Gestión de Sistemas de Vapor y Retorno de Condensado

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.

7

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

8

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

Línea 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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