Gestiรณn de Sistemas de Vapor y Retorno de Condensados
El loop de vapor y condensado Distribuciรณn de vapor
Equipo usuario de vapor
Generaciรณn de vapor
Retorno de condensado
Vapor - Condensado
La Sala de Calderas Feedwater Storage
Calderas de vapor •
La caldera es el equipo que convierte agua en vapor aplicando calor o energía proveniente de la combustión en el quemador.
•
De su correcta elección y equipamiento depende en buena parte el rendimiento total del sistema.
PIROTUBULARES ACUATUBULARES
Calderas Pirotubulares
•
• •
•
•
Calor por el interior de los tubos. Agua por el exterior de los tubos. Para presiones máximas de 20 bar y consumos hasta 15 T/h con un solo hogar. Para presiones máximas de 20 bar y consumos hasta 30 T/h con doble hogar. Son económicas, de alto rendimiento y fácil mantenimiento.
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Caldera pirotubular de 3 Pasos (Fondo humedo) Vapor a 184 oC (10 bar)
3er Paso (Tubos)
240 oC
550 oC 2º Paso (Tubos)
1er Paso
850 oC
1750°C
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Caldera Pirotubular Toma manรณmetros y presostatos
Salida de venteo de vapor
Salida de vapor a proceso
Vรกlvulas de seguridad Chimenea
Conexiรณn a botellรณn y visores
Purga de fondo
Portines de inspecciรณn 9
Caldera pirotubular doble hogar
Calderas Acuatubulares
Calor por el exterior de los tubos
Agua por el interior de los tubos
Se usan normalmente para presiones altas.
Son más seguras.
Calderas Acuatubulares Pendant Superheater
Steam Drum Convection Bank Gas Baffles Economiser
Burners
Funciones de una caldera • • • • •
Cantidad correcta Presión y temperatura correcta Libre de aire y gases incondensables Limpio Seco
Capacidad de una caldera Placa de la caldera Serial Number Model Number
Output
32217 Lincoln Mk II
3,136 kg/h (200 BHP)
Design Pressure
19 bar
Max. Working Pressure
14 bar
Hydraulic Test Pressure Date of Test
Design Standard Class
28.5 bar 26/03/1991
BS 2790 (1989) 1
Inspection Authority
British Engine
Manufactured by Babcock Robey
Capacidad de una caldera •
La evaporación es la medida de capacidad de una caldera.
•
Una caldera puede operar a diferentes presiones, dependiendo de la demanda de vapor.
•
La temperatura del agua varia constantemente.
•
La evaporación nominal es la evaporación comparativa bajo las condiciones de presión absoluta al nivel del mar (1.033 kg/cm2 ó 14,7 psi), de altitud cero y con agua de alimentación a 100ºC (212ºF).
•
Como la temperatura de saturación a nivel del mar es de 100ºC(212ºF), la evaporación nominal es expresada en kg/h (lb/h) desde y hasta 100ºC (212ºF).
•
Un BHP según ASME es la evaporación de 34,5 lb/h (15,65 kg/hr) partiendo de agua a 212ºF (100ºC) hasta vapor de 212ºF (100ºC).
Capacidad de una caldera •
•
La evaporación real o de operación, es la evaporación efectiva bajo condiciones de presión manométrica de acuerdo a la altitud del lugar de operación , y con agua de alimentación a la temperatura de suministro efectiva. El factor de evaporación es la relación que existe entre la evaporación nominal y la evaporación real, bajo cualquier condición de operación.
F.e.=
(Hfg a la presión atmosférica) (Hg Presión Operación - Hf Temperatura Alimentación)
Capacidad de una caldera
M.C.R. es conocida como la máxima cantidad “real” de vapor producida por hora, y se puede obtener a partir de la siguiente relación:
M.C.R. (Kg/h) =
Capacidad Nominal (kg/h)
X
Factor de evaporación (F.e.)
Capacidad de una caldera Ejemplo: Una caldera a 10 bar con una capacidad de 3000 KW (300 BHP) y una temperatura de agua de alimentacion de 50oC. La caldera podrá evaporar: Hfg @ P. atmosferica 2257 Kj/Kg Fe = ----------------------------------------- = ---------------------------------------------- = 0,87 ( Hg @ 10 barg – Hf @ 50°C) ( 2781,7 Kj/Kg – (50C*4,19 Kj/kgC))
M. C. R. = 300 BHP * 15,68 Kg/h/ BHP * 0,87 = 4092 kg/h
Eficiencia de la caldera Calculo carga de vapor conociendo la capacidad térmica del equipo :
ƞ=
M
Agua
M
*
(hg – (TA.A.*Cp))
Combustible
* Pc
Combustible
Magua : Flujo másico de agua a evaporar (Kg/h) hg : Calor total contenido en el vapor a la presión de operación (Kj/kg) T A.A..: Temperatura del agua de alimentación Cp: Calor especifico del agua (Kj/Kg*°C) Mcomb: Masa de combustible (Kj/m3 ó Kj/Kg) Pcomb: Poder Calorico del Combustible (Kj/m3 ó Kj/kg)
Desde el Interior de la Caldera Que factores afectan la calidad del vapor en la caldera: 1. 2. 3. 4. 5.
Temperatura del Agua de Alimentaciรณn Presiรณn de Operaciรณn de la Caldera Demanda de Vapor Demanda de Vapor sobre la capacidad de la caldera Control de los Solidos Disueltos Totales
Presión de la caldera •
•
•
Al reducir la presión de la caldera se ahorrara combustible, pero los ahorros no son tan grandes como muchos piensan. También se reduce la capacidad de la caldera, y esto es debido al aumento del volumen especifico del vapor. Por esto, solo se puede reducir la presión, si la demanda de vapor es lo suficientemente baja para hacerlo.
El diámetro de una tubería de vapor Un tamaño correcto debe permitir pasar una cantidad suficiente de vapor a la presión correcta •
Si la tubería es pequeña se puede dar :- perdida de presión en el proceso - ruido y erosión - golpe de ariete
•
Si es muy grande se pueden presentar:- altos costos de instalación - mayores perdidas de vapor
Subdimensionada
Sobredimensionada
Dimensionamiento - 1 kg de vapor
2 bar g
0.5 bar g
1.15 m³
10 bar g
0.18 m³
0.6 m³
¿Cómo Elegimos el Tamaño? •
Los dos métodos mas comunes son:
•
Método por velocidad - Rápido y conveniente - No tiene en cuenta la caída de presión - Se usa para ramales cortos de tubería
•
Método de la caída de presión - Para longitudes mas largas - Asegura una presión y temperatura correctas en el proceso
El vapor como fluido
El flujo ideal: solo vapor saturado
El vapor como fluido
El flujo real (I): humedad en suspensiรณn
El vapor como fluido
El flujo real (II): humedad y arrastre de condensado
El vapor como fluido
El caso crĂtico: Golpe de ariete
Golpe de ariete – casos • Rompimiento de tubería subterránea de vapor en Nueva York: • 1 persona muerta, 30 personas heridas
• Chorro de vapor a grandes alturas • Causa: red de vapor drenada incorrectamente (golpe de ariete)
Perdida de calor en tuberĂas
vapor
aislamiento
tubo
condensado
perdida de calor
Separador de humedad
Salida de vapor seco
Entrada de vapor humedo
Baffles Drenaje de condens.
Inclinacion y Drenaje de Tuberias
Inclinaciรณn 1/250
Vapor Elevaciรณn 30 - 50m Puntos de drenaje Flujo vapor
Puntos de Drenaje Sección Vapor Condensado
•
Correct o
Pozo de goteo
Conjunto purgador Sección
•
•
Vapor
Incorre cto
Conjunto purgador
Conexión de las Derivaciones
Vapor
Vapor
Condensado
Incorrecto
Correcto
Drenaje de una Derivación
Tubería principal Válvula de Interrupción
Conjunto de Purga .
Punto de drenaje (bolsillo) Flujo de vapor
Trampa de vapor
Pierna colectora de condensado Set de trampa Valvula de drenaje
Salida de condensado
Conjunto de trampa de vapor
Valvula de corte
De la linea de vapor
Valvula de corte
Trampa vapor
Valvula cheque
Al sistema de retorno de condensado
Venteo de aire Venteo de aire
Tuberia de vapor
Set de trampa de vapor
Eliminaciรณn de Agua y Aire
โ ข
Soluciรณn a los problemas de agua y aire: Trampas de vapor
Eliminadores de aire (venteadores)
Son vรกlvulas automรกticas que abren en presencia de condensado o aire y cierran con vapor.
Tipos de trampas Termostatica
Termodinamica Balde Invertido
Flotador termostatica
Limpieza en el Vapor La suciedad en el vapor es causada por: •
Arrastre de sólidos del agua de caldera
•
Corrosión en tuberías
•
Restos de soldadura
•
Exceso de material en juntas
•
Productos para sellado de roscas
Filtros Valvula de control Filtro
Agua en el Vapor • La presencia de agua en el vapor reduce la energía calorífica por
unidad de masa, disminuyendo la trasferencia de calor. •
Una película de agua de 0,25 mm de espesor produce la misma resistencia a la transferencia de calor que:
- Pared de hierro de 17 mm - Pared de cobre de 130 mm Además, las gotas de agua transportadas por el vapor producen mayor erosión.
Venteo de aire Sustancia a calentar Capa estancada
Perfil de temperatura
Incrustaciones
Vapor
Pared metalica
Aire Condensado
Venteo
Marmita enchaquetada
Aire en el Vapor •Una
película de aire de 1 mm de espesor produce la misma resistencia a la transferencia de calor que: Película de agua de 25 mm Pared de hierro de 1.700 mm Pared de cobre de 13 METROS
Fuentes de Aire •
•
•
El aire puede estar presente en el sistema de distribución y en los equipos calentados con vapor debido a: El vacío resultante por el apagado de las calderas o paros en los procesos.
Alimentación de agua en la caldera con O2 (tratamiento incorrecto).
Aplicaciones tipicas Terminal de un cabezal de distribucion
Cabezales de vapor
Vapor
Vapor
Venteo
Marmita
Beneficios del venteo de aire en los equipos calentados con vapor
Transferencia de calor eficiente. Ahorro de energia y mejora de la productividad. Mejora el rendimiento en procesos donde la temperatura es critica. Reduce la corrosion. Mejora la calidad del producto permitiendo un calentamiento uniforme. Reduce el mantenimiento en los equipos.
ÂżCĂłmo mejorar la eficiencia en los equipos calentados con vapor?
Reducción de presión Se instalan válvulas reductoras por:
a) Necesidad
Presión de diseño del equipo inferior a la presión disponible
b) Eficiencia
Ahorro de energía si el proceso admite menor presión
Mejora la calidad del vapor
Aumenta la vida de los equipos
Selección de una válvula reductora de presión Tamaño Válvula Seguridad con set pressure 5 bar:
Red de Vapor Presión: 12 bar r
DN 65 (Caudal máx. 2780 kg/h) DN 80 (Caudal máx. 3850 kg/h) DN 100 (Caudal máx. 7410 kg/h)
Proceso Caudal:3000 kg/h P. Trabajo: 4 bar r P. Diseño: 6 bar r
Ø Tubería entrada:
Tamaño Válvula Reductora:
Ø Tubería salida:
DN 50 (58 m/s)
DN 40 (Caudal máx. 2800 kg/h)
DN 50 (140 m/s)
DN 80 (26 m/s)
DN 50 (Caudal máx. 4600 kg/h)
DN 80
DN 80 (Caudal máx. 11000 kg/h)
DN 125 (24 m/s)
(64 m/s)
Vรกlvulas reductoras de presiรณn
Mejorar la eficiencia •
•
•
Acabamos de ver la importancia de las VRP para mejorar el rendimiento en la transferencia de calor Sabemos que el condensado no se puede desperdiciar….. Cómo recuperarlo sin interferir con la operación del proceso?
Selecciรณn correcta de las trampas de vapor
Trampa de vapor •
•
•
Dispositivo automático que permite separar el vapor del condensado. Algunos tipos de trampas pueden descargar aire (incluyendo gases no - condensables) en la medida que estén presentes. Una trampa operando correctamente no permite la descarga de vapor a través de ella.
Para que necesitamos trampas?
Eliminar aire; Remover el condensado; Eficiencia térmica; Confiabilidad
Trampa de vapor CONCEPTO: Dispositivo que libera automaticamente el condensado, sin perder VAPOR.
CONDICION BĂ SICA DE FUNCIONAMENTO:
P1 > P2
Presion
Presion
Presion
Diferencial
Diferencial
Diferencial
Tipos de accionamiento 1- Mecanicos: a) De Flotador; b) De Balde Invertido.
2 – Termodinamicos:
3 – Termostáticos:
a) De Flujo Simple; b) De Flujo Distribuído.
a) Bimetálico; b) Expansion Líquida; c) Presion Balanceada.
Porque fallan las trampas de vapor?
1ra
causa: Sobredimensionamiento 2da. Causa: Suciedad y residuos 3ra. Causa: Mala aplicacion 4ta. Causa: Mala instalacion y golpe de ariete
Selección de una trampa •
Qué tipo de equipo se va a drenar ?
•
Hay aire (y gases no condensables) presentes en el sistema?
•
El proceso se verá afectado por un drenaje inadecuado que permita la inundación con condensado?
•
Cuáles son la presión (psig) y la carga de condensado (lbs./hr.)?
Aplicaciones v.s. CaracterĂsticas
GuĂa para seleccionar una trampa
Estacion de trampeo tradicional Válvula de corte
Trampa vapor
Válvula de corte
De la línea de vapor Válvula cheque Cámara Spiratec
Al sistema de retorno de condensado
Sistema sin retorno de condensado Se requiere precalentar el agua
Agua
Tratamiento
15ยบC
Tanque alim.
Equipo
Trampa
Drenaje Bomba de alimentaciรณn
Sistema con retorno de condensado Retorno de condensado a 90ยบC
Tanque de alim. 90ยบC
Equipo Trampa
Bomba de alimentaciรณn
Bomba
Cuåles son las necesidades? •
Recuperar el condensado de todos los equipos que utilizan vapor.
•
Evitar el anegamiento de condensado reduciendo a su vez los costos de mantenimiento en bombas e intercambiadores.
Beneficios
La recuperación de condensado evita: - Exceso de purgas - Pérdidas de energía - Consumo elevado de agua de make-up
- Precalentamiento del agua de alimentación - Temperaturas en el producto inestables - Problemas de calidad en el producto - Corrosión excesiva - Golpe de ariete: daños y ruidos en el equipo
Bombas operadas por presión Las bombas han sido diseñadas teniendo en cuenta:
La necesidad de manejar el condensado bajo cualquier condición.
Poder accionarlas con vapor, gas, o aire comprimido sin requerir motores eléctricos, tableros ni switches de nivel,
pudiendo operar en áreas peligrosas.
Eliminar problemas de mantenimiento causado por fugas en sellos mecánicos, y cavitación.
Como funciona una bomba de condensado?
Trampeo del Vapor Los
siguientes son condiciones de operacion o estado en las que pueden estar las trampas de su planta: Falla abierta Falla cerrada Está fuera de
servicio Es inadecuada
Trampas Frías El condensado que no es removido del sistema es la causa de: • Ineficiencia – en las superficies de transferencia de calor • Corrosión – degradación del sistema • Golpe de ariete – amenaza potencial en la seguridad Todo estos factores son la causa de los TIEMPOS MUERTOS
Trampas FrĂas
Flujo del condensado en las tuberias
Trampas que Fallan Abiertas • Desperdicio de energía • Implicaciones con el medio ambiente – Plumas
– CO2 – Agua – Estructuras • Seguridad y Salubridad – Quemaduras – Asuntos relacionados con la salubridad en general
Survey de Trampas En que consiste un survey de trampas? • Test de las trampas • Tagging de las trampas
• Mapping de las trampas • Manejo de la base de datos • Ahorros en costos, costo de implementación y evaluación del ROI
• Priorización del trabajo que se debe llevar a cabo
METODOS DE INSPECCION DE TRAMPAS • Observación de su descarga a la atmósfera • Visores de flujo • Medición de su temperatura de salida • Estetoscopios industriales • Detectores ultrasónicos
• Spiratec • Termografía
ANALISIS VISUAL – DESCARGA A LA ATMOSFERA
Trampa
Vapor
Condensado Condensado + Vapor Flash
APLICACION DE ESTETOSCOPIO INDUSTRIAL
AUDIFONO
MANGUERA DE CAUCHO DIAFRAGMA PUNTA DE CONTACTO
VISORES DE FLUJO Trampa Visor de Flujo
LÃnea de Retorno
Test de Temperatura Vapor a 100 psi, 338 F
Que diferencia de temperatura esperamos tener???
Retorno de Condensado Qué temperatura? …………. F Qué presión? ………………psi Steam Trap Testing # 12
June’00
Metodo Ultrasonico o Temografico
Un rapido estimativo energetico
REGLA DEL DEDO PARA EL AHORRO DE ENERGIA Cada 6°C de incremento en la temperatura de agua de alimentacion ahorra un 1% en costos de combustible.
Mediciรณn y monitoreo de consumos No No puedes puedes controlar controlar aquello aquello que que no no puedes puedes medir medir
Lord Kelvin
GRACIAS POR SU ATENCION
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Ing. German Vidal Gerente de Zona – Spirax Sarco Colombia Cel.57-3137470144
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