con resultados de 1 a 8 cc de perdida por erosión son buenas. Hoy día los fabricantes de



refractario se esmeran por desarrollar productos con perdidas por erosión de 4cc. Esto representa realmente una mejora sobre la pérdida de 8 cc que fue normalmente establecido en 1980 y 1990.

Los materiales refractarios de este tipo son usados en los ciclones de los separadores catalíticos y en los componentes metálicos internos los cuales deben ser protegidos de la erosión debida al catalizador.

Productos que tienen alta resistencia a la erosión y propiedades de

aislante: Esta categoría de productos refractarios debería tener buena resistencia de erosión así como también moderadamente baja conductividad térmica. Un rango de resistencias de erosión ASTM C-704 para esta categoría del material refractario es de 7 a 20 cc. Mientras menor es la perdida, mejor es la resistencia a la erosión del producto. Los valores de conductividad térmica deberían estar del rango de 4 a 10 BTU / ft.2 / hr / oF / in. obtenidas por ASTM C-401. Mientras menor sea el valor de Conductividad Térmica, mejor es el poder de aislamiento de calor. La selección correcta de la resistencia a la erosión depende qué tan erosivo es el servicio al que será sometido el material refractario. Este es el criterio de los diseñadores del proceso. En líneas de transferencia de la FCCU, la resistencia a la erosión debería tener valores óptimos de 7 a 14 cc. El revestimiento también debería ser un aislante del calor; sin embargo, en las líneas de transferencia, la resistencia a la erosión se considera a ser un factor más importante para predecir la capacidad aislante. Idealmente, sería lo más deseable tener en un material refractario alta resistencia a la erosión y alto poder de aislamiento. Algunos productos típicos que se responsabilizan por esta categoría son RHI VersaFlowThermax, Rescocast 17-EC, RHI Express 27, y Vesuvius Criterion FSP. En líneas de flujo de gas proviniendo de regeneradores FCCU, una cierta cantidad de resistencia de erosión es importante, fallas en el revestimiento refractario causadas por erosión son raras en este tipo de servicio. Si un revestimiento refractario tiene por ASTM C-704 una perdida a la erosión menor que 20 cc, entonces debería funcionar satisfactoriamente. Algunos productos que tienen ligeramente alta resistencia de perdida a la erosión y buen poder de aislamiento son Rescocast 17 EMC (para vaciar) y Rescocast 17 EMG (para proyectar), RFI Corex Gun Mix, RFI Thermax ES Gun Mix. Al menos dos compañías aparecen que han tenido éxito en desarrollar productos combinados: buena resistencia a la erosión y buena capacidad de aislamiento térmico. Estos productos pueden considerarse para el uso en los casos mencionados anteriormente: las líneas de transferencia catalítica del FCCU y las líneas de gases. Los productos son Rescocast 110C (para vaciado) y 110G (para proyectar), y Thermal



Ceramics Kaotuff 110C (para vaciar) y Kaotuff 110G (para proyectar). Es obvio que la selección de tales productos sea de ayuda, uno para proyectar y el otro para vaciar, para seleccionarlo para todos los servicios erosivos y como aislante de calor. Para todos los productos refractarios mencionados arriba, es importante a seleccionar y usar productos teniendo una mínima cantidad de cambio lineal permanentes cuando se secan y cuando se calientan. Bajo cambio lineal permanente puede ser traducido como una grieta de contracción en el revestimiento. El cambio lineal permanente máximo, especificado por las mayoría de compañías de ingeniería, después de calentarse durante el secado a 1500 ° F es - 0.3 %. Recientemente, los proveedores castables refractarios han estado haciendo cambios innovadores a los productos refractarios hasta obtener resultados mas altos cuando se secan desde temperatura ambiente a 230 oF (110 ° C). Cuando un material refractario tiene alta contracción (> 0.1 %) a esas temperaturas, las grietas de contracción formadas pueden ser muy profundas. Grietas de contracción más anchas puede servir de paso al gas hacia la chapa metálica durante la operación de la unidad. Por esa razón, algunas compañías de ingeniería sugieren que el producto refractario tenga un cambio lineal permanente de < - 0.1 %, secado desde temperatura ambiente a 230 ºF .

Una tercera categoría general para materiales refractarios son aquellos

con densidad media y alto poder de aislamiento de calor. Estos tipos de materiales refractarios no son diseñados para resistir la erosión, pero son fuertemente resistir una cierta cantidad de erosión en ambientes de lecho fluidizados donde puede ser localizadas turbulencias, pero no directamente en el área de movimiento del catalizador y las líneas de gas. El uso especifico para tales productos son en el proceso normal de los reactores, regeneradores, gasificadotes y algunos procesos de calentadores. Los productos de esta clasificación general normalmente se perforaran cuando sean sometidos a la prueba de erosión ASTM C-704. Fuerzas y resistencia a la erosión pueden ser medidas por resistencia a la compresión de productos en esta categoría. La resistencia a la compresión en esta categoría puede extenderse desde 600 para 3000Ib/ft2. Esta resistencia a la compresión es normalmente probada después de secados a 1500 ° F (816 ° C). Las densidades de masa de estos productos estarán entre 65 y 100 lb/ft3 después de secarse. Algunos productos típicos que aproximadamente pueden caber dentro de esta categoría son lo siguiente: RHI Greencast-45-L, Resco Rescocast 6, Termal Ceramics Kaolite 2200HS. La mayor



parte de estos productos también tienen calificaciones de proyectables que tienen aproximadamente propiedades equivalentes.

Los materiales refractarios de peso ligeros son usados donde no hay

preocupación acerca de erosión y dónde el aislamiento térmico y posiblemente alguna protección a la corrosión es necesaria. Los castables refractarios de esta categoría tienen densidades de masa menos de 60 Ib/ft3 y resistencia a la compresión menos de 600 lb ft2. Estos materiales refractarios son utilizados como revestimiento de respaldo en unidades de sólidos fluidizados, y en calentadores. También pueden ser usados en áreas donde el agrietamiento no es importante o para llenar espacios en una unidad de proceso. Algunas veces estos tipos de productos pueden usarse para cambiar la configuración interior de una unidad de proceso en vez de fabricar la geometría de la chapa metálica. Son usados en calentadores, ductos, turbinas, incineradores y en otras unidades donde el aislamiento de calor en la chapa metálica es necesario. Estos tipos de materiales refractarios tienen cambios lineales permanentes más grande que lo que normalmente es aceptable en unidades de sólidos fluidizados. Los cambios lineales permanentes pueden ser tan altos como - 0.8 %.

18.3. Diseño del sistema de anclajes: El diseño del sistema de anclajes es un componente muy importante en un revestimiento refractario de buena calidad. Para hacer una selección que tipo de ancla que se usara, se deberá conocer cual es la función del revestimiento, espesor del revestimiento, la atmósfera operativa y las temperaturas de trabajo. Una vez que el sistema de anclaje y el tipo de ancla han sido seleccionados, es importante identificar positivamente la metalurgia del ancla para evitar errores. Hemos podido conocer, al menos una vez, en un revestimiento refractario fuera de servicio como las anclas, incorrectamente seleccionadas, han sido corroídas y u oxidadas. No podría ser determinado si el tipo del ancla hubiera sido especificado inapropiadamente o si las anclas fueron equivocadamente instaladas. Una forma de evitar instalar las anclas equivocadamente es adoptar el esquema del código de colores para anclas metálicas en API RP 936, Apéndice C. La tabla, abajo, contiene una lista de temperaturas con el tipo de acero correspondiente y / o cerámico que puede ser usada a esas temperaturas limite

Temperatura limite Tipo de acero

1000 oF (538 oC) Acero al Carbono 0,3% maximo

1200 oF (649 oC) 12% Cr (410S, 405)

1600 oF (871 oC) Acero inoxidable 304



1900 oF (1038 oC) 25 Cr 20 Ni (Tipo 310), RA330

2000 oF (1093 oC) Incoloy 800 o Inconel 601

2100 oF (1149 oC) Inconel 601 con sporte ceramico

Arriba de 2600 oF Anclajes Ceramicos y soportes.

Las anclas son normalmente especificadas por el diseñador del revestimiento refractario de la unidad. Como hay muchos diseños disponibles, la selección del diseño del ancla tiende puede ser relativamente subjetiva. Puede ser bueno listar algunos principios generales que puede ser usado para escoger el sistema de anclajes metálicos:

Para una capa de 25 mm (1 a 1 ½” in.), el revestimiento refractario resistente a la erosión como los separadores de los ciclones, el anclaje del tipo de malla hexagonal es preferido, especialmente para construcción nueva. Aunque las anclas sumergidas pueden ser vistas a obtener buenos beneficios en condiciones de servicios altamente erosivos y donde la superficie metálica está protegida de erosión, el uso de tales anclas no sostiene muy positivo el revestimiento. Los sistemas de anclajes sumergidos, especialmente en un recipiente del regenerador FCCU, las grietas que se llenan de catalizador, causan spalling cuando la unidad es parada. Las anclas del tipo hexagonal, tipo de malla, deberían estar orientadas de un modo que las superficies expuestas de las anclas son perpendiculares al flujo del proceso. Durante este proceso el sistema de anclaje (hexagonal) tiende a erosionarse antes que el material refractario. Muchos sistemas de anclajes hexagonales estan disponibles para reparación localizada del revestimiento refractario.

Para pared con un determinado espesor de revestimiento, las anclas normalmente usadas son del tipo "V" y el diámetro de la varilla es de aproximadamente ¼”.

El espaciamiento de anclajes esta determinado por el espesor del revestimiento y la localización del revestimiento dentro de la unidad. El espaciamiento de las anclas es normalmente especificado por el diseñador de la unidad. El espaciamiento de las anclas aumenta conforme aumenta el espesor del revestimiento. Por ejemplo, la tabla, abajo, da una guía general de un esquema típico de espaciamiento:

Espesor del revestimiento Espaciamiento vertical Espaciamiento horizontal

< 2 in. (50 mm) 3 3



2 a 6 in. (50 a 152 mm) 9 9

Over 6 in. (152 mm) A ser especificado A ser especificado

El patrón de anclaje y la orientación son también especificados por el diseñador del equipo. La experiencia indica que un patrón cuadrado con tipos anclas adyacentes orientadas a 90 ° una de la otra es el mejor y menos confuso patrón.

En aplicaciones cilíndricas dónde los diámetros internos son relativamente pequeños, menor que 26 in.(660 mm) y el espesor del revestimiento refractario es de por lo menos 4 in.( 100 mm ), puede lograrse instalar el revestimiento refractario sin anclas. Esto debería estar hecho sólo con la aprobación del diseñador del equipo. Angulo y altura del anclaje son también especificadas por el diseñador del equipo. El ángulo normal para un anclaje tipo "V “ es 45 o. Algunos diseñadores permiten extender el ancla hasta la cara caliente del revestimiento, mientras que otros solamente permiten un 80% del espesor. Revestimiento de doble capas, en esos casos algunas veces hay que tener anclado en el revestimiento de respaldo para sostenerlo en sitio mientras se desarrolle cualquier fuerza que lo mantenga. El revestimiento refractario de respaldo generalmente tiene un patrón de anclaje mas reducido que el revestimiento de servicio. Para no incrementar la densidad de anclaje en el revestimiento refractario, el tipo de anclaje a utilizarse puede ser de una configuración tipo “Y”, con el elemento recto sosteniendo el revestimiento de respaldo y la porción tipo “V”, sosteniendo el revestimiento de la cara caliente. En el caso estas anclas, el diseñador del revestimiento debería ser consultado.

Dobles y curvas son construidas a todo lo largo de la porción “V” del ancla. La teoría detrás de estos dobleces es proveer mejor retención del revestimiento refractario en la chapa metálica. Un tipo de curva es el cuerno de buey. Esta configuración de cuerno de buey realmente puede causar danos al final del ancla. Cuando el revestimiento es calentado, el ancla metálica espandera hacia la cara caliente causando laminaciones del revestimiento.

Otro tipo de ancla es un que tiene ondas o rizos a lo largo de la configuración “V”. En este caso no puede haber peligro de formación de laminaciones. Sin Embargo, si un revestimiento refractario es instalado mediante proyección, un efecto eclipsador en el revestimiento puede ocurrir por las curvas del anclaje. El efecto eclipsador puede causar vacíos del revestimiento alrededor del ancla. Las anclas rectas sólo son recomendadas para proyectar y minimizar la preocupación para el atrape de rebote. Las anclas onduladas o rizadas de la pierna son aceptables para revestimientos que son vaciados en sitio. Recubrir o colocar una tapa de material orgánico en los terminales de las anclas minimiza el efecto de expansión del ancla metálica. La teoría es que el



recubrimiento o la tapa orgánica se quemarán durante el arranque y permitirá al ancla metálica expandirse sin causar daños al revestimiento. Sin embargo, no hay efectos perjudiciales conocidos de recubrir o sellando con una tapa las puntas del anclaje. Esta práctica puede tener buenas consecuencias para los revestimientos sometidos a elevadas temperaturas. Preparación de la superficie metálica para soldar las anclas es importante. En la posición de soldadura, la preparación de la superficie debería estar por el código ASME Sección VIII, Para. UN-32.

Configuración de la base del ancla para soldar al metal es crítico. Algunos ejemplos de configuración de la base del ancla son lo siguiente:

Las anclas soldadas por electro punto mejoran la productividad de instalación, y pueden ser menos caras que otros métodos. El desempeño de anclas soldadas por electro punto en relación al tiempo de operación es pobre. Han habido casos dónde revestimientos enteros se han separado de la chapa metálica dando lugar a puntos rojos o calientes. Ha habido otras instancias donde los revestimientos se han caído de una estructura aérea durante el cierre de la unidad. Es por eso que soldaduras por electro punto no es recomendable.

Los métodos convencionales son los más deseados desde el punto de vista de confiabilidad. Para asegurar una buena unión, las anclas deberían ser soldadas a todo lo largo de la base sobre la chapa metálica.

Anclas cerámicas son usadas en aplicaciones cuando los revestimientos refractarios funcionan por encima de la temperatura límite para los sistemas de anclajes metálicos. Las anclas cerámicas o ladrillos refractarios son usadas en cámaras de combustión de azufre y aplicaciones de caldera de CO. Estas anclas son difíciles para proyectar alrededor de ellas por su tamaño y espaciamiento.

Sistemas de revestimiento resistente a la erosión y aisladores de calor. Este sistema es un revestimiento refractario denso en la cara caliente, anclado con malla hexagonal para tener alta resistencia a la erosión y un revestimiento aislante de respaldo. Los revestimiento densos en servicios erosivos, tales como en líneas de transferencia. Más tarde se introducirían el revestimiento de aislante de respaldo.

El revestimiento de doble capa, con malla hexagonal como anclaje son también usados para servicios donde exista alta flexibilidad de la chapa metálica y donde el refractario puede fallar por este efecto. En estas áreas existe siempre el abuso mecánico en condiciones normal de



operación. En este caso la erosión no es tan crítica como el de mantener el revestimiento en su lugar.

18.4. Procedimiento de instalación.

La forma en la cual un revestimiento refractario es instalado pueden ser muy críticas para el desempeño del mismo. Algunos han considerado que los revestimientos con ladrillos son mucho más sensitivos de la manera como ellos son instalados. En los inicios de la refinación de petróleo, los revestimientos con ladrillos fueron usados. En alguna ocasión después de WWIl, los tamaños de las unidades de refinación fueron aumentando y los revestimiento con ladrillos cada vez requerían de más tiempo para su instalación. Como las unidades se convirtieron más complejas, las diferentes formas del ladrillo tuvieron que fabricarse para áreas especiales de la unidad. Los cementos de Aluminato de calcio fueron inventados y se estaban volviendo populares. Esto condujo al desarrollo de concretos refractarios, más recientemente conocido como castables. La maquina de proyección Allentown, comenzó a ser utilizado en las refinerías de petróleo, donde los recipientes de gran diámetro necesitaban de la ejecución de un revestimiento lo más rápido. Proyecciones neumáticas y el desarrollo de castables refractarios señalaron el principio de una revolución en revestimiento y técnicas de instalación de materiales refractarios en la industria de la refinación de petróleo y que aun continúa. Hay varias maneras en las cuales los revestimientos monolíticos pueden ser instalados. Éstos son vaciado y vibrado, vaciado, hand parking y proyección con sistemas neumáticos. El procedimiento de instalación usado indica normalmente la calidad del revestimiento refractario instalado. Dentro de cada instalación, las imperfecciones existirán. Para reducir al mínimo las imperfecciones, uno debe entender a fondo los ventajas y desventajas para cada técnica de la instalación, la localización, y deben pesar en lo futuros planes de reparación. El objetivo, dentro de todos los apremios es trabajar hacia la realización de una instalación de un revestimiento refractario ideal. La pregunta que se debe hacer en este tiempo es, "?qué constituye una instalación ideal de un revestimiento monolítico?". Los puntos siguientes son un conjunto de resultados deseados en la instalación de un revestimiento ideal:

-El sistema de anclaje se debe ser soldado atendiendo a las especificaciones de espaciamiento y orientación; así como la altura del anclaje debe ser el apropiado. -El material refractario instalado debe responder sastifactoriamente a las condiciones prevaleciente en el área específica de la unidad. Eso incluirá la



combinación requerida de lo siguiente: (1) densidad a granel apropiada; (2) resistencias a la compresión apropiadas; (3) mínimo cambio linear permanente, (4) resistencia apropiada a la erosión; y (5) valor apropiado de aislamiento térmico. -Cada componente refractario del revestimiento debe tener un espesor apropiado. -Cada sección del revestimiento debe ser lo mas uniforme posible en su matriz. Esto es, no se debe permitir la segregación de los componentes del material refractario. Si la fibra metálica es especificada, esta debe ser distribuida lo más uniforme y orientadas aleatoriamente. -El refractario monolítico debe cubrir completamente el sistema de anclas especificado para el uso. -El revestimiento refractario debe estar libre de laminaciones. La única señal de separación deben ser las juntas frías. Estas juntas se deben diseñar a ser perpendiculares a la chapa metálica, excepto en el caso de las reparaciones pequeñas. -Cualquier junta fría debe ser diseñada perpendicular al flujo del proceso. -La instalación del material refractario debe poder ser lograda sin interferencia de otros trabajos paralelos en las áreas cercanas.

Justamente la forma geométrica y complicada de las unidades hace innecesario el uso de ladrillos para realizar el revestimiento. Los requisitos de funcionamiento de los refractarios en la unidad también deben ser factores a determinar como debe ser instalado un revestimiento refractario. Tiempo disponible e interferencias con el otro trabajo en marcha entran en la selección apropiada del procedimiento de instalación. En las secciones siguientes discuten las ventajas y desventajas de varios procedimientos de instalación y recomiendanciones de dónde y cuándo cada uno debe ser considerado. -Instalación mediante vaciado: Ventajas del vaciado:

La instalación de refractarios monolíticos es la técnica más confiable de

instalación. Dentro de la instalación están el vaciado con vibrado el vaciado por colado.

Concerniente a la salud es el menos crítico, la generación del polvo es mínima.

La cantidad de material necesitada, por este método de la instalación, es

mínima puesto que hay poco desperdicio.



las características físicas-químicas para un refractario vaciado son las mas confiables y normalmente dentro de las características especificadas en las hojas de datos técnicos.

Las laminaciones en la instalación son descartadas.

Cuando está planeado correctamente, las instalación por vaciados tienen

menos interferencias con otras actividades cercanas al área de la unidad.

Si las fibras metálicas son necesarias pueden ser utilizadas y todas quedan dentro del revestimiento.

Desventajas del vaciado:

La instalación por vaciado requiere que los equipos de instalación estén lo

mas cercano al área de trabajo, a excepción de la bomba de castables. El encofrado debe ser hecho proporcionalmente en dimensiones

apropiadas para el trabajo, y que se pueda sostener a la chapa metálica hasta el curado.

El tiempo es necesario para instalar y quitar el encofrado.

Puesto que el castable busca su propio nivel, las formaletas deben

colocarse de tal forma que no quede aire atrapado, y por lo tanto vacíos en la sección vaciada. Esto significa que el tope del vaciado debe ser la elevación superior absoluta de la instalación.

Se requiere realizar muestras de vaciado a confirmar la calidad del mismo.

El costo del vaciado es más alto que otras instalaciones.

Se requiere el planeamiento y la habilidad para fabricar el encofrado.

Los contratistas refractarios a menudo desean hacer una instalación por

proyección.

-Instalación por proyección Ventajas de la proyección:

No se requiere de encofrados complicados.

Los rendimientos de instalación de kg/HH son mas altos que los del

vaciado.



Las configuraciones geométricas complicadas pueden ser ejecutadas sin la necesidad de la fabricación de un encofrado especialmente diseñado.

A excepción de las mangueras de proyección, el resto del equipo puede

estar distanciado del área de trabajo.

La unidad para ponerse en marcha, no debe esperar por el desencofrado.

La mayoría de los contratitas prefieren la instalación por proyección. Desventajas de la proyección:

Se requiere de habilidad del proyectador y operador de la maquina. Aun cuando la calidad de instalación es buena, las imperfecciones y las

laminaciones estarán dentro del revestimiento. Las laminaciones en el revestimiento serán normalmente paralelas a la

cara caliente, la cual hará al revestimiento más susceptible al desconchamiento durante operación y ciclos térmicos.

Otros trabajos no se puede hacer durante la instalación hecha por

proyección debido al rebote y la generación del polvo. Con referencia a la salud es la de más riesgo que cualquier otro método

de instalación debido a la alta generación de polvo. Un porcentaje, adicional, de material es requerido debido a la perdida por

rebote. La pérdida del rebote dará lugar a un revestimiento rico en cemento. Esto

significa que habrá probablemente una contracción más alta a temperatura de operación.

El aislamiento térmico del revestimiento será un significado más alto.

La resistencia a la erosión puede ser reducida gradualmente. La capacidad de alcanzar un revestimiento de alta calidad depende en

tener espacio adecuado para que el proyectador consiga una buena instalación.

Los revestimientos hechos por proyección pueden ser tan buenos como

puede ser laminados. Estas laminaciones no se pueden detectar por el método del martillo hasta que el revestimiento este completamente seco.

Cualquier acumulación de vapor en un revestimiento hecha por proyección abrirá las laminaciones.



Hay la posibilidad de atrapar rebote en el revestimiento refractario durante la instalación, que no puede ser detectada.

Los revestimientos hecho por proyección tienen un pobre servicio en

coque. Los revestimientos por proyección requieren de un mantenimiento mas

rápido que los hechos mediante vaciado. La densidad de la fibra metálica no es el grado óptimo para la instalación

hecha por proyección, ya que una cantidad bastante alta de fibras es desperdiciada como rebote.

Las fibras metálicas sirven de núcleos como para que la maquina,

manguera y pico de proyección fallen en cualquier momento.

-Instalación de Castables por el metodo de hand parking. La instalación de refractario es hecha a mano cuando la construcción de un encofrado no esta dentro de los planes de uso o cuando la aplicación del método por proyección no es aplicable. Ventajas del Hand Paking:

Es el método menos costoso de instalación de material refractario.

La instalación se puede hacer con un mínimo de trabajadores

experimentados.

El material a instalar puede ser colocado en cualquier ángulo, ya que este no posee tanta humedad como para fluir hacia abajo.

Los ductos se pueden revestir en el piso y mediante giros horizontales se

completan. No hay la necesidad de emplear encofrados.

No se requiere de encofrado.

No hay pérdida por rebote.

La cantidad de material refractario necesaria en una instalación es mínima.

Desventaja del Hand Parking.

El revestimiento no tendrá la apariencia de un vaciado. Evite esto.

En las juntas frías el material no esta totalmente acabado



Los revestimientos están mas propensos a ser destruidos por abuso

mecánico.

Los revestimientos hechos en cilindro horizontalmente no son uniformes.

La prueba del martillo indicará casi siempre áreas con huecos.

La experiencia demuestran que el mantenimiento será mas frecuente.

-Instalaciones de revestimiento de poco espesor resistentes a la erosión, usando el método de Hand Parking. Los revestimientos de espesores finos generalmente son construidos para hacer frente al desgaste por erosión.

Ventajas de los revestimientos hand parking

Estos revestimientos son colocados con la cantidad de agua cercana a la cantidad óptima, con el fin de obtener la mejor resistencia a la abrasión.

Estos revestimientos pueden ser aplicados en paredes verticales

sujetadas con un sistema de anclaje de mallas hexagonales.

Los equipos utilizados son: una mezcladora de paleta, madera y mazos de goma.

Desventajas de los revestimientos hand parking

La colocación del material alrededor del sistema de anclaje es incompleto.

Una cantidad de agua, levemente mayor que la de los apisonables se

puede requerir para la ejecución de los revestimientos hechos por este método. Esto significa que la resistencia de la erosión puede no ser la óptima.

El instalador deberá ser muy diligente para asegurarse de que el revestimiento refractario sea bien colocado y además por debajo del sistema de anclaje.

La habilidad y la experiencia del instalador es muy importante en este método de instalación.

La destreza y experiencia del instalador es de suma importancia.

Los instaladores deben ser calificados mediante pruebas de verificación.



-Instalación de revestimiento delgados resistente a la erosión por el método de apisonado neumático. Ventajas del apisonado neumático:

Un mínimo de agua debe ser usada para obtener buenas resistencias a la

erosión.

La colocación del material alrededor del anclaje es controlable.

La instalación en paredes verticales puede hacerse con un mínimo de agua.

Desventajas del apisonado neumático:

La vibración, producida, durante la instalación del material afecta las

áreas adyacentes del revestimiento ya instalado.

Es necesario el uso de un compresor neumático y equipos de apisonamiento para realizar el trabajo. En áreas alejadas de las unidades, la línea de aire requerida debe llegar hasta el sitio de trabajo.

Instalación de revestimientos refractarios plásticos debe ser requerido el uso de apisonadores neumáticos.

Debido a la consistencia del refractario plástico, este debe ser apisonado lo mas denso en sitio. Los apisonadotes neumáticos son las mejores herramientas para realizar el trabajo.

Los plásticos refractarios que deben ser instalados por el método de proyección requieren formulaciones especiales y el equipo de proyección utilizado debe ser modificado para requisitos particulares de la instalación. El uso de este tipo de material y de equipo se limita en refinerías.

18.5.- Experiencia de Aplicación / Equipo La experiencia del contratista en la instalación de refractario es muy crítica a alcanzar revestimientos refractarios de óptima calidad. La selección del instalador de refractario se hace a menudo en base de precio. Muchas veces, el contratista utilizado para una parada son los mismos que los utilizados en paradas anteriores, sin embargo, los equipo actuales previsto para realizar el trabajo se pueden diferenciar de los equipo del pasado. Los equipos pueden ser los mismos que fueron usados en anterior paradas, pero ésos equipos pueden ser ahora no idóneos



para realizar el trabajo. Por esta razón, igual, aun si el contratista tiene muchos anos de experiencia, es importante reconfirmar las habilidades de los instaladores antes de comenzar los trabajos de instalación con materiales de nuevas tecnología. Las habilidades que se deben evaluar y confirmadas como aceptables antes de conceder un contrato son las siguientes:

-Preparación de los procedimientos de instalación. .

En la oficina de cualquier contratista competente, debe haber una persona técnica con una alta capacidad de visualizar una instalación refractaria y de elaborar un procedimiento de instalación que permita alcanzar la mejor calidad del revestimiento refractario de la manera más eficiente. La persona encargada de la preparación de los procedimientos de instalación, debe poder identificar las ventajas y las desventajas del procedimiento para asegurar y garantizar la mejor ejecución de los trabajos. Él, también, debe identificar el procedimiento que da lugar al revestimiento refractario de la mejor calidad y debe presentar las ventajas y desventajas de cada uno de los procedimientos propuestos. Una forma para evaluar la capacidad del contratista en esta área es darle un problema y requerirle elaborar un procedimiento de instalación para el problema de refractario dado. Los detalles del procedimiento deben presentarse, cómo también anticipar y resolver los problemas antes que ellos ocurran sin perdida de tiempo. Si el trabajo se está haciendo con una especificación refractaria, el contratista deberá preguntarse unas series de interrogantes para determinar su familiaridad con lo requerido y el alcance. A menudo el contratista deberá confiar a ejecutar la instalación de los refractarios cierta especificación. Los trabajos serán concedidos, basándose en la confianza en un contratista a instalar revestimiento refractario de acuerdo a ciertos estándares. Si el contratista no ha hecho el planeamiento adecuado, el compromiso de calidad será requerido. -Verificación de la capacidad de equipos de instalación. La capacidad de equipos de instalación refractaria es a menudo considerado a ser buenas para la reputación del contratista. Muchas veces esto es correcto, pero a veces los equipos que normalmente se usan, están siendo usados por el contratista en otros lugares. Es aconsejado que la operatividad y calidad de los equipos previstos para las instalaciones refractarias de una parada deba ser confirmada cada antes de que comience el trabajo. La disponibilidad de los equipos se deben confirmar según lo pautado en el API RP 936, párrafo 2.3: Pruebas de calificación del instalador.



18.6.- Calidad del Producto Refractario

Las hojas de datos técnicos de los productos refractarios se proporcionan para una inspección previa de los refractarios. Sin embargo, la calidad del refractario puede variar de lote a lote. API RP 936 tiene guías para la evaluación del material. Párrafo 2.2. El proveedor de refractario solamente garantiza la calidad de la fabricación del refractario. Una vez que el material se certifique fue fabricado atendiendo a ciertos estándares, viene la responsabilidad del contratista encargado de la instalación a verificar que el puede instalar los materiales atendiendo a las especificaciones del diseñador de la unidad o de las especificaciones de la refinería. La verificación de los estándares de calidad de la instalación debe ser hecha siguiendo los procedimientos API RP 936, párrafo 2.3: Pruebas de calificación del instalador.

19.-MECANISMO DE DESTRUCCION DEL REFRACTARIO. Los materiales refractarios son partes "consumibles" de las unidades de proceso. En otras industrias como acero, el cemento, el vidrio, los revestimientos refractarios son algunas veces, considerado muy exitoso si la unidad llega a resistir la semana o el mes de operación de la campaña. En estos últimos años, el desempeño se ha mejorado con nuevos materiales refractarios y mejores técnicas de instalación. Cuándo los requisitos de servicio son tan severos que la vida del refractario es corta, los períodos de inactividad por fallas de producción de la unidad han estado limitados utilizando los conceptos de reposición de componentes. Los materiales refractarios del revestimiento y la instalación son a menudo costos de mantenimiento principales para estas industrias.

En la industria de la refinería, las necesidades refractarias del revestimiento no son tan como en otras industrias. Las campañas de las unidades son medidas en años en vez de semanas o meses. El negocio de refinación es tan competitivo y la operación de la unidad tan provechosa que períodos de inactividad por fallas operativas debe ser obligada a cumplir un mínimo absoluto en el mantenimiento. Debido a que los costos de mantenimiento refractario del revestimiento son bajos comparados con otras necesidades de mantenimiento. El costo de mantenimiento refractario es pequeño comparado con los costos de 1 o 2 días de parada de la unidad para hacer las reparaciones. Por esta razón, es importante asegurar la identificación correcta de la falla del refractario y la manera como se origino a fin de hacer las correcciones, y que la reparación esté hecha tan rápido como sea posible. Uno o dos días de pérdida en la operación de la unidad puede costar más que todo el trabajo de mantenimiento hecho en el revestimiento refractario durante un mantenimiento programado. Es necesario los análisis post-mortem del revestimiento refractario, con la finalidad de que pueda existir algún razonamiento lógico para reconocer y diseñar el revestimiento refractario correcto en los equipo de la refinería. Ciertamente, los materiales refractarios son heterogéneos y no homogéneos como es el caso de los metales, plásticos, y materiales de vidrios, razón por la cual la frecuencia de fallas no son tan predecibles como es el caso de la corrosión.



Junto a la composición heterogénea, la forma como el material refractario es formulado, instalado, curado y secado puede tener un impacto significativo en el desempeño de la unidad. Esto es lo que hace la habilidad de un contratista refractario experimentado. Los siguientes ejemplos son mecanismo de fallas en el revestimiento refractario, es importante para minimizar estos fenómenos crear conciencia de lo que significa el buen uso y manejo de los materiales refractarios y cómo optimizar el revestimiento refractario para enfrentarlos a tales fracasos:

19.1.-Erosión: La erosión es un mecanismo crítico de fracaso en unidades petroleras de fluidos sólidos de la refinería, especialmente a temperaturas normales de operación. Los materiales refractarios han sido diseñados especialmente para ocuparse de resistencia de erosión. Las altas temperaturas en los ciclones de los regeneradores en FCCU y en los reactores son las áreas mas afectadas por el fenómeno de perdida por erosión. La erosión y los huecos directos en los ciclones pueden conducir a las pérdidas excesivas del catalizador y posiblemente una parada inesperada de la unidad. La erosividad puede estar relacionada a una combinación de los siguientes factores:

1. La velocidad de proceso. 2. El ángulo de impacto externo. 3. Temperatura de operación. 4. La carga del catalizador en la corriente de proceso. 5. La dureza del catalizador a la temperatura de operación. 6. El tamaño del catalizador.

Con las condiciones identificadas anteriormente, el desgaste del catalizador puede ser también un factor que debe agregarse. La falla del revestimiento refractario y los componentes metálicos debido a la erosión es un tema de mucha relevancia en la mayoría de los casos: La evaluación de diversos diseños de ciclones y el esfuerzo por presentar un revestimiento refractario resistente a la erosión son frecuentes. Los esfuerzos son también dirigidos a diseñar pruebas experimentales que pueden usarse para evaluar sistemas de anclajes y resistencia de erosión. El diseño y la operación de instalaciones de laboratorio para poder evaluar y predecir las pérdidas por erosión y diseño de sistemas del revestimiento cuestan mucho dinero 19.2.-Corrosión: La corrosión refractaria es un componente crítico del desempeño del revestimiento refractario. Hay varias formas de corrosión en revestimientos refractarios:



El ataque de escorias: Este tipo de ataque ocurre cuando el material refractario es atacado en la cara caliente por impurezas tales Vanadium, Sodio, Potasio y otros álcalis reaccionando con los diversos componentes de un material refractario a temperaturas de operación por arriba 1800 ° F (982 ° C). La aparición de este tipo de corrosión es la formación de una fase vítrea en la cara caliente del revestimiento.

La formación de escoria en la cara caliente del revestimiento puede conducir a las diferencias en la expansión termal entre la escoria y el material refractario y el forro detrás del estrato de la chatarra. Cuando esto ocurre, el fenómeno de spalling se presenta en la cara caliente del refractario. Este ciclo se repite causando un daño prematuro del revestimiento y como consecuencia una parada de la unidad.

Las impurezas en el proceso pueden, también, reaccionar con el

revestimiento causando un debilitamiento de las fuerzas de enlace y además un deterioro de la cara caliente del refractario con dirección a la chapa metálica.

En una unidad cíclica puede aumentar este mecanismo de corrosión /deterioro. Cuando la unidad es apagada, las impurezas que ha permeado a través de los poros del revestimiento se condensan y forma diversos planos isotérmicos en el revestimiento. La repetición de este ciclo producen aumento de las impurezas dentro del revestimiento hasta causar el deterioro del mismo. Este tipo de deterioro o desgaste puede verse en los calentadores, la evidencia se observa cuando en el piso de la unidad se pueden ver fragmento de refractario de la cara caliente y aumenta contra de paredes radiantes del horno.

Un tercer tipo de corrosión es cuando en el proceso hay impurezas de

azufre el cual es convertido a ácido sulfúrico en la medida en que queme el azufre. El efecto del ácido sulfúrico en la cara caliente de un material refractario es insignificante. Sin embargo, si la chapa de metal está bajo el punto de rocío del gas, puede haber deterioro del revestimiento refractario en la cara fría. Este condensado también puede corroer la chapa metálica.

Debido a que los castables refractarios son ligados con cemento del aluminato de calcio, este tipo de enlace puede reaccionar con los gases ácidos a neutralizar el ácido formando sulfato de calcio en el interior del revestimiento refractario. La reacción entre el cemento y el ácido sulfúrico formará un sulfato de calcio que puede llenar los poros y adicionalmente protege la chapa metálica de la corrosión. Este mecanismo de corrosión gusta realmente cuando hay preocupación acerca de la corrosión de la chapa metálica. El aumento de sulfato de calcio minimiza futuros flujos del ácido sulfúrico hacia la cara fria del revestimiento. Los revestimiento de fibra



ceramica son neutros, cuándo los gases ácido condensan en estos tipos de revestimiento, el condensado ácido es reactivo con la carcaza metalica causando la corrosión.

19.3.-Choque Térmico: La exposición de un material refractario o un cuerpo a cambios bruscos de temperaturas puede causar efectos de deterioros (API RP 936, Apéndice A tomado de ACI Concreto Refractario 547-79 (Instituto Concreto Americano, Detroit, Michigan, 1979). El choque térmico puede ser un problema significativo en unidades que operan térmicamente de manera cíclicas. Los choques térmicos sobre los revestimientos refractarios normalmente causan spalling de la cara caliente. El choque térmico es más severo en materiales refractarios que tienen alta resistencia y alto coeficiente de expansión térmica. Algunas de las áreas del revestimiento donde el choque térmico puede ocurrir son las siguientes: El agua residual que queda atrapada durante el curado, cuando se calienta

a la temperatura de operación producen, internamente en el revestimiento, altas presiones de vapor. Estas presiones de vapor son lo suficiente para causar desprendimiento de material refractario.

En áreas impregnadas con coque. Estas áreas son mas densificadas que el

material original y por lo tanto mas sensibles al choque térmico.

Cuando un revestimiento infiltrado con coque es enfriado rápidamente, se produce un plano de fractura causado por las diferentes velocidades de contracción entre la sección infiltrada y la que permanece original. Por otra parte, cuando un revestimiento infiltrado con coque se calienta bruscamente, como es el caso por la adición de catalizador caliente, y no hay un control del calentamiento, se produce también el plano de fractura mencionado anteriormente.

Otra área potencial para el choque térmico es el de los quemadores. Un mal

funcionamiento en los inyectores puede impregnar de combustible, áreas de la cara caliente del quemador.

Si un material refractario tiene baja expansión térmica es posible que el

efecto del choque térmico sea minimizado. Los productos de liga convencional o de silicato tienen muy bajo coeficiente de expansión térmica. Cuando ellos son calentados de una manera no gradual no son observados ningún tipo de estrés, es por eso que estos productos son los preferidos para servicios donde hay preocupación por el choque térmico



Cuándo un revestimiento refractario debe estar expuesto a altos choques térmicos y la resistencia a la erosión es insignificante, se deben emplear los plásticos refractarios para la ejecución del revestimiento. Cuando hay ciclos de temperaturas, los estreses causados por el enfriamiento y calentamiento son compensados internamente por la misma matriz del refractario sin deteriorarse. Algunas veces se diseñan juntas de contracción en los revestimiento monolítico y de ladrillo para servir " de amortiguadores” de los choques térmicos.

La fibra mineral reforzada reduce potencialmente la perdida de

revestimiento atribuidas a los choques térmicos producidos por ciclos térmicos de la unidad.

Los revestimientos de fibra cerámica al ser calentados instantáneamente.

Esto los hace muy resistentes a los choques térmicos. Los revestimientos cerámicos de módulo de fibra son usados en ductos secundarios y en algunos incineradores donde las temperaturas de trabajo no exceden la temperatura de trabajo del revestimiento de fibra.

19.4.-Abuso Mecánico: El abuso mecánico de material refractario esta relacionado con los esfuerzos externos debido al diseño de la unidad: La expansión térmica de los elementos de la unidad no han sido adecuadamente corregidas en el diseño del revestimiento refractario. Algunos ejemplos de cómo suceden son dados a continuación: La expansión térmica debe ser considerada. Si en un revestimiento

refractario, bien sea vaciado o proyectado, la expansión térmica no se toma en cuenta; el revestimiento sufrirá daños en el punto térmico de expansión.

Cuando la elevación de la temperatura no es tomada en cuenta, se

producen tensiones a todo lo largo del revestimiento producto de las tensiones mecánicas de la estructura metálica.

La deformación de la chapa metálica causa también tensiones en el

revestimiento refractario. Las temperaturas del aire circundante producen diferencias de

temperaturas que originan tensiones en el revestimiento refractario. Los trabajos metal mecánicos de las unidades pueden afectar la

estabilidad del revestimiento. Esto debe ser minimizado tomando precauciones en estas actividades. etc.

19.5.-Sobrecalentamiento:



El sobrecalentamiento del revestimiento refractario no son afectados en las unidades de FCCU y los coquificadores. Los revestimientos refractarios en estas unidades pueden resistir 2300 ° F (1260 ° C), mientras que la temperatura máxima de operación está en el rango de 1350 a1800 ° F (732 a 982 ° C). De hecho, si un revestimiento refractario del regenerador FCCU opera con un exceso de oxigeno a temperaturas extremas el acero inoxidable de los ciclones se vería mas afectado que el revestimiento refractario. Una de las unidades en la cual las altas temperaturas son experimentadas son los reactores térmicos de los recuperadores de azufre y las cámaras de combustión Claus. Las temperaturas en esta unidad pueden variar desde 1800 a 3200 ° F (982 a 1760 ° C). En el caso de un sobrecalentamiento de la cara caliente del revestimiento puede afectar el revestimiento de respaldo causando la fusión del mismo. Cuando la unidad opera normalmente, el revestimiento opera sastifactoriamente, sin embargo, si se opera a altas temperaturas se puede afectar grandemente el revestimiento refractario de servicio. Cuesta mucho diseñar un revestimiento que pueda operar a temperatura de trabajo entre 1800 a 3200 ° F. La operación debería estar estrechamente definida. Una consideración ponderada debería ser dada en lo que se refiere a cómo diseñar correctamente una cámara de combustión de azufre. El sobrecalentamiento puede ocurrir en el caso de un incinerador, donde una variedad de productos que están siendo incinerados. Una buena comprensión de los tipos de materiales incinerados es de suma importancia. 19.6.-Reacciones Atmosféricas / Ataque Químicos: Ciertas reacciones atmosféricas y ataques químicos pueden ocurrir en los revestimientos refractarios para aplicaciones especiales. Lo siguiente son dos casos comunes de ataque / reacciones químicas: Una reacción atmosférica dentro de un revestimiento refractario puede ser

experimentada por los depósitos de carbón dentro de los poros del refractario conteniendo pequeñas cantidades de oxido de hierro en atmósferas reductoras operando entre 800 y 1200 ° F (427 y 649 ° C), con altos porcentajes ya sea de monóxido de carbono o hidrocarburos livianos. Este mecanismo de corrosión es la deposición de carbón dentro de los poros del revestimiento refractario alrededor del hierro que actúa como un catalizador para la deposición. La reacción en una atmósfera reductora es como sigue:

CO ---- C + C02 (Fe + Atmósfera reductora)



En continua operación, los depósitos de carbón crecen y rompen el revestimiento debido a una acción expansiva. El mecanismo de falla es conocido como “Desintegración del Monóxido de Carbono.” Aunque no esta confirmado, los hidrocarburos livianos en una atmósfera reductora pueden también ser reducidos por la presencia de hierro dentro del revestimiento refractario. Esta reacción de desintegración puede ocurrir a temperaturas de operación entre 800 a 1200 ° F (427 a 649 ° C). Para minimizar la posibilidad de que esto suceda, revestimiento refractario con bajo contenido de hierro deben ser usados. Los materiales refractarios bajo de hierro son aquellos que contienen cemento de media y alta pureza de aluminato de calcio. Se han dado los casos de que hay contaminaciones de hierro debida a los elementos de molienda y preparación de los agregados refractarios. Los fabricantes de refractarios deben utilizar separadores magnéticos de alta potencia durante la fabricación de estos materiales.

Altas temperaturas en reformadores de hidrogeno, la silica puede ser removida del refractario acorde con la siguiente reaccion:

H2(gas) + Si02 (solidó) <SiO(gas) + H20 (vapor)

H2 (el gas) a 1800 ° F (982 ° C) reacciona con Si02 (sólido) dentro del material refractario a formar H20 (vapor) y SiO (gas). No hay conocimiento de reducción de la resistencia del material refractario por remoción del SiO2 de la estructura de la cara caliente. Sin embargo, adicionalmente a lo que ocurre a altas temperaturas, la reacción inversa en el enfriador el intercambio de los gases caliente causa la deposición de Si02 en los intercambiadores de calor reduciendo así la eficiencia de la unidad. Para minimizar este efecto a altas temperaturas, altas atmósferas de hidrógeno, los materiales refractarios a emplear deberían ser aquellos que tiene un mínimo contenido de Si02. Esto indica que en todos los casos deberíamos emplear materiales con un alto contenido de Al2O3 y el resto de CaO.



B.-TRANSFERENCIA DE CALOR



1.-MARCO TEÓRICO

Calor

El calor es un concepto y por lo tanto no se ve: “El calor es una energía de tránsito, sólo tiene sentido hablar de variación de calor mientras la energía fluye de un cuerpo a otro.” El calor es una energía que fluye de los cuerpos que se encuentran a mayor temperatura a los de menor temperatura.

Cómo se mide el Calor?: Calor especifico Caloría Capacidad calorífica

Como se transmite el Calor?:

Sea un sistema aislado con dos cuerpos A y B, en el que se hacen las siguientes observaciones:

1) Sus temperaturas son Ta > Tb.

2) A y B están próximos o en contacto adentro del sistema y no hay aislamiento térmico entre ellos.

3) En un instante inicial, se observa que la Ta > Tb, pero a medida que pasa el tiempo varían hasta igualarse.



4) Se plantea la ecuación de la calorimetría:

Qi = Gi . ci . (tf - ti) = 0

Conclusiones

a) Cuando dos cuerpos de diferente estado térmico se igualan luego de un tiempo, existió un fenómeno de calor.

b) En base a la teoría calórica se puede interpretar un fenómeno de calor como si la cantidad de calor se transmitiera de un cuerpo a otro.

c) Para que exista la transmisión de calor mencionada debe existir diferencia de temperaturas, diferencia que también es llamada salto térmico o gradiente de temperaturas.

2.-MECANISMOS DE TRANSMISIÓN DE CALOR PARA EL SECADO

Se reconocen tres mecanismos básicos de transmisión de calor:

a.- CONDUCCIÓN: Ley de Fourier.

Se lleva a cabo sin movimiento relativo de las partículas que componen a los cuerpos en cuestión, y es el caso de los cuerpos sólidos en contacto.

Para que exista transmisión de calor por conducción se considera que el calor fluirá a través de un medio cuyas moléculas están fijas en sus posiciones, es decir un medio sólido.

Este flujo de calor ocurrirá sólo si existe un salto térmico entre dos puntos del sólido. Este salto térmico o diferencia de temperaturas será expresado en forma infinitésima como dt.

A su vez para que tenga lugar el flujo de calor debe transcurrir un tiempo, al que llamaremos con el infinitésimo dτ.

b.- RADIACIÓN: Ley de Stefan Boltzman.

La transmisión de calor se lleva a cabo según las leyes de la radiación de energía por medio ondulatorio.

c.- CONVECCIÓN: Ley de Newton.

Es cuando la transmisión se realiza con movimiento relativo de las partículas que componen los cuerpos, y es el caso de los fluidos líquidos o gaseosos.

Para que exista transmisión de calor por convección se considera que el calor fluirá a través de un medio cuyas moléculas o partículas presentan movimiento relativo, es decir un medio líquido, gaseoso, o más genéricamente un medio fluido.



La convección puede ser natural o forzada:

Convección natural: Es debida al gradiente térmico, y se justifica:

1. Por la diferencia de densidad o de peso específico que aparece debido a las diferentes temperaturas. Esto produce que el fluido más frío circule hacia abajo y el más caliente hacia arriba, produciendo una corriente ascendente.

2. Las partículas líquidas o gaseosas tienen movimientos relativos continuos, que aumentan al aumentar sus estados térmicos. Este movimiento transporta la energía calórica en forma de energía cinética mientras se desplaza la partícula y va colisionando con las millones que encuentra en su camino, y a su vez éstas hacen lo mismo, verificándose una convección a nivel molecular de flujo muy turbulento. El movimiento de las partículas es conocido como movimiento browniano.

Convección forzada: Es cuando se aplican medios mecánicos para hacer circular el fluido. Ejemplos: ventilador, bomba, agitador, etc.

La constante de convección "h".

Para las aplicaciones prácticas se utiliza la constante "h", llamada también coeficiente de película. Es de muy difícil determinación, ya que depende de las siguientes variables:

1. velocidad de circulación

2. densidad de fluido

3. calor específico de las sustancias

4. diámetro de los tubos

5. viscosidad del fluido

6. conductividad

3.-TRANSFERENCIA DE CALOR Y CÁLCULOS:

PERDIDAS DE CALOR: Transferencia por conducción. “Q” depende de la resistencia de la pared. Depende del tiempo. Unidades expresadas en BTU / ft2 – hr – oF. Adopción de pruebas estándar. Los valores medios son validos para cada material. “Q” depende del aire circundante y por objetos.



Se asume la temperatura Ta. “Q” es comparado con las perdidas de calor por radiación y convección. El calor perdido por radiación y convección se analiza gráficamente.

4.-MÉTODO SIMPLIFICADO PARA CALCULAR LA TRANSFERENCIA DE CALOR:

El cálculo no es difícil aunque toma tiempo. Simplemente es un método ensayo y error. El método esta basado que para un espesor de pared refractaria dado hay un equivalente de espesor de ladrillo la cual tiene las mismas propiedades de transferencia de calor. Como por ejemplo, nosotros siempre decimos que una pulgada de plástico es equivalente a dos pulgadas de ladrillos en valores de aislamiento. El método considera que cada capa de una pared refractaria su espesor debe ser convertido a su equivalente en espesor de ladrillo. Cuan do el espesor total de la pared en su equivalente de ladrillo es conocido, la temperatura de la cara fría de la pared refractaria puede leerse directamente de una curva; y con la temperatura de la cara fría la perdida de calor puede ser leída de otra curva.

APLICACIÓN DEL METODO:

¿Cómo usamos en la práctica este método?: La figura No. 1 es utilizada para encontrar la temperatura de la cara fría cuando conocemos la temperatura de la cara caliente y un espesor de ladrillo: por ejemplo para una pared de 22 ½” de espesor de ladrillo y 2200 °F en la cara caliente, la temperatura de la cara fría es de 316 °F. La figura No. 1 esta basada para una temperatura del aire de 70 °F, no hay vientos y la pared es vertical. Esas condiciones son aceptadas como estándar para los cálculos de transferencia de calor. La figura No. 2 muestra la pérdida de calor para una pared vertical con varias temperaturas de cara fría y para diferente condiciones de velocidad del viento y temperaturas del aire. Como por ejemplo, si no hay vientos y la temperatura del aire es de 70 °F, una pared vertical con 200 °F en la cara fría la perdida de calor será de 290 BTU por pies cuadrado x hora. Debemos notar que la figura No. 2 es usada de acuerdo a la figura No. 1, la curva donde la temperatura del aire de 70 °F y sin viento debe ser usada. La figura No. 3 es usada para hallar la temperatura de la interfase; esto es, la temperatura entre una pared de dos componentes. Para usar esta grafica primero debemos conocer la perdida de calor a través de la pared (Fig. No. 2), la temperatura de la cara caliente, y el equivalente de espesor de ladrillo desde la cara caliente hasta la interfase. El siguiente ejemplo es ilustrado como sigue: La temperatura de la cara caliente es de 2400 °F, el espesor del equivalente de ladrillo desde la cara caliente a la interfase es de 19,8 pulgadas y la perdida de calor “Q” es de 385 BTU / hr – ft2...



Comenzamos interceptando las líneas que corresponden a Q = 385 BTU a la línea que corresponde a 19,8 “. Desde este punto dibujamos una paralela a 45º y la proyectamos hasta la curva. Luego trazamos una línea horizontal hasta la línea que corresponde a la temperatura de la cara caliente de 2400 °F, en este punto de intersección trazamos una vertical hasta la escala de la segunda curva y encontramos la temperatura de la interfase que corresponde a 1600°F. Las figuras No. 4 y No. 5 dan valores de equivalentes de ladrillos para varios productos comerciales a valores de temperatura media. La tabla I muestra una lista de equivalente de ladrillos para algunos productos comerciales a determinadas temperaturas. Ocasionalmente los cálculos de transferencia de calor involucraran materiales refractarios que no están incluidos en la tabla anterior. Pero si el factor “K” de este material es conocido, los equivalentes de pulgadas de ladrillos pueden obtenerse de la figura No. 6. Por ejemplo una pulgada de un material refractario la cual el factor “K” es de 2,5 BTU x pulgada / ft2 x hr x °F a una temperatura de 1600 °F es equivalente a 3.70 pulgada de ladrillo.



PULGADAS DE LADRILLO

Figura No. 1



TE

MP

ER

AT

UR

A D

E C

AR

A F

RIA

°F

.

PERDIDA DE CALOR BTU / FT2 / HR

Figura No. 2



“Q” = BTU / HR – FT2

Figura No. 3

TEMP. °F

Figura No. 4

EQ

UIV

AL

EN

TE

DE

PU

LG

AD

AS

DE

LA

DR

ILL

O



TEMP. oF

Figura No. 5

EQ

UIV

AL

EN

TE

DE

PU

LG

AD

AS

DE

LA

DR

ILL

O

DISTANCIA DE LA CARA CALIENTE A LA INTERFACE

EQUIVALENTE DE PULGADAS DE LADRILLO

TEMPERATURA DE INTERFACE oF



DESCRIPCION < 1000 ºF >1000 < 2000

ºF > 2000 ºF

QUICK-PAK 2.60 1.93 1.78

SUPER PLASTIC 2.60 1.93 1.78

SUPER HYBOND 2.60 1.93 1.78

HIGH ALUMINA PLASTIC 1.90 1.55 1.43

HYDROSET 1.90 2.20 2.35

KAST-SET 1.90 2.20 2.35

KS-4 (Poured) 1.90 2.20 2.35

KS-4 (Gunned) 1.75 2.00 2.05

MC-22 1.63 1.85

GREENCAST-12 1.75 2.00

GREENCAST-12 GUNNING REFRACTORY 1.85 2.05

GREENCAST-12 GUNNING REFRACTORY 1.75 2.00

MIZZOU CASTABLE 1.55 1.78 1.90

KAST-O-LITE 3.95 3.60

KAST-O-LITE GUNNING REFRACTORY 3.95 3.60

KAST-O-LITE GUNNING REFRACTORY 3.40 3.05

BLOCK INSULATION 14.5

INSULATING CEMENT 8.0

CASTABLE INSULATION No 20 4.9 5.55

CASTABLA BLOCK MIX 12.0

SK-7 (Poured) 4.55 5.05

SK-7 (Gunned) 4.13 4.62

G-20 INSULATING FIREBRICK 4.47 4.25

G-23 INSULATING FIREBRICK 4.20 4.05

G-26 INSULATING FIREBRICK 3.75 3.72 3.50




TABLA I

EQUIVALENTE DE LADRILLOS

DEBAJO DE 1000 oF 1000 – 2000 oF ARIBA DE 2000

oF



EXACTITUD DEL METODO:

La exactitud de los cálculos de una propiedad física es, de hecho, dependiente de la exactitud de los datos fundamentales. Lo siguiente es una descripción breve de las fuentes de error en los cálculos de transferencia de calor:

a) El factor “K”: Los coeficiente de transferencia de calor (K) son determinados

experimentalmente para cada material. Esto es un proceso complicado y es raro que los resultados de diferentes laboratorios estén de acuerdo. Afortunadamente es posible tener un error considerable en el factor “K” sin afectar los cálculos de la temperatura de la cara fría. Por ejemplo un error del 10% en los cálculos del factor “K”, producirá un error de 15 grados en la temperatura verdadera.

b) Atmósferas: Todos los factores “K” son determinados en atmósferas de aire. La

conductividad del aire espaciado debido a la porosidad del material juega un papel muy importante en la determinación total del factor “K”. Si otro gas diferente del aire llena esos poros, el factor “K” será diferente al valor verdadero. Esto sucede a menudo para los materiales aislantes. Para cada gas habrá un factor “K” diferente, auque afortunadamente mucho de los gases en contacto con el material refractario tiene un factor “K” muy cercano al del aire. El hidrogeno es una excepción, su factor “K” es mucho mas grande que el del aire.

c) Perdida de calor de la superficie: Las curvas de pérdidas de calor en la figura

No.2 están basados en los mejores datos. Hay una combinación de la perdida de calor debido a la convección y radiación. La radiación involucra la emisividad de la superficie, la cual para muchos materiales es de alrededor de 0,95, pero puede variar considerablemente, especialmente para las superficies luminosas o brillantes. El componente convectivo esta basado en una formula experimental y como tal esta sujeto a errores experimentales. Hay un factor adicional que no se muestra en la figura No.2 ; el efecto del viento de acuerdo al ángulo a la cual el viento incide sobre la superficie. También, si hay superficies calientes o calurosas, esto afectara las pérdidas tanto por convección y radiación.

d) Medidas de temperaturas: Mediciones de alta temperatura son usualmente

hechas con termocuplas, las cuales debido a un número de factores a menudo no dan resultados exactos. Otros métodos de medidas de temperaturas están sujetos a inexactitudes. Las medidas de temperaturas siempre corresponden a la temperatura de los gases calientes. Esta temperatura es diferente a la temperatura de la cara caliente del refractario.

e) Otros factores: Hay otros factores que pueden influenciar en la transferencia de

calor: la vitrificación y escorias harán cambiar el factor “K” del refractario. Grietas en la pared y juntas de mortero definitivamente afectara la transferencia de calor. La diferencia de presión a través de la pared del refractario afectara ligeramente el flujo de gas la cual marcadamente cambiara las condiciones.



En vista de lo anteriormente dicho, es recomendable que en todos los cálculos de la cara fría debe tomarse un margen de error de + / - 5 °F y en las perdidas de calor en + / - 10 BTU.



C.-PROCESO DE SECADO



1.-CONCEPTO BÁSICOS Curado

Es el período que sigue a la colocación del material refractario en donde se forma la liga hidráulica en los castables convencionales y tiene una duración de 24 horas.

Liga Hidráulica

Es el enlace de partículas por medio de cemento de aluminato de calcio cuando se agrega agua.

Liga Cerámica

Es la fuerza mecánica desarrollada durante el tratamiento térmico que causa la cohesión de partículas adyacentes, generalmente por la fusión. Recientemente, algunos especialistas han sugerido que es necesario calentar el material refractario a una temperatura entre 850 y 1000 ºC (1560 y 1830 ºF) para formar un enlace cerámico.

Liga convencional: Cuando los granos se unen por la formación de un vidrio. Liga directa: Es la fusión entre granos en la ausencia del vidrio.

Secado

Es el retiro total del agua de un revestimiento refractario mediante la aplicación de calor.

Cocción

Es la condición de temperatura que debe alcanzar el revestimiento para lograr el inicio de la liga cerámica.

Calentamiento

Es la continuación del proceso hasta la temperatura de operación.

Enfriamiento Desde un punto de vista puramente cerámico, un enfriamiento puede ser más perjudicial al revestimiento que el calentamiento. No se recomienda enfriar el revestimiento para saber si hay grietas, porque es bien sabido que las grietas están creadas en el revestimiento después del calentamiento y enfriar produce tensiones en el revestimiento.

Agua

Agua física o de formación, corresponden al agua o la humedad que agregamos físicamente a la pasta, y que se evaporará o será eliminada mediante el secado. El agua química o de combinación es la que está químicamente combinada con la arcilla (no olvidemos que ésta es un silicato de alúmina hidratado: Al2O3 - 2SiO2 -2H2O ), y que se descompone y desprende de las piezas durante la cocción.



2.-CONSIDERACIONES DEL PROCESO DE SECADO El programa del proceso de secado será recomendado por el fabricante del

refractario. Los programas se basan en las diferencias de permeabilidad, densidad y espesor

del revestimiento. El aire es el medio que proporciona el calor y debe ser el que se controlará y

medirá. Planear el acceso adecuado que permite la colocación apropiada del quemador y

de los termopares. Las formaletas (particularmente las de madera) se deben quitar antes del proceso

secado. Agujeros de drenaje se deben ubicar en los puntos más bajos el recipiente o del

horno. El mejor momento para instalar los termopares dentro del refractario es durante la

instalación La configuración física o forma del horno o la unidad del proceso, porciones

auxiliares, tales como líneas de la alimentación o los conductos del gas de escape, y los puntos de acceso o las aberturas entrantes.

También es importante considerar áreas y acceso para el quemador, el ventilador del aire de combustión y el tren del gas.

Una chimenea con elevación alta. Instalar suficientes dispositivos de medición de la temperatura para controlar la

temperatura del gas a través del área revestida. Sistema de seguridad. Los combustibles disponibles.

3.-CURADO Deben curarse los castables refractarios por un mínimo de 24 horas antes del secado y calentamiento del revestimiento. La reacción de hidratación del cemento aluminoso, que ocurre al mezclar el moldeable con agua, es exotérmica. La cantidad de calor generado es suficiente para transformar parte de agua en vapor, lo que podría impedir la hidratación total del cemento al disminuir la cantidad disponible de agua. Para compensar esta perdida de humedad y asegurar que el concreto desarrolle su máxima resistencia mecánica al hidratarse completamente, la superficie del revestimiento debe mantenerse húmeda y fría, ya sea mediante la atomización de agua limpia a intervalos frecuente ó cubriéndola con sacos mojados para mantener húmedo el cemento. También puede evitarse la pérdida de humedad superficial mediante la aplicación de un recubrimiento, compuesto de curado de concreto, a base de resina, que forma una capa impermeable (barrera de vapor) durante el curado, quemándose luego a bajas temperaturas. El curado debe comenzarse después del inicio del fraguado inicial, cuando la superficie del revestimiento se ha endurecido lo suficiente para impedir que el agua de curado al chocar contra la superficie arrastre las partículas finas de del cemento, y debe



mantenerse por un mínimo de 24 horas, antes de retirar las formaletas o moldes. Durante el curado, la temperatura del revestimiento no debe exceder 32 ºC. En climas muy cálidos, la rata de evaporación de agua es muy alta, por lo que la operación de curado húmedo es de máxima importancia. Si la instalación es hecha al aire libre, la superficie del revestimiento debe ser protegida de la acción directa del sol hasta que finalice el curado. Condiciones de Temperatura.

La temperatura debe ser regularmente medida durante el curado. Si se anticipa que la temperatura de la chapa y/o la temperatura interna del

refractario alcanzara los 28 ºC, la chapa debe ser enfriada con agua limpia en forma de spray o cubriendo la superficie del refractario con sacos, los cuales deben ser mantenidos húmedos.

La temperatura interna puede ser reducida con circulación de aire forzado

siempre que las condiciones ambientales lo permitan. Se debe tener presente que la circulación de aire forzado acelera el secado, entonces un tratamiento especial se debe aplicar, ejemplo: un fino pulverizado de agua se agrega al aire (se crea una neblina artificial).

Métodos de Curado .

Durante el período del curado se deben tomar las siguientes precauciones:

Después del aplicación, los materiales refractarios deben ser protegidos de

condiciones atmosféricas extremas de frío y calor.

Se debe mantener húmedo para evitar grietas u otros daños debido a la evaporación rápida de la humedad, necesaria para las reacciones de hidratación del material refractario.

Una resina orgánica impermeable tipo membrana puede ser aplicada a la superficie refractaria, si y solo si la superficie del refractario no entrara en contacto con refractario nuevo a ser aplicado mas adelante.

Curado para Castables de Liga Hidráulica

El curado deberá ser comenzado tan pronto como la superficie refractaria

expuesta este seca al tacto (normalmente después de una a ocho horas de instalado, dependiendo de las condiciones atmosféricas). Durante este tiempo debe aplicarse una niebla de agua limpia y fresca a la superficie. El aerosol de agua será aplicado en intervalos frecuentes para imposibilitar el secado del revestimiento y continuará por lo menos veinticuatro horas después de que la última porción del revestimiento se ha aplicado.



Un drenaje adecuado debe ser previsto para permitir que el exceso del agua escurra sin la formación de charcos en el refractario.

La temperatura de la carcaza y las temperaturas internas del material refractario nuevo (resultando de condiciones ambiente y/o del calor de la hidratación) serán mantenidas entre 18 ºC y 30 ºC. En caso de ser necesario esto será logrado refrescando la carcaza con un aerosol de agua.

La temperatura de la carcaza será medida y registrada durante el período de curado.

No debe permitirse que la luz del sol incida directamente sobre el revestimiento refractario fresco en el plazo de 36 horas después de instalado.

Castables de Liga Química

El material permite un curado al aire. El uso de agua no es recomendado. El uso de una membrana impermeable, tipo resina se prohíbe. El uso de encerados para proteger el material refractario fresco contra el polvo y

el daño se permite. Las restricciones de la temperatura o el monitoreo de la misma son requisitos

definidos por el fabricante y serán puestos en ejecución durante el período que curado.

Plásticos

Estos materiales contienen poca agua libre y no necesitan normalmente un

período de curado. Los materiales plásticos endurece al aire lo que les permite normalmente un

períodos prolongados sin ser calentados y se debe dejar temporalmente la formaleta, si las temperaturas internas este fuera del rango de 10 C - 25 C.

Los materiales plásticos de liga química son higroscópicos y pueden ser calentados hasta 250 ºC, inmediatamente después de la instalación, o protegido adecuadamente contra la absorción de la humedad, por ejemplo, con un compuesto especial que cura o cubrir con plástico

4.-SECADO Después del curado y del secado al aire, los concretos refractarios deben someterse a un calentamiento inicial bajo condiciones estrictamente controladas para eliminar el agua. El revestimiento, antes de ser sometidos a la acción del calor, tiene muy baja permeabilidad, por lo que la remoción del agua debe ser realizada lentamente, a fin de evitar la presencia de altas presiones en la estructura del refractario del refractario, que podrían dañar el revestimiento y/o el sistema de soporte, y en caso extremo, destruir el revestimiento por explosión.



El calentamiento inicial debe ser llevado a cabo siguiendo una curva tiempo-temperatura bien definida, en especial para los moldeables que contienen cemento aluminoso de alta pureza y alta resistencia. La forma de la curva dependerá de la cantidad y tipo de concreto y del espesor total del revestimiento: en general, mientras mayor sea el espesor, mas tiempo se requiere para el calentamiento inicial. Las curvas tiempo-temperatura usualmente indican la rata máxima de calentamiento e incorporan períodos durante los cuales la temperatura se mantiene constante. Las temperaturas indicadas se refieren a los gases en contacto con el revestimiento. Si en algún momento se observa la presencia de vapor de agua durante los periodos de calentamiento a temperatura constante, debe mantenerse la temperatura hasta que no se observe vapor. Si continua el calentamiento mientras el vapor es visible existe peligro de que por incremento de la presión interna ocurra una explosión. El objetivo principal en esta fase del proceso de secado es la remoción del agua

física (agua hidráulica) del revestimiento refractario. Generar la porosidad necesaria para facilitar la remoción del vapor invisible. Da estabilidad física al revestimiento. La temperatura del aire caliente será incrementada a rata entre 10 ºC/h a 30 ºC/h

5.-COCCIÓN Cada instalación es un caso especial. En general, por efecto de calor, el agua no ligada químicamente es removida a 100 ºC, mientras que el agua de hidratación se elimina en el rango de temperatura entre 205 ºC 650ºC. El primer objetivo en esta fase del proceso de secado es la remoción del agua

química del revestimiento refractario. En esta fase del proceso se busca la formación de la liga cerámica. Es la fase mas critica por la formación de vapor invisible. Es el vapor invisible en

última instancia el que conduce a los problemas de resquebrajamiento explosivo como resultado de altas presiones dentro del revestimiento refractario.

Se inician cambios cristalográficos en la matriz del refractario. La temperatura del aire caliente será incrementada a rata que no exceda los 30

ºC/h 6.-CALENTAMIENTO Al aumentar la temperatura y alcanzar el rango entre 870 ºC y 1370 ºC, ocurren reacciones de sinterización entre el agregado refractario y el cemento aluminoso. Una vez comenzado, el calentamiento no debe ser detenido o interrumpido. Cuando la interrupción es inevitable, el revestimiento debe mantenerse caliente. El objetivo principal en esta fase del proceso de secado es la preparar el equipo

para el arranque de los quemadores de proceso. Calentar a temperaturas mayores a la de operación , origina en refractario

transformaciones irreversible.



La temperatura del aire caliente será incrementada a rata que no exceda los 60 ºC/h.

Usualmente los programas de calentamiento se refieren a revestimiento de espesor de 9” (229 mm) o menos. Revestimientos de mayor espesor requieren calentamientos más lentos. Igualmente, cuando el revestimiento esta compuesto por dos o más capas de concreto también es necesario un calentamiento más lento. Esto es particularmente importante cuando se instala un moldeable aislante por detrás de un concreto denso dentro de una carcaza metálica impermeable, toda el agua del moldeable aislante debe ser eliminada atravesando el concreto denso. 7.-¿POR QUÉ? DEL SECADO CONVECTIVO El proceso de secado se puede iniciar desde temperatura ambiente. Uniformidad en la temperatura. Mejor control de temperatura. Evitar incidencia de la llama al refractario. Evitar fluctuaciones considerables de temperatura. Facilita el arrastre del vapor. Evitar altas presiones de vapor dentro de la matriz del refractario

8.-¿PARA QUÉ? DEL SECADO CONVECTIVO: “El material refractario secado apropiadamente es fundamental para alcanzar un tiempo de servicio optimo del revestimiento.” “Un revestimiento refractario ejecutado de acuerdo al diseño para resolver o exceder expectativas del usuario, requiere un esfuerzo combinado del fabricante del refractario, del instalador y del personal de secado.” Aumentar el tiempo de servicio optimo del revestimiento. Evitar la densificación de la cara caliente del revestimiento. Desarrollar estructuras de fases mucho mas estables. Garantizar la estabilidad de la estructura monolítica.



9.-CURVAS DEL PROCESO DE SECADO

CCrriitteerriiooss ppaarraa eell DDiisseeññoo

Las mejores recomendaciones para la elección de un programa de calentamiento es el mismo fabricante del material ya que ha hecho investigaciones considerables del producto y además tiene experiencia en el campo con estos materiales cerámicos. Las variaciones en las curvas seleccionadas se basan en la diferencia de permeabilidad del material, densidad y espesor de las paredes. El agua física no causa problemas durante el secado, sino que por el contrario, las investigaciones demuestran que una relación alta de agua cemento facilita el calentamiento y secado, ya que aumenta la porosidad y disminuye la resistencia del material al flujo de vapor. El vapor visible tampoco crea problema durante el proceso de secado, pues lo ha hecho por la superficie y de forma libre, esto no es más que una evidencia de que el material esta alcanzando el resultado deseado, que no es otro que la salida del agua. Por el contrario el agua químicamente ligada, el cual es liberada a temperaturas entre 200 y 320 oC es la que crea los mayores problemas durante el secado y puede ser convertido en lo que llamamos vapor invisible que es aquel que siempre amenaza por destruir el revestimiento con efectos explosivos como consecuencia de su encierro dentro del refractario Cada instalación es un caso especial. En general, por efecto de calor, el agua no ligada químicamente es removida a 100 ºC, mientras que el agua de hidratación se elimina en el rango de temperatura entre 205 ºC 650ºC. Al aumentar la temperatura y alcanzar el rango entre 870 ºC y 1370 ºC, ocurren reacciones de sinterización entre el agregado refractario y el cemento aluminoso. Una vez comenzado, el calentamiento no debe ser detenido o interrumpido. Cuando la interrupción es inevitable, el revestimiento debe mantenerse caliente. Si se hace necesario enfriar el revestimiento, el enfriamiento debe llevarse a cabo de manera lenta y controlada mientras que el subsiguiente calentamiento debe realizarse de acuerdo al programa original.

CCUURRVVAASS TTIIPPIICCAASS DDEE SSEECCAADDOO

1.- CURVA DE SECADO No. 1: AISLANTES

Incremento de la temperatura en 38 oC / hora. Mantenimiento de la temperatura ½ hora / pulgada a 120 °C. Mantenimiento de la temperatura ½ hora / pulgada a 260 °C. Incrementar la temperatura hasta la de operación del equipo.

2.- CURVA DE SECADO No. 1A: AISLANTES

Curado del material por 24 horas. Incrementar la temperatura 27 °C. / hora hasta 540 °C Incrementar la temperatura 55 °C. / hora hasta la de operación del equipo.



3.- CURVA DE SECADO No. 2: SEMI-DENSOS

Incremento de la temperatura en 24°C. / hora. Mantenimiento de la temperatura ½ hora / pulgada a 120 °C Mantenimiento de la temperatura ½ hora / pulgada a 260 °C Mantenimiento de la temperatura ½ hora / pulgada a 540 °C Incrementar la temperatura hasta la de operación del equipo.

4.- CURVA DE SECADO No. 2A: SEMIDENSOS

Curado del material por 24 horas. Incrementar la temperatura 27 °C / hora hasta 345 °C Mantenimiento de la temperatura 1 hora / pulgada de espesor del revestimiento. Incrementar la temperatura hasta la de operación del equipo.

5.- CURVA DE SECADO No. 3: DENSOS

Incremento de la temperatura en 10 °C / hora. Mantenimiento de la temperatura ½ hora / pulgada a 120 °C Mantenimiento de la temperatura ½ hora / pulgada a 260 °C Mantenimiento de la temperatura ½ hora / pulgada a 540 °C Mantenimiento de la temperatura ½ hora / pulgada a 815°C. Incrementar la temperatura hasta la de operación del equipo.

6.- CURVA DE SECADO No. 3A: DENSOS

Curado del material por 24 horas. Incrementar la temperatura 14°C / hora hasta 345°C Mantenimiento de la temperatura 1 hora / pulgada de espesor del revestimiento. Incrementar la temperatura 14 °C / hora hasta 540 °C Mantenimiento de la temperatura ½ hora/pulgada de espesor del revestimiento. Incrementar la temperatura 14 °C / hora hasta 675 °C Mantenimiento de la temperatura ½ hora / pulgada de espesor del revestimiento. Incrementar la temperatura hasta la de operación del equipo.

7.- CURVA DE SECADO No. 4: ESPECIALES

Incremento de la temperatura en 1 °C / hora. Mantenimiento de la temperatura ½ hora / pulgada a 120 °C Mantenimiento de la temperatura ½ hora / pulgada a 260 °C Mantenimiento de la temperatura ½ hora / pulgada a 540 °C Mantenimiento de la temperatura ½ hora / pulgada a 815 °C Incrementar la temperatura hasta la de operación del equipo.

8.- CURVA DE SECADO No. 5: PLÁSTICOS FRAGUADO AL AIRE

Incremento de la temperatura en 55 °C / hora hasta la temperatura de operación del equipo.

9.- CURVA DE SECADO No. 6: PLÁSTICOS LIGA QUIMICA

Incremento de la temperatura en 27°C / hora hasta 540 °C



Incremento de la temperatura en 55 °C / hora hasta temperatura de operación del equipo.

10.-¿CÓMO SE REALIZA EL SECADO EN SIR?

EQUIPOS

Nuestros equipos de secado esta diseñado para operar a 150% de exceso de aire a máxima potencia, lo que permite lograr una alta convección en proceso de secado. Estos equipos son totalmente automáticos, precisos y seguros. El control de la combustión se basa en que la proporción de aire-combustible se mantiene en los limites prefijados en todos los regímenes de marcha y un controlador electrónico inteligente el cual ejecuta un programa de secado previamente programado de acuerdo al tipo y espesor de revestimiento refractario usado. En cuanto a los sistemas de seguridad el objetivo principal es evitar la formación de mezclas explosivas de combustible-aire, esto se logra vigilando la presencia de llama usando sensores de radiación ultra violeta y medidores electrónico de presión de aire, lo que provoca en la presencia de una falla, el corte instantáneo del suministro de combustible mediante una válvula de cierre rápido. Los equipos cumplen con la norma: NFPA (National Fire Proctection Association) CSA (Canadian Standards Association) y UL (Underwriters Laboratories).

DESCRIPCIÓN GENERAL

Los equipos de secado estan constituido por:

Un quemador con una extensión de llama, la cual es colocada dentro del horno a ser secado.

Un tren de aire.

Un tren de combustible gaseoso.

Un panel de control que incluye luces de señalización, control electrónico,

registro de la curva de secado y sistema de seguridad de llama.

11.-OPERACIÓN

El equipo realiza una purga del quemador y el horno a ser secado por un tiempo determinado previo al encendido del



Quemador. El encendido se realiza en forma automática por chispa o descarga eléctrica, la cual enciende un piloto que a continuación enciende el quemador. Una vez encendida la llama principal el piloto se apaga y la vigilancia se ejerce sobre la llama principal. Ante un aumento de la demanda de calor el caudal de aire aumenta y en consecuencia hará que el caudal de combustible siga el caudal de aire. La relación combustible-aire puede ser ajustado por medio de una válvula limitadora de gas. Hay un medidor de flujo de aire y un medidor de flujo de gas que permite determinar la relación. El regulador de relación aire-combustible mantendrá constante la relación durante todo el secado. El quemador también puede operar a flujo constante de aires con un inicial bajo flujo de gas, entonces gradualmente incrementar el gas por ajuste de la válvula limitadora. Esto mantiene relativamente constante el flujo de aire en el horno, con lo cual se mantiene constante la presión del horno.

12.-PROCESO

Planificación Procedimiento Practica operativa Puntos de inspección Plan de seguridad, higiene y ambiente Certificación ISO 9000:2000 Satisfacción del cliente Informe

13.-PERSONAL • Nuestro personal cuenta con una amplia experiencia en el secado y calentamiento de

horno que van desde la industria petrolera, química, vidrio, siderurgica, aluminio etc. Este personal ha estado en nuestra organización por mas de 6 años, contando se su a ver mas de 60 secado. Actualmente contamos con un personal entrenante con más de 12 secados. Muchos de ellos realizas labores de instalación de refractario.

• Con un nivel académico que va desde técnico medio hasta ingeniero, y una sólida

formación en el área de: instrumentación, combustión, mantenimiento industrial y seguridad industrial.

• Continuamente nuestra organización realiza talleres de formación en las área de:

Refractario (tipo, aplicación e instalación) Secado y calentamiento Control Evaluación de resultado ISO 9000:2000



• Todo esto permite desarrollar a un personal preocupado en conocer y resolver los problemas de los clientes y de realizar su trabajo cumpliendo los estándares de calidad establecidos por el .

• Todas estas características son cubiertas con un solo objetivo, la satisfacción del

cliente.



D.-MATERIALES REFRACTARIOS PARA LA INDUSTRIA DE LA REFINERIA



1.-INTRODUCCION Este curso fue desarrollado con el propósito de guiar a la gente de las refinerías a entender los usos y el manejo de los materiales refractarios en las unidades de proceso de los hidrocarburos. Asumimos que los asistentes tienen ciertos conocimientos básicos de refractarios, tales como los diversos tipos: ladrillo, castables, plásticos, y fibras cerámicas. Las secciones en la refinación del petróleo, industrias petroquímicas, e industrias del gas se abarcan con una breve descripción de los procesos implicados y de la recomendación refractaria de nuevos desarrollos. La mejor manera de obtener beneficio de este curso es conseguir una idea general del diseño y recomendaciones refractarias actuales. Entonces, continuemos. 2.-INDUSTRIA DE LA REFINACION DE HIDROCARBUROS. La refinación de hidrocarburo esta dividida en tres grandes campos, como lo son:

La industria de la refinación de petróleo

La industria petroquímica

La industria del gas La unidades de proceso en las dos primeras industrias podemos listarla de la siguiente manera:

Industria Del Petroleo:

Pre-Calentadores. Unidad De Craqueo Catalitico (Fccu) Unidad De Hidrodesulfuracion Reformador Catalitico Hidro-Craqueo Unidad Recuperdora De Azufre Reactor Termico

Industria Petroquimica:

Planta De Amoniaco Reformador Primario Planta De Metanol Reformador Secundario Planta De Olefinas



Planta De Butadieno

Por ahora nos ocuparemos de la industria de la refinación de petróleo.

3.-REFINACION PETROLERA Una refinería del petróleo es una planta en donde el petróleo crudo o sus derivados se transforma (refinado) en productos útiles tales como gasolina, keroseno, combustible diesel, fuel-oil, combustible de la aviación, motor, grasa, lubricantes, gases (etano, propano, butano, gas licuado, etc.), coque de petróleo, y otros productos. Las refinerías de petróleo generalmente están ubicadas en el mismo complejo petroquimico. La gran demanda del producto refinado y la necesidad de refinaciones mas complejas para los próximos años, recurrirá también de una mayor demanda de productos refractarios. La razón principal de la demanda creciente es que las refinerías deben mejorar (cambios en las unidades existentes) o agregar unidades adicionales a procesar crudos pesados. La segunda razón es la que más énfasis se está poniendo en la conservación de energía, que incluye el mayor aislamiento.



4.-UNIDADES DE PROCESO DE LA INDUSTRIA DE REFINACION DE PETROLEO.

La industria de la refinación del petróleo puede ser representada de acuerdo al esquema mostrado abajo. Muchas unidades más pequeñas no son incluidas. También, cada una de las unidades mostradas es normalmente una colección de varios recipientes, más bien que uno. Finalmente, debe ser recordado que no hay dos refinerías iguales y no todas las refinerías tendrán todas las unidades demostradas aquí.

El petróleo crudo entra en la refinería pasa por un proceso de purificación, comúnmente llamado un desalinizador, antes de que se alimente en la primera unidad del proceso, la unidad de crudo. El propósito de la unidad cruda es romper o fraccionar el petróleo crudo abajo en varios componentes más simples, extendiéndose desde los gases ligeros hasta un compuesto pesado (asfalto-como compuesto).

Las corrientes individuales que vienen de la unidad de crudo van a una variedad de unidades de proceso. Los gases ligeros se llevan una planta del gas en donde se separan en varios gases comerciales como el butano, propano, etano y gases licuados del petróleo (LPG).

REFINACION DE PETROLEO

ETANO

PROPANO

BUTANO

GAS LICUADO

PLANTA DE GAS

POTENCIA

CALOR

CRUDO

DESALINIZADOR

UN

IDA

D D

E C

RU

DO

COQUE

PLANTA DE HIDROGENO

HIDRO CRAQUEO

PLANTA DE SULFURO UN

IDA

D D

E M

EZ

CL

A

SULFURO

GAS

COQUE DE PETROLEO

FCCU HDS REF. CAT ALQUILAC.

CALDERA CO

GASOLINA

KEROSEN

DISIEL

FUEL OILS

LUBRICANTES

REFINACION DE PETROLEO

ETANO

PROPANO

BUTANO

GAS LICUADO

PLANTA DE GAS

POTENCIA

CALOR

CRUDO

DESALINIZADOR

UN

IDA

D D

E C

RU

DO

COQUE

PLANTA DE HIDROGENO

HIDRO CRAQUEO

PLANTA DE SULFURO UN

IDA

D D

E M

EZ

CL

A

SULFURO

GAS

COQUE DE PETROLEO

FCCU HDS REF. CAT ALQUILAC.

CALDERA CO

GASOLINA

KEROSEN

DISIEL

FUEL OILS

LUBRICANTES



Una fracción pequeña del material que sale de la unidad de crudo es ya gasolina. La mayoría de los productos de la unidad de crudo debe ser tratado más a fondo antes de que sea convertida en productos finales.

Parte de los productos intermedios más grandes que salen la unidad de crudo irá a la unidad de craqueo catalítico. Esta unidad transforma (rompe) las fracciones que entran en productos mas deseables. De aquí, parte de estos productos van a la unidad de mezcla, mientras que otras fracciones necesitan ser tratadas más a fondo en la unidad de hydrocraqueo o el reformador catalítico.

El hydrocraqueo es otra unidad importante. Las fracciones que van desde la unidad de crudo o del FCCU sufre mas craqueo, además de hidrogenarse algunas (adicion de hidrógeno a la molécula cruda agrietada). El unidad de hydrocraqueo también necesita una fuente del hidrógeno, frecuentemente viene de una planta de hidrogeno. El reformador catalítico cambia o reforma las moléculas de los hidrocarburos en mezclas de octano para la unidad de mezcla o la de alquilacion. El reformer catalítico consta de una serie de recipientes que contienen catalizador extremadamente valioso de los metales preciosos. Estos catalizadores de los metales preciosos se pueden envenenar (destruido) por cantidades muy pequeñas de sulfuro. Esta es la razón, por lo cual la necesidad de una unidad de HDS (hydrodesulfuracion) para quitar el sulfuro. Las unidades de HDS también se utilizan para proteger otras unidades de la refinería y para resolver estándares de calidad ambientales. Uno de los productos de la unidad de HDS es el sulfuro del hidrógeno (H2S), que es la materia prima para la planta de sulfuro, llamada también unidad de la recuperación del sulfuro (SRU). Otro tipo de unidad de craqueo, es la de craqueo térmico. La coquización es el tipo más común. La unidad de coque El planta de coque, es una unidad que aumenta el valor de los productos residuales que salen el fondo de la unidad cruda y las convierte en materia prima para otras unidades, gases de combustible, y coque de petróleo. La unidad del alquilacion produce una mezcla compuesto con características antidetonantes. Esto es crítico para la producción de la gasolina y de combustibles para la aviación.

5.-REVESTIMIENTOS REFRACTARIOS PARA DIFERENTES UNIDADES DE PROCESO DE LA REFINACION DE PETROLEO. Esta sección identifica las necesidades refractarias para varias unidades de la refinería. Las condiciones de operación son generalmente discutidas lo mas acertado posible a las condiciones de operación recomendada. Esta sección no puede por ningún medio invalidar las especificaciones refractarias del diseño dada por los fabricantes del equipo. Las configuraciones de las unidades diseñadas para el proceso, varian dependiendo el diseñador. Por eso las necesidades son generalmente presentadas con la solución genérica más probable.



Idealmente, todas las unidades que funcionan a altas temperaturas se deben diseñar para facilitar la calidad de instalación de un revestimiento bien diseñado. Esto requiere buena comunicación entre los diseñadores de proceso, mecánicos y refractaristas. Cuando se requiere la compra de una pieza nueva de un equipo que funciona a altas temperaturas, el comprador debe confirmar que un plan para instalar y mantener un revestimiento refractario en el equipo ha sido preparado. Otro aspecto que debe ser tratado es la sincronización para la instalación del revestimiento refractario. Muchos suplidores de equipos prefieren instalar los revestimientos refractarios en los talleres de fabricación antes de enviar la unidad. La calidad del revestimiento refractario ejecutado en los talleres del diseñador es garantizada por el estricto control de los procedimientos especificados. Un ejemplo son los revestimientos refractarios de las líneas de transferencia y el de los ciclones, donde es esencial el estricto control para asegurar una instalación de alta calidad. En otros casos, tales como chimenea e incineradores, la facilidad de orientar el recipiente a ser revestido es restringida. Los revestimientos de estas unidades están muy limitados al abuso mecánico durante la instalación refractaria, transporte y montaje. Es normalmente aceptado que instalaciones de castable refractario de alta calidad en cilindros horizontales es el dificultoso, pero esas instalaciones pueden resultar muy baratas y eficientes si los cilindros se orientan verticalmente en los talleres para la instalación del refractario y luego se posesionan horizontalmente para ser enviados al campo, esto puede ser una ventaja. En el caso de chimeneas, si un revestimiento debe ser instalado en posición horizontal, esto puede dar lugar a imperfecciones en el revestimiento, aun cuando la chimenea pueda ser girada durante la instalación. Las imperfecciones producidas en la posición horizontal se verán verticales cuando la chimenea es colocada en posición vertical. Los revestimiento refractarios de chimeneas o ductos verticales con juntas frías verticales son altamente erosionados a lo largo de estas bien sea por condensados o flujo de material o gases circundantes Espesores delgados (2” a 3”.) de revestimientos instalados, en ductos o chimeneas, horizontalmente tendrán normalmente juntas débiles porque los revestimientos son instalados manualmente en la posición de abajo. Cuando la instalación es hecha por este método, hay la tendencia de un gradiente de resistencia que disminuye desde la parte inferior hasta las áreas superiores, ya que el revestimiento se instala en planos inclinados del cilindro. Cuando se posesiona, en campo, los ductos o chimeneas se obtendrán un revestimiento que es muy denso en el centro de los paneles instalados y muy débiles hacia las juntas frías. Las flexiones que sufren los ductos o chimeneas durante la instalación en campo, además del transporte, debilitan el revestimiento. Parte del revestimiento, que pudiese haber dañado antes de la instalación de los ductos o chimenea deben ser reparados por métodos de proyección.



5.1.-Unidad recuperadora de azufre (SRU).

La unidad de recuperación de azufre: también conocidos como reactor térmico se

utilizan para eliminar azufre de los gases de desecho en los equipos de proceso. El

proceso es diseñado a convertir el gas S02 en H2S gaseoso a temperaturas entre

2400 a 2700 oF (1315 a 1482 oC) en presencia de atmósferas reductoras. Las

secciones principales de un reactor térmico son la garganta del quemador, la

cámara de combustión y la caldera que recupera el calor o generan para procesos

adicionales.

Altas temperaturas de operación y compuestos que tienen altos contenido de azufre, hacen de esta unidad la más severa de la refinería. El propósito primario del SRU es el control de la contaminación. Los estándares ambientales prohíben el lanzamiento del sulfuro en el aire o el agua y restringen su contenido en gasolina y otros combustibles. La unidad de recuperación de sulfuro (también llamada la planta de azufre). Sulfuros de otros procesos de la refinería es tomado y convertido a azufre elemental. La unidad no es el centro de beneficio de la refinería. Sin embargo, los rangos de contaminación están dentro de los estándares para la industria, si un SRU funciona incorrectamente y se debe poner fuera de servicio, otras unidades necesitarán ser parada hasta que el mantenimiento pueda ser hecho en la SRU. Las siguientes consideraciones deben ser tomarse en cuentacuando se diseña un revestimiento refractario para un SRU: Rangos de temperaturas de operación entre 2400 °F a 2700 oF: Requieren que

el material de la cara caliente debe tener alta resistencia a la temperatura. Esas temperaturas de operación son para los revestimientos de los quemadores y la sección cilíndrica horizontal de la unidad.

Los quemadores son provistos por el fabricante ya listo con el material refractario. El revestimiento refractario del quemador debe ser evaluado antes de la compra para confirmar que el material refractario es compatible con la operación de la unidad. La unidad normalmente funciona en atmósferas reductoras, lo que significa que el material refractario de los quemadores debe funcionar bajo estas condiciones. Es conocido que los materiales refractarios de liga fosfórica no funcionan muy bien en estas condiciones puesto que hay un ablandamiento del enlace de la matriz del refractario a altas temperaturas y que son condiciones muy similares a las existentes en los reactores térmicos. Es por eso que materiales refractarios de liga fosfórica no son recomendados para los reactores térmicos. Algunos proveedores de refractario están recomendando revestimiento de ladrillos con un alto contenido de alumina (80 a 85% de Al2O3); sin embargo; el



material refractario usado normalmente son ladrillos de 90% Al203. Revestimiento con ladrillos de alta alumina son usados en la garganta de los quemadores y en la sección cilíndrica de la unidad. Para mejorar mezclas y que las reacciones de conversión ocurran totalmente en la sección cilíndrica horizontal, los diseñadotes del revestimiento refractario especifican la colocación de “checker wall”. La colocación de estas paredes, teóricamente, se logra un tiempo de residencia mayor que permite la conversión tanto como sea posible a H2S. Otros diseños introducidos para crear turbulencias en la sección cilíndrica es el de instalar un anillo de choque. 1 o 2 anillos construidos con ladrillos son instalados, el diámetro de estos anillos son de 6 a 18 pulgadas menos que el diámetro interno del refractario de esta sección cilíndrica. El diseño y la construcción de “checker” y anillos de choque son dificultosas. La exposición de estas mamposterías a altas temperaturas conduce a la falla de estos componentes. Muchas, si no todas, las paredes de los checker fallan algunas veces durante la operación de la unidad. Algunas innovaciones tentativas han sido hechas a mejorar el desempeño de los checker. Esto incluye la construcción de cilindros hueco de alta alumina con 8” de diámetro y 9” de longitud, y colocarlos en las paredes de los checker. Los cilindros son fabricados con castable de alta alumina. Estos cilindros han fallados debido a que la liga del cemento no puede soportar carga a altas temperatura por mucho tiempo. Fabricar estos cilindros como si fueran ladrillos resulta muy caro comparado con los usados actualmente.

Protección de la chapa metálica de la corrosión causada por condensación:

En virtud de los altos niveles de sulfuros en el reactor térmico, condensados del proceso contienen acido sulfúrico el cual es altamente corrosivo. La chapa metálica de un reactor, es por lo tanto, propensa a ser corroída si hay presencia de acido sulfúrico condensado. Las temperaturas de funcionamiento de esta unidad son suficientemente altas como para proteger la chapa metálica con alguna costra protectora. Generalmente estas costras (coatings) son afectadas por temperaturas superiores a 180 °F (82 °C). El método para reducir al mínimo la corrosión de la chapa metálica es diseñar un revestimiento refractario donde la chapa metálica este a temperaturas mayores que 350 °F (176 °C). La operación en ese rango de temperatura es minimizar la condensación de acido sulfúrico en la chapa metálica. Para operar a una temperatura de la cara fría de 350 °F, es necesario el uso de un revestimiento de doble capa: ladrillos de alta alumina en la cara caliente y en el respaldo un castable semi-denso o en su defecto ladrillos aislantes. Problemas relacionados con este tipo de diseño es la de seleccionar de manera optima el revestimiento de respaldo que sea muy resistente, con valores de conductividad térmica apropiados y altamente resistente a la temperatura para soportar la temperatura en la interfase de la cara caliente y la cara fría. Los



castables refractarios usados como revestimiento de respaldo en un reactor térmico, se sabe que se funden durante la operación y migran hacia la cara caliente, formando estalactitas cuando se enfría la unidad. El espesor del revestimiento de respaldo estará basado en la cantidad de aislamiento térmico requerido para alcanzar la temperatura apropiada de la cara fría y la temperatura de interfase para proteger tanto la chapa metálica como la cara caliente del revestimiento de respaldo. Ladrillos aislantes con temperatura de servicio entre 2800 a 3000 oF (1538 a 1650 °C) o castable semidensos con temperatura de servicio entre 2600 a 2800 oF (1427 a 1538 °C) son utilizados para revestimiento de respaldo. La ventaja de los revestimientos con ladrillos es que pueden ser cortados a las dimensiones apropiadas para resolver el espesor del revestimiento requerido. Desde un punto de vista de la resistencia a la corrosión, el castable es más preferido que los ladrillos para los revestimientos de respaldo. La fuerza de unión del aluminato de calcio es de carácter básico. Si hay condensado, la reacción entre el acido condensado y el carácter básico del aluminato de calcio del cemento neutraliza el acido que seria el responsable de la corrosión de la chapa metálica. Para alcanzar una temperatura de la chapa metálica más arriba que 350 °F se requiere de un diseño cuidadosamente estudiado y la operación de la unidad. Cambios de condiciones atmosféricas son también críticas para asegurarse que esas temperaturas son mantenidas. Una lluvia en un clima caliente puede bajar la temperatura de la chapa metálica y provocar la condensación dentro de la unidad. En climas fríos, fuertes vientos en el invierno pueden enfriar la chapa metálica. Una característica del diseño en reactores térmicos es aislar externamente la chapa metálica. Una precaución en relación a la SRU: Esta unidad es la más crítica de la operación de la refinería. A menudo las fallas del revestimiento pueden ser catastróficas y están relacionadas con la variación en la operación. Por ejemplo, puede ser que una unidad opere normalmente a 1800 °F. Entonces puede haber un cierto tipo práctica operacional donde se requiera que la unidad opere a 2700 o 3000 °F. Con esta oscilación en la operación, daños excesivos se pueden hacer al revestimiento refractario. Esto es especialmente el caso, por ejemplo, una cubierta externa es usada para asegurar la temperatura de la chapa metálica en 350 °F. Si la temperatura de la chapa metálica es mantenida a esas temperaturas durante condiciones normales de operación con la cubierta externa, qué será de la temperatura de la chapa metálica cuando se alcancen altas temperaturas internas.? A limitar la posibilidad de una falla en el revestimiento refractario, todas las partes en cuestión deben conocer cuales condiciones de operación se esperan para la unidad. Si un plan esta en marcha para operar en condiciones sumamente diferente a las condiciones normales, planes puede ser hecho para



reducir al mínimo los daños sobre el revestimiento refractario y sobre todo el servicio de equipo.

UNIDAD RECUPERADORA DE SULFURO

DISEÑOS ORIGINALES



SECCION COMPOSICION QUIMICA

1 Ladrillo Chamota= 42%, 46% de Al2O3. Ladrillo Alta Alumina= 63%, 85% de Al2O3. Ladrillo Alta Alumina Fundida= 76%, 89% de Al2O3.

2 Bloques de Quemadores Alta Alumina= 85% de Al2O3. Alta Alumina Fundida= 74%, 89% de Al2O3.

3 Ladrillos aislantes 28 ASTM. EN/ISO 150 L -0,95 Ladrillos aislantes 28 ASTM. EN/ISO L -0,89

4 Ladrillos aislantes EN/ISO 85-0,60 Ladrillos aislantes 23 ASTM. EN/ISO 125 L -0,60

5 Castable Alta Alumina= 77%, 93% , 95% de Al2O3

6 Castables Alta Alumina (Self-Flow)= 87%, 97% de Al2O3

7 Plastico de Alta Alumina= 90% de Al2O3

8 Castable = 49% de Al2O3

UNIDAD RECUPERADORA DE SULFURO

DISEÑOS DE NUEVAS TECNOLOGIAS



5.2.-Incineradores para la combustión de gases y líquidos de desechos.

Las unidades de combustión y limpieza de líquidos y gases residuales (usualmente con variaciones en la composición química), involucran el manejo de los gases que deben ser limpiados o ser incinerados antes de que se envíen a la atmósfera. Las unidades dentro de esta categoría son los incineradores y las chimeneas. Esta sección debe tener una discusión específica en la refinería en cuestión. La temperatura de servicio en estos casos no es tan importante como la necesidad de asegurarse de que los revestimientos refractarios especificados no sean atacados por los gases corrosivos y/o líquidos. Los trabajos de reparación del revestimiento en esta área no se hacen normalmente, sin embargo, la experiencia del usuario por medio de las inspecciones es indispensable para seleccionar apropiadamente los materiales refractarios para estas unidades, de tal modo de asegurar buenas campañas de servicio y costos muy óptimos.


1 Castables Alta Alumina (Low Cement.) = 88% de Al2O3 Ladrillo Alta Alumina Fundida= 89%, 99%, 88% de Al2O3. Ladrillo Alta Alumina= 82%, 67%, 59% de Al2O3. Ladrillo Chamota= 46%, 30% de Al2O3. Ladrillos de magnesita = 98% de MgO

INCINERADOR PARA LA COMBUSTION

DE GASES

Y

LIQUIDOS RESIDUALES

INCINERADOR PARA LA COMBUSTION

DE GASES

Y

LIQUIDOS RESIDUALES



2 Ladrillos aislantes 28 ASTM. EN/ISO 150 L -0,95 Ladrillos aislantes 26 ASTM. EN/ISO 140 L -0,80 Ladrillos aislantes 23 ASTM. EN/ISO 125 L -0,60 Ladrillos aislantes 28 ASTM. EN/ISO 150 -1,7

3 Castable Alta Alumina= 93% de Al2O3 Ladrillos aislantes 30 ASTM. EN/ISO 160 L -1,09

5.3.-Calentadores.

Los calentadores (también llamados calentadores aceite, precalentadores, calentadores y/o hornos) son las unidades que calientan los hidrocarburos a una temperatura deseada para un proceso particular. Una refinería tendrá varios calentadores, en algunas refinerías, grandes, tienen más de 100 calentadores. Colectivamente, son los usuarios más grandes de refractarios en una refinería del petróleo. El único producto de un calentador es calentar a una temperatura más alta la alimentación de otras unidades. No hay cambio químico en la alimentación. Los requisitos refractarios del revestimiento para estas unidades son (1) resistencia a la corrosión anticipada, de los combustibles quemados, (2) protección de corrosión para la chapa metálica, (3) integridad estructural, (4) resistencia a la temperatura de operación, (5) disposición de altas capacidades de aisladores térmicos, y (6)resistencia a la erosión en la sección de convección. Los revestimientos refractarios se deben diseñar, teniendo en mente las consideraciones anteriores, para (1) los quemadores del piso, (2) quemadores, (3) paredes de la sección radiante, (4) techo radiante, (4) bull nose, (5) sección de convección, y (6) ductos. Los quemadores en el piso o las paredes más bajas, calientan los tubos en la parte mas baja del calentador por radiación directa del calor. Por esta razón, la sección mas baja del calentador es llamada la sección radiante. Sobre la sección radiante, los tubos se acercan mas y la transferencia de calor se logra principalmente por convención por medio de los gases circulantes. Esta sección se llama la sección de la convección. Los gases calientes que salen de la sección de la convección irán a través de un intercambiador de calor o directamente a la chimenea. Estas unidades operan con una amplia gama de combustibles, incluyendo los gases del subproducto de otras unidades, gas natural, los aceites limpios, y los aceites o los fondos sucios (materiales con altas impurezas que sale del fondo de la unidad de crudo). Los combustibles limpios proporcionan una atmósfera muy limpia del horno. Combustibles más sucios pueden depositar varios tipos de escoria o de cenizas en el revestimiento refractario. Si el último es el caso, es necesario proteger el revestimiento contra la escoria.



Los calentadores son diseñados en diversas formas y tamaños: calentadores cilíndricos o "upshot vertical" y los calentadores tipo cabina. Los revestimientos refractarios se pueden instalar dentro del calentador después de que se haya erigido o instalado en paneles en el piso para después ser ensamblados. Unidades nuevas o las unidades existentes se puede revestir usando la construcción de paneles. Generalidades:

-Revestimientos refractarios requeridos a resistir la corrosión que causadas por las impurezas del combustible quemado: El diseño del revestimiento refractario debe tomar encuenta todo lo requerido para proteger la chapa metálica de la corrosión. Las impurezas encontradas en combustibles "sucios" son sodio, vanadio y sulfuro. La corrosividad de las impurezas en el combustible en la cara caliente del revestimiento aumenta conforme aumenta la temperatura. Cuando las temperaturas son mayores que 1800 oF (870°C), hay la posibilidad que el vanadio y sodio en niveles cerca de 1% wt formaran una escoria fundente que comenzara a atacar el revestimiento en la cara caliente. Este ataque a la cara caliente ocurre solamente en la sección radiante del calentador. La corrosión del revestimiento causada por Vanadio y Sodio puede tomar la forma de una reacción seca y desmenuzable, o por la formacion de una superficie vidriosa en el revestimiento.

Cuando el ataque es este de reacción, la liga del cemento en el refractario se deteriora, y cuando se debilita el material refractario, se desmenuza y cae gradualmente al piso del horno. Cuando el ataque es la formación de un vidrio, la superficie esmaltada puede romperse durante los ciclos de enfriamiento y calentamiento de la unidad.

A lo largo del tiempo, el revestimiento refractario sometido a ese ambiente, con calentamiento y enfriamiento sucesivos, se acumulan impurezas en el revestimiento refractario. Estas impurezas se pueden infiltrar y migrar hasta el revestimiento de respaldo. Esta acumulación de impurezas es el punto departida para iniciar el debilitamiento del revestimiento detrás de la cara caliente, acelerando así el deterioro del mismo, lo cual conducirá a la reparación total del mismo. La técnica de termografía infrarroja puede ser utilizada para monitorear el deterioro de la cara caliente. Termografías periódicas deben ser hechas en la sección radiante de la unidad.

La corrosión de la chapa metálica esta normalmente relacionada con el nivel de sulfuro en el combustible y a los tipos de resistencia a la corrosión dentro del revestimiento o a los refractarios de la cara fría. Cuando el sulfuro en el combustible se oxida a SO2, se combina con la humedad para formar ácido sulfúrico. Cuando los castables refractarios son usados a conformar el revestimiento de un horno, el ácido reacciona con el aluminato de calcio del



cemento para formar sulfato de calcio. El sulfato de calcio formado tiene el potencial de desarrollar una baja permeabilidad que inhibe la penetración adicional del castable y se reduce al mínimo la corrosión de la chapa metálica. Aunque los revestimientos de fibra cerámica proporcionan excelente eficacia desde el punto de vista de aislamiento térmico, su porosidad los hace ideales para que las impurezas corrosivas penetren hasta la chapa metálica. Cuando se quema el gas natural o los combustibles gaseosos con bajo sulfuro, ellos pueden ser considerados para el rendimiento energético. Las fibras cerámicas no se deben utilizar a temperaturas más arriba que 1800 °F. La fibra cerámica se sabe que vitrifica a temperaturas por arriba de 2000 °F (1110 °C). Cuando ellas vitrifican, el producto final es SiO2 que puede conducir a la silicosis. Esta consideración se debe tomar en cuenta para reducir al mínimo la inhalación del polvo durante trabajo del mantenimiento.

PRECAUCIÓN: Cuando consideramos el uso de fibra cerámica, la investigación es necesaria para determinar o tener una información más actualizada referente a las consideraciones de seguridad para su uso y manejo. La fibra de cerámica es clasifica como agente potencial carcinógeno. Al inspeccionar unidades con fibras cerámicas, la refinería debe consultar al departamento de seguridad sobres los requisitos de seguridad que deben tomarse en cuenta.

De los combustibles utilizados en la refinería, el gas natural es el menos corrosivo. Los gases generados por otras unidades en la refinería pueden contener impurezas que pueden conducir a los problemas de la corrosión tanto del material refractario como de la chapa metálica. Cuando los combustibles son relativamente altos en sulfuro (> 0.5%) es recomendable proteger la chapa metálica con algún impermeabilizante orgánico. Algunos utilizan un revestimiento epoxico tal como el “BITUMASTIC”, después que la superficie metálica ha sido tratada hasta metal blanco . Algunos resultados indican que este tipo de revestimiento se deteriora a 180 °F y a temperaturas más alta en ambientes húmedos.

-La eficiencia térmica de un revestimiento refractario: no se basa solamente en los valores de conductividad térmica publicados. Sino, también, en el método y la calidad de la instalación refractaria. El método de la instalación que proporciona la mayor cantidad de variación en rendimiento energético es la instalación por proyección. Los densidades instaladas de los mismos productos refractarios puede variar desde 75 a 110 Ib. /ft3, dependiendo del cuidado tomado por el instalador refractario. Si los rebotes son excesivos durante la instalación hecha por proyección, la densidad instalada será más alta y el factor K real del producto será más alto. Además, el cambio linear permanente será más alto.



Lo antes dicho, no debe indicar que la instalación hecha por proyección es un método inaceptable para la instalación del revestimiento refractario, pero se debe advertir que el revestimiento refractario instalado debe ser controlado lo mas posible. Las reparaciones de un revestimiento hecho por proyección se consideran ser las mas rápidas, pero su calidad y uniformidad son siempre cuestionables.

-Revestimientos refractarios para las diferentes secciones del calentador: Piso de la sección radiante de un calentador: los revestimientos

refractarios generalmente son de doble capa. El revestimiento de respaldo es hecho con un material semidenso o liviano y en la cara caliente al menos 2” de material denso. El revestimiento de la cara caliente esta instalado para proteger el revestimiento aislante de daños mecánicos. El revestimiento denso de la cara caliente se necesita en el piso sin tener en cuenta el combustible usado y el diseño del revestimiento de las paredes laterales. Si un calentador tiene un revestimiento de fibra cerámica, el piso deberá tener el revestimiento refractario mencionado aquí. Debido a que no hay necesidad de retención del revestimiento refractario en el piso, un sistema de anclajes no es requerido.

Quemadores: Los fabricantes de quemadores especificarán normalmente

el tipo de material que se utilizarán alrededor del quemador. El material refractario es normalmente un ladrillo de 80% Al2O3 que tiene buena resistencia a los choques térmicos y operatividad intermitente. Recientemente, los revestimientos monolíticos se están usando para los quemadores. El material refractario monolítico usado en los quemadores debe tener buena resistencia a la temperatura y a los ciclos térmicos.

Paredes radiantes: Las paredes radiantes pueden tener un revestimiento

de una o de doble capa. Si los combustibles son muy limpios y la temperatura de trabajo están por debajo de 2000 °F, algunas refinerías considerarán el uso de fibra cerámica.

Sección convectiva: en la sección de convección el revestimiento

refractario es difícil su mantenimiento, debido a la alta densidad de tubos en esta sección. El revestimiento refractario es instalado antes que los tubos son colocados.

Las temperaturas de operación en la sección de convección varia entre la temperatura que sale de la sección radiante 1200 °F (649 °C) hasta 600 °F (315°C) que es la temperatura a los cuales los gases salen de esta sección. La reparación en sitio de la sección de convección es imposible; una forma para reparar esta sección es quitar los tubos, de tal modo de proporcionar el acceso al área del revestimiento. El mejor método de la reparación es trabajar desde el exterior, quitando la cubierta de la chapa metálica. Para



reducir al mínimo los tiempos de parada, se deben hacer por adelantado nuevos paneles. Los gases condensados en la sección de la convección pueden conducir a la corrosión de la chapa metálica. Un revestimiento con epoxido se puede utilizar en esta área puesto que las temperaturas del metal se reducen perceptiblemente.

Breechings: están arriba de la sección de conveccion y es donde los

gases se acumulan y se transfieren al ducto que conduce a la chimenea. Puesto que la recuperación del calor se ha completado, los revestimientos refractarios en esta área se proporcionan como protección contra los incendios. Los revestimientos de estas áreas son materiales semi-densos de 2” a 3” (50 a 76 milímetros) con una distribución de anclas alrededor de 6” centro a centro.

Ductos: Los revestimientos refractarios en los ductos funcionan

esencialmente de la misma manera que en los Breeching. La función principal del material refractario es la protección contra los incendios. Las temperaturas de los gases de flujo son tan bajas que el aislamiento externo se podría utilizar para mantener alta la temperatura de la chapa metálica a fin de eliminar la condensación de gases en los ductos. La práctica normal de usar revestimiento refractario en los ductos puede conducir realmente a la corrosión rápida; sin embargo, se utiliza para la protección contra los incendios.

Revestimiento de chimeneas: Estos revestimientos son normalmente 2 a

3 pulgadas del material refractario semidenso. Los revestimientos resistentes a los ácidos pueden ser utilizados en las chimeneas.



5.4.-Unidad de craqueo catalítico de fluidos:

Estas unidades (también llamadas FCCU) convierten gran variedad de fracciones de crudo pesado en productos más ligeros para otras unidades de la refinería. El crudo se calienta a aproximadamente 1000 °F-1200 ° F. (538 °C – 649 °C.) en el calentador para luego ser inyectado al reactor a través de una línea de transferencia vertical, donde se mezcla con un catalizador de zeolita. Aquí, comienza la reacción catalítica para romper las moléculas. La reacción se termina dentro del reactor. Pues el catalizador activado hace su trabajo de acelerar la reacción, una capa de carbón se acumulará y reduce su eficacia (con frecuencia llamada actividad).

Ladrillos de chamota

Castable aislante 35

Insblock - 19

Calentador tipo Cabina

Anillo de tubos


tubos

Sección

radiante

quemador

tubos

Pre- fabricados

o

Manta cerámica

o


o

Ladrillos aislantes

Sección A-A

Sección de tubos

Quemadores

Sección

De

Conveccion

Calentador vertical tipo upshot

Sección radiante

Piso

Pre- fabricados, Manta cerámica o Castable aislante 35 o Ladrillos aislantes CALENTADORES



Insblock - 19


Anillo de tubos


tubos

Sección

radiante

quemador

tubos

Pre- fabricados

o

Manta cerámica

o


o

Ladrillos aislantes

Sección A-A

Sección de tubos

Quemadores

Sección

De

Conveccion


Sección radiante

Piso



Insblock - 19


Anillo de tubos


tubos

Sección

radiante

quemador

tubos

Pre- fabricados

o

Manta cerámica

o


o

Ladrillos aislantes

Sección A-A

Sección de tubos

Quemadores

Sección

De

Conveccion


Sección radiante

Piso

Pre- fabricados, Manta cerámica o Castable aislante 35 o Ladrillos aislantes CALENTADORES



El catalizador se debe separar y regenerar gradualmente en otro recipiente llamado el regenerador. En el regenerador, el carbón se quema del catalizador, normalmente en las temperaturas de 1200°-1400° F. (649°-760°C.). Las excursiones pueden tomar a veces la temperatura hasta 1800° F. (982° C.). Una vez que se haya regenerado el catalizador, puede entonces ser reciclado y reinyectado a través de la línea de transferencia vertical. El FCCU funciona continuamente por muchos meses de este modo. El tiempo de parada del FCCU es muy costoso, por lo que se debe de apuntar a la búsqueda de largas campañas. Generalmente una falla del revestimiento refractario puede parar la unidad.

El mantenimiento de la unidad de craqueo catalítico de fluidos (FCCU) es uno de los principales trabajos en muchas refinerías. La operación del FCCU comienza con aceite de moléculas de largas cadenas y, a través de una combinación de temperatura en la presencia de un catalizador y de una presión, rompe esas moléculas en moléculas de cadena mas pequeñas que son usados en la gasolina, y otros productos provechosos.

DIAGRAMA DE FLUJO DE UN FCCU CON REGENERADOR SOBRE EL REACTOR

DIAGRAMA DE FLUJO DE UN FCCU CON REGENERADOR AL LADO

VAPOR

REGENERADOR DE

DOS ETAPAS

STRIPPER

VAPOR

RISER

REACTOR

FRACCIONADOR

VAPOR

AIRE

ALIMENTACION DE CRUDO

REFLUJO

VAPOR

MAT. PARA GASOLINA

VAPOR

REACTOR

FLUJO DE GAS

REGENERADOR

AIRE

CARGA DE GAS OIL

STRIPPER

VAPOR

RISER

RECIRCULACION

FRACCIONADOR

MAT. PARA GASOLINA

VAPOR AL COMPRESOR DE GAS

DIAGRAMA DE FLUJO DE UN FCCU CON REGENERADOR SOBRE EL REACTOR

DIAGRAMA DE FLUJO DE UN FCCU CON REGENERADOR AL LADO

VAPOR

REGENERADOR DE

DOS ETAPAS

STRIPPER

VAPOR

RISER

REACTOR

FRACCIONADOR

VAPOR

AIRE

ALIMENTACION DE CRUDO

REFLUJO

VAPOR

MAT. PARA GASOLINA

VAPOR

REACTOR

FLUJO DE GAS

REGENERADOR

AIRE

CARGA DE GAS OIL

STRIPPER

VAPOR

RISER

RECIRCULACION

FRACCIONADOR

MAT. PARA GASOLINA

VAPOR AL COMPRESOR DE GAS



La unidad tiene dos recipientes de presión con revestimiento refractario: El regenerador: es una unidad de lecho fluidizado que quema los

hidrocarburos residuales previamente usados y la regeneracion del catalizador gastado, calentándolo nuevamente para su utilización en otra carga de la unidad. El revestimiento refractario en el regenerador debe ser un aislante térmico y levemente resistente a la erosión en el área densa del lecho. Los revestimientos refractarios en el regenerador se exponen a temperaturas entre 1200 y 1400°F (649 y 760°C) bajo condiciones oxidantes.

El reactor: es donde los hidrocarburos que han sufrido el craqueo son

separados del catalizador y enviados a un fraccionador, y el catalizador es enviado de nuevo al regenerador para su regeneración y activación para ser utilizado nuevamente en el proceso de craqueo. Algunos reactores son diseños de chapa caliente puesto que la temperatura de funcionamiento de esta unidad está entre 900 y 1100°F (482 y 593°C) y la atmósfera es reductora. Internamente están revestidos con un material refractario resistente a la erosión de 1” (25 mm) de espesor y anclada con un sistema de malla hexagonal. Si el reactor es un diseño de chapa fría, el revestimiento refractario debe ser un aislante térmico y debe resistir erosiones débiles. Un problema dominante en el reactor es penetración del coque en el revestimiento y la acumulación de coque en el mismo.

Otros componentes del FCCU, revestidos con materiales refractarios son los siguientes:

Ciclones separadores: están localizados y conectados al regenerador y al reactor.

Su propósito es asistir a la separación del catalizador de los productos gaseosos en el caso del reactor y de los flujos de gases en el caso del regenerador. Un revestimiento refractario es requerido debido a la erosión del catalizador.

Los ciclones del regenerador operan a las temperaturas entre 200 a 300°F (111 a l66 °C) . Debido a la metalurgia y altas temperaturas, muchas expansiones son experimentadas en los ciclones del regenerador. Además, la atmósfera en el regenerador es tan oxidante con respecto a la atmósfera reductora en el reactor. Con altas temperaturas, alta expansión y atmósfera oxidante, hay una mayor tendencia para estos ciclones a requerir reparaciones mas frecuente que los ciclones del reactor. Cuando ocurre la expansión de la chapa metálica, el catalizador fino llena los espacios vacío; al producirse un enfriamiento, el refractario es obligado a comprimirse durante la contracción de la chapa metálica. Esto conduce a un debilitamiento del revestimiento refractario. Cuando la unidad se calienta otra vez, el revestimiento será erosionado.

En el reactor, hay menos expansión térmica que en la chapa metálica de los ciclones y la impregnación de coque en el revestimiento, lo hace más fuerte que el original. La orientación del sistema de anclaje es muy importante en la confiabilidad de los ciclones, esta debe ser perpendicular al flujo de los gases.



Las líneas de transferencia: son las comunicaciones entre el regenerador y el

reactor, son usadas para el trasporte del catalizador desde una unidad a otra. El revestimiento refractario de las líneas de transferencia se exponen mas a la erosión que el revestimiento de los reactores y regeneradores. Deben ser aislantes térmicos, para mantener la temperatura del diseño a 600 °F (316 °C).

Sección de alimentación (The Feed Riser): esta localizado en el extremo de la

línea de catalizador regenerado donde la alimentación y el catalizador reaccionan. La impregnación del revestimiento refractario con coque en la sección del “feed riser”, lo hace mas propenso al desconchamiento térmico. Como es el caso para el revestimiento refractario en el reactor, hay que tener mucho cuidado para minimizar las laminaciones en el revestimiento y además, el número de ciclos térmicos en esta área. Esta sección del FCCU es probablemente la sección mas frágil y las fallas del revestimiento son mas frecuente que en otras áreas de la unidad. Es posible que cambios en la temperatura ambiente y velocidad del viento producirán esfuerzos sobre el revestimiento refractario, provocando fallas en el mismo. Fallas de estas naturalezas son observadas solamente cuando la unidad es parada para inspección.

Cámaras de calefacción del regenerador y del reactor (Plenum Chamber): están

en la tope de ambas unidades. El propósito de estas cámara es el de colectar los productos gaseosos después de la separación en los ciclones del generador (gase de flujo) y del reactor (productos), y enviarlos al siguiente equipo de proceso.

En el plenum del reactor los productos son colectados y enviados al fraccionador. El plenum del reactor es absolutamente propenso a acumular coque durante el proceso. Si el material refractario se lamina durante la instalación, hay la tendencia de falla del revestimiento por desconchamiento durante la operación. En esta área hay, además, la posibilidad de que el fenómeno de erosión este presente. En el plenum del regenerador, los flujos de gases de la combustión del carbón del catalizador son colectados y enviados al más cercano separador catalítico y equipos recuperadores de calor para luego ser enviados a la chimenea del FCCU. El servicio del plenum del regenerador es mucho más suave que el plenum del reactor. En ambos plenum hay cierta erosión y algunos desconchamientos del revestimiento, pero las reparaciones son menos frecuentes que las del reactor.

En estas áreas, la instalación del revestimiento refractario es difícil. Debido a reparaciones frecuentes en el plenum del reactor, es aconsejable el uso de un revestimiento de castables de nueva tecnología, tal como los auto nivelantes (self leveling) y apartar para un lado las técnicas de proyección.

Separadores: los separadores del reactor están ubicados en la base del reactor.

Los separadores son paredes frías o calientes, dependiendo del diseño. Frecuentemente , el fenómeno de erosión esta presente en esta área y debe ser minimizada un revestimiento refractario de 1” de espesor



Válvulas deslizantes: están localizadas en las líneas de transferencia. Se utilizan para controlar el flujo del catalizador a través de los equipos para optimizar la producción del FCCU. La porción deslizante de la válvula esta expuesta al flujo del catalizador y debe por eso resistir a la erosión del catalizador. La superficie de la válvula normalmente está protegida con un revestimiento resistente a la erosión de 1” de espesor y anclado con malla hexagonal.

Regenerador

Reactor

Ciclones

Ciclones

MATERIAL AISLANTE 2500 oF PROYECTADO

CASTABLE DE BAJO CEMENTO 45% Y 70% Al2O3

PLASTICO APISONADO 90% Y 85.P Al2O3

UNIDAD DE FCCU

DISENOS ORIGINALES

Regenerador

Reactor

Ciclones

Ciclones

MATERIAL AISLANTE 2500 oF PROYECTADO

CASTABLE DE BAJO CEMENTO 45% Y 70% Al2O3

PLASTICO APISONADO 90% Y 85.P Al2O3

UNIDAD DE FCCU

DISENOS ORIGINALES



DISCO

PLATO ORIFICIO ORIFICIO

CUERPO DE VALVULA

PLASTICO 90% Al2O3 LIGA FOSFORICA

VALVULA DESLIZANTE

DISCO


CUERPO DE VALVULA


DISCO


CUERPO DE VALVULA


VALVULA DESLIZANTE

UNIDAD DE FCCU

DISENOS DE NUEVAS TECNOLOGIAS

UNIDAD DE FCCU

DISENOS DE NUEVAS TECNOLOGIAS




1 Ciclones: Castables Alta Alumina (Low Cement.) = 97% de Al2O3

2 Paredes del reactos: Castables Alta Alumina (Low Cement.) = 97% de Al2O3

3 Paredes del regenerador: Castables Alta Alumina (Low Cement.) = 97% de Al2O3

4 Stripper y riser: Castables Alta Alumina (Low Cement.) = 97% de Al2O3

5 Linea de transferencia catalitica: Castables Alta Alumina (Low Cement.) = 97% de Al2O3

6 Linea de retorno de particulas: Castables Alta Alumina (Low Cement.) = 97% de Al2O3

5.5.-Reformadores de Gases:

El proceso de reformación de gas natural, se utiliza a menudo para la producción de hidrogeno y monóxido de carbono. Los materiales refractarios en el reformador deben de tener gran estabilidad acompañado de un alto poder de aislamiento térmico para asegurar alta disponibilidad del proceso a través del calentamiento indirecto de los tubos catalizadores. Las altas temperaturas y velocidades del proceso requieren de productos refractarios y diseños del revestimiento de calidades superiores. En la zona del colector y la caldera hay contacto directo entre el material refractario y el gas de proceso, por lo que, solamente productos refractarios con un alto nivel de pureza pueden ser instalados. La utilización de castables de auto nivelación son ahora recomendados. La aplicación de ellos para el revestimiento refractario un buen tiempo de servicio, y por lo tanto una estabilidad del proceso.

Una consideración muy importante es la que hay que tomarse en los reformadores de hidrogeno, el servicio del material refractario es muy crítico. El gas hidrógeno (H2) son pequeñas moléculas que tiene una conductividad térmica mucho mas alta que el oxigeno (O2). Si hay disponibilidad para que el hidrógeno fluya hasta la chapa metálica, aparecerán puntos calientes en la unidad. El hidrógeno a altas temperatura y altas presiones, reaccionará con SiO2 (sólido) contenido en el revestimiento refractario para formar SiO (gas) y vapor de agua. Cuando se enfría, el SiO se convertirá de nuevo a SiO2 y se depositará en los tubos de la caldera reduciendo así la eficiencia del proceso. Es importante que al considerar un diseño de refractario para estos equipos, se debe pensar en productos de alta alumina y de bajo contenido de sílice. Además la necesidad de mantener la chapa metálica por debajo de 350 oF, un revestimiento de doble capa debe ser diseñado.



En atención a lo anterior, el diseño del revestimiento refractario para estos equipos es constantemente estudiado para desplazar totalmente los diseños originales.


1a 1b 1c

Ladrillo Chamota= 46% de Al2O3. Castable aislante= 25% de Al2O3. Bloques aislante y lana mineral 1100 ASTM. EN/ISO 1100

2 Ladrillo Chamota= 45% de Al2O3. Ladrillo Chamota= 42% de Al2O3.

3 Castables Alta Alumina (low cement)= 51% de Al2O3

4 Modulos de fibra ceramica ASTM 1260. EN/ISO 1250

5 Modulos de fibra ceramica ASTM 1260. EN/ISO 1250

6 Fibra ceramica preformada 1400

7 Castable aislante 26 Li= 58% de Al2O3 Castable aislante= 93% de Al2O3

8 Castable alta alumina= 95% de Al2O3 Castables Alta Alumina (self flow)= 97% de Al2O3

9 Fibra ceramica preformada 1260

REFORMADORES DE GASES

DISENOS DE NUEVA TECNOLOGIA

REFORMADORES DE GASES

DISENOS DE NUEVA TECNOLOGIA



10 Ladrillo Alta Alumina Fundida= 99% de Al2O3. Castable alta alumina= 95% de Al2O3 Castables Alta Alumina (self flow)= 97% de Al2O3

11 Ladrillos aislantes 26 ASTM. EN/ISO 140- 0,9 Ladrillos aislantes 26 ASTM. EN/ISO 140- L 0,79 Ladrillos aislantes 26 ASTM. EN/ISO 140- 0,81

12 Ladrillos aislantes 23 ASTM. EN/ISO 125 L- 0,58

13 Ladrillos aislantes EN/ISO 180 L- 1,50

14 Castables Alta Alumina (self flow)= 97% de Al2O3

15 Castable = 49% de Al2O3 Castable = 43% de Al2O3

16 Castable = 45% de Al2O3

A Ladrillo Alta Alumina Fundida= 99% de Al2O3. Castable alta alumina= 95% de Al2O3 Castables Alta Alumina (self flow)= 97% de Al2O3

B Ladrillos aislantes EN/ISO 180 L- 1,50 Ladrillos aislantes 26 ASTM. EN/ISO 140- 0,81

C Ladrillos aislantes 26 ASTM. EN/ISO 140- 0,9 Ladrillos aislantes 26 ASTM. EN/ISO 140- L 0,79

D Castables Aislante= 93% de Al2O3

E Castable alta alumina= 95% de Al2O3 Castables Alta Alumina (self flow)= 97% de Al2O3

F Castable alta alumina= 95% de Al2O3 Castables Alta Alumina (self flow)= 97% de Al2O3

G Ladrillos aislantes 23 ASTM. EN/ISO 125 L- 0,58

H Ladrillos aislantes 26 ASTM. EN/ISO 140- 0,81

curso petroleo

Documents

revestimiento refractario

proceso de secado sir

xidos refractarios

refractario til

refractario ideal

equipo de secado sir

transferencia de calor

personal sir