Estudio de influencia de la interacción entre el coque, la pared y altos gradientes térmicos en la integridad mecánica de recipientes de coquización mediante el modelado con elemento finito

Study on the interaction influence between coke, wall and high thermal gradients in mechanical integrity of coking units by finite elements modelling

El coque petrolero es un sólido similar al carbón de piedra usado como combustible o para la producción de ánodos, electrodos, grafito o productos similares basados en carbón. Es producido por el proceso de coquización retardada, el cual consiste en el sobrecalentamiento de residuos pesados del petróleo y su introducción en un recipiente precalentado, orientado verticalmente, denominado tambor de coque. Luego los vapores son sacados y además refinados en varios productos derivados del petróleo, dejando debajo asentado un hidrocarburo de mucha más densidad (coque petrolero). Por último, el residuo es enfriado con agua para permitir su remoción.

El calentamiento severo y las ratas de enfriamiento del proceso causan que la vida útil del recipiente sea corta en comparación con otros recipientes que no operan en condiciones cíclicas. Además, los tambores son sacados de servicio durante su vida útil frecuentemente debido a las reparaciones que requiere para extender su operación y reducir el tiempo fuera de servicio. Normalmente, la refrigeración de estos equipos comienza a desarrollarse en forma canalizada sobre algunas zonas aleatoriamente (posiblemente por efecto de ciertos canales que se generan dentro del coque, formado durante la reacción); como consecuencia de esto, se producen deformaciones térmicas que varían en magnitud de un punto a otro en la pared de las unidades.

En este trabajo, utilizando como herramienta el modelaje con elemento finito, se analizó la influencia que tienen los altos gradientes térmicos en la generación de altos esfuerzos en el recipiente y en la reducción de vida por fatiga térmica; al mismo tiempo, se realizaron simulaciones con la finalidad de conocer el efecto que tiene el coke crushing o resistencia a la contracción que ofrece el coque en la generación de esfuerzos en la pared del recipiente.