Resfriadores de casco e tubo para compressores de CO₂

Os compressores de CO₂ são amplamente utilizados em refrigeração industrial, processamento de alimentos, armazenamento refrigerado, fábricas de produtos químicos e sistemas transcríticos emergentes de CO₂. Devido às altas pressões operacionais e às elevadas temperaturas de descarga da compressão de CO₂, o resfriamento eficaz e confiável é fundamental. Um resfriador de casco e tubo é uma das soluções de trocador de calor mais comprovadas e robustas para aplicações de compressores de CO₂, garantindo operação segura, desempenho estável e longa vida útil do equipamento.

Os resfriadores de casco e tubo são comumente aplicados como pós-resfriadores, intercoolers, resfriadores de óleo ou resfriadores de gás, dependendo da configuração do compressor e do projeto do sistema.

Aplicações típicas em sistemas de compressores de CO₂

1. Pós-resfriadores de CO₂

Instalado a jusante do compressor para reduzir a temperatura do gás antes de entrar no equipamento a jusante.

Benefícios:

Reduz o estresse térmico em tubulações e válvulas

Melhora a eficiência do sistema

Protege vedações e elastômeros

2. Intercoolers (compressão de vários{1}estágios)

Usado entre estágios de compressão para diminuir a temperatura de entrada do próximo estágio.

Benefícios:

Reduz o trabalho de compressão

Melhora a eficiência volumétrica

Reduz a temperatura de descarga do estágio final

3. Resfriadores de gás CO₂ (sistemas transcríticos)

Em sistemas de refrigeração transcríticos com CO₂, os resfriadores de gás de casco e tubo rejeitam o calor sem condensação.

Benefícios:

Rejeição de calor estável sob alta pressão

Design compacto com altas taxas de transferência de calor

Adequado para instalações-refrigeradas a água

4. Resfriadores de óleo do compressor CO₂

Usado para resfriar o óleo lubrificante separado do gás comprimido.

Benefícios:

Mantém a viscosidade do óleo e a qualidade da lubrificação

Protege rolamentos e peças móveis

Prolonga os intervalos de manutenção do compressor

 

Principais considerações de design

Ao projetar um resfriador de casco e tubo para serviço de compressor de CO₂, vários fatores críticos devem ser considerados:

Pressão de projeto: Muitas vezes superior a 100 bar no lado do CO₂

Temperatura de projeto: Altas temperaturas de gás de descarga

Material do tubo: aço inoxidável ou ligas de cobre-de alta resistência

Material da carcaça: Aço carbono ou liga de aço com classificação de pressão adequada

Seleção do-lado do tubo versus lado do casco-: CO₂ normalmente no lado do tubo para contenção de pressão mais alta

Meio de resfriamento: Água, glicol ou outros fluidos secundários

Limitações de queda de pressão: Para manter a eficiência do compressor

Os projetos normalmente atendem à Seção VIII da ASME, PED ou padrões de vasos de pressão equivalentes.

 

Características típicas de construção

Configuração de pacote de tubo-fixo ou U

Superfícies internas aprimoradas do tubo para melhor transferência de calor

Defletores projetados para distribuição ideal de fluxo

Tolerância à corrosão e margens de segurança para operação-de longo prazo

 

Estudo de caso: Pós-resfriador de casco e tubo para um compressor industrial de CO₂

• Histórico do projeto

Uma instalação de armazenamento refrigerado operando um sistema de refrigeração industrial de CO₂ experimentou altas temperaturas de descarga do compressor, levando à redução da eficiência do sistema e ao aumento da manutenção.

• Desafios

Alta pressão e temperatura de descarga

Espaço limitado para soluções-refrigeradas a ar

Requisito de alta confiabilidade e segurança

• Solução Implementada

Um pós-resfriador-de CO₂ de casco e tubo resfriado a água foi fornecido e instalado.

• Principais parâmetros de design

Refrigerante: CO₂ (R744)

Pressão de projeto (lado CO₂): 120 bar

Meio de resfriamento: água de resfriamento-de circuito fechado

Construção: Tubos de aço inoxidável, carcaça de aço carbono

Conformidade: Código ASME para vasos de pressão

• Resultados alcançados

Temperatura de descarga do compressor reduzida em mais de 30 graus

Melhor eficiência do sistema e operação estável

Estresse térmico reduzido em componentes posteriores

Operação-livre de problemas-de longo prazo

 

Conclusão

Um resfriador de casco e tubo para compressores de CO₂ é uma solução confiável e{0}comprovada pelo setor para gerenciar as altas pressões e temperaturas inerentes aos sistemas de CO₂. Seja usado como pós-resfriador, intercooler, resfriador de gás ou resfriador de óleo, esse tipo de trocador de calor oferece resistência mecânica, desempenho térmico e facilidade de manutenção superiores.