Subsecretaría de Educación Superior Dirección General de Educación Superior Tecnológica Instituto Tecnológico de Lázaro Cárdenas
Av. Melchor Ocampo # 2555, Col. Cuarto Sector, C.P. 60950, Cd. Lázaro Cárdenas, Michoacán,
Teléfono (753) 53 7 19 77, 53 2 10 40, 53 7 53 91, 53 7 53 92 Dirección Ext. 109 , Fax. 108
e-mail: [email protected] Internet: www.itlazarocardenas.edu.mx.
REPORTE DE RESIDENCIAS.
SISTEMA DOCUMENTADO DE
RECIPIENTES SUJETOS A PRESIÓN
(NOM-020).
INGENIERÍA ELECTROMECÁNICA.
ÁREA:
PLANTA DE FUERZA II.
PRESENTA:
JOSÉ LUIS CAMACHO SOLANO
NÚMERO DE CONTROL: 08560210
ASESOR EXTERNO:
ING. ÁLVAREZ GÓMEZ VÍCTOR E.
ASESOR INTERNO:
ING. ALCANTAR RAMÍREZ OLIVERIO.
Cd. y Puerto de Lázaro Cárdenas, Mich., 17 Mayo
del 2013.
CONTENIDO:
JOSÉ LUIS CAMACHO SOLANO...1
NÚMERO DE CONTROL: 08560210...1
1.3. ÍNDICE DE FIGURAS:...10
1.4 ÍNDICE DE TABLAS...12
1.5 ÍNDICE DE DIAGRAMAS...12
1.1 Introducción... 14
2.1 Justificación del proyecto...16
3.1 Objetivo general:...18 3.2 Objetivos específicos:...18 4.4 Dirección general. ...25 6.1 Alcances. 42 6.2 Limitaciones...42 7.2 Ciclo térmico:...46 7.3 Ciclo Rankine...47
7.4 Descripción del sistema de generación de vapor:...47
7.4.1 Quemadores...48
7.4.2 Hogar de la caldera...48
7.4.3 Sistema de distribución del vapor...48
7.4.4 Sistema de retorno de condensados...48
7.4.5 Sistema de alimentación y tratamiento del agua...48
7.5.2 Calderas de tubos de agua o acuotubulares...54
7.5.3 Calderas de tubos de humos:...55
7.5.4 Selección del tipo de caldera:...56
7.8.1 Clasificación de los calentadores del agua de alimentación. ...64
7.8.2 Calentadores del agua de alimentación, de contacto directo. ...65
7.8.3 Calentadores cerrados o de superficie...66
7.8.4 Filtrado. ... 68
7.9 Condensadores de superficie. ...68
7.11.1 Tipos de lubricación...72
7.12.3 Tipos de tapas...80
7.12.4 Soldadura en recipientes a presión...83
7.12.5 Registro de Hombre...85
7.12.6 Materiales usados en recipientes a presión...85
7.12.7 Códigos aplicables...86
7.12.8 Recipientes cilíndricos Horizontales...87
7.12.9 Recipientes cilíndricos Verticales...88
7.13 Pruebas en Recipientes a presión...89
7.13.1 Prueba hidrostática...90
7.13.2 Pruebes neumáticas...90
7.13.3 Pruebas de elasticidad...91
7.14 Válvula de seguridad...91
7.14.1 Tipos de Válvulas de seguridad...92
7.15 Mantenimiento...94
7.15.1 Tipos de mantenimiento...94
7.15.2 Mantenimiento a tanques sujetos a presión...96
8.5 Elaborar y aplicar programas de revisión y calibración a los instrumentos
de control y dispositivos de relevo de presión de los equipos...108
8.6 Contar y aplicar procedimientos de operación, revisión y mantenimiento de los equipos. 108 8.9 Cumplir con las condiciones de seguridad de los equipos...110
Conclusiones: 118 Recomendaciones:...120
Bibliografía: 122 1.3. ÍNDICE DE FIGURAS: Figura 4.1-1. Ubicación de ArcelorMittal...20
Figura 2.4-2. Lakshmi N. Mittal...25
Figura 4.5-3. Planta de fuerza II...26
Figura 4.6.1-4. Desareador y cabeza desareadora...30
Figura 4.6.2-5. Válvula de seguridad de alta presión...31
Figura 4.6.3-6. Turbina de Agua de alimentación...32
Figura 4.6.5-8. Válvula reguladora de presión...34
Figura 4.6.7-9. Compresor de Aire...35
Figura 4.6.8-10. Tanques de Agua desmineralizada...36
Figura 4.6.9-11. Bombas para Agua de enfriamiento...36
Figura 4.6.10-12. Barra de buses de plante de fuerza 2...37
Figura 7.2-13. Ciclo termico comun...46
Figura. 7.5-14. Esquema de una caldera de vapor...53
Figura. 7.5.2-15. Caldera de tubo de Agua...54
Figura. 7.5.2-16 Calderas acuotubulares compactas...55
Figura. 7.5.3-17. Caldera de tubos de humos...56
Figura 7.6-18. Tanque de Purga continúa...59
Figura 7.7.2-19. Tipo spray-calentadores de distribución...62
Figura 7.7.2-20. Tipo spray- de aire del calentador (Buril)...63
Figura 7.8.2-21. Calentador desareador del agua de alimentación, tipo Elliot, de pulverizador y contacto directo...66
Figura 7.8.3-22. Calentador Lummus para el agua de alimentación, del tipo de superficie... 67
Figura 7.9-23 Condensador de superficie Westinhouse, radial de dos pasos.. . .69
Figura. 7.12.8-24 recipiente cilíndrico horizontal...87
Figura 7.12.8-25. Orejas de izaje...88
Figura 7.12.9-26. Recipiente cilíndrico vertical...89
Figura 7.14-27. Válvula de seguridad...92
1.4 ÍNDICE DE TABLAS.
Tabla 1. Tipos de categorías para recipientes sujetos a presión...99 Tabla 2. Tipos de categorías para recipientes sujetos a presión...101 Tabla 3. Tipos de categorías para generadores de vapor o calderas. ... 101
1.5 ÍNDICE DE DIAGRAMAS.
Diagrama 1. Organigrama general de las plantas en planos...27 Diagrama 2. Organización del personal de planta de fuerza 2...29
1.1 Introducción.
ArcelorMittal Lázaro Cárdenas es la mayor productora de acero y exportadora de desbastes planos de México. Opera una planta peletizadora, dos plantas de hierro de reducción directa, cuatro hornos de arco eléctrico, dos instalaciones de colada continua y un centro térmico. Sus instalaciones de producción se encuentran en aproximadamente 4,4km2, cercano a un puerto en Lázaro Cárdenas, estado de Michoacán, México.
Dentro del proceso de operación de planta de fuerza II la generación y transportación del vapor es la actividad principal para poder funcionar ya que es el medio por el cual se genera electricidad atreves de la turbina y de igual manera es importante en el servicio que se le brinda a la siderúrgica al enviarles líneas de vapor a HyL III Y ACERÍA.
El proyecto surge en planta de fuerza II a raíz de establecer condiciones de seguridad de los recipientes sujetos a presión, recipientes criogénicos, generadores de vapor o calderas. Se pretende establecer los requisitos de seguridad para el funcionamiento de los recipientes sujetos a presión, recipientes criogénicos y generadores de vapor o calderas en los centros de trabajo, a fin de prevenir riesgos a los trabajadores y daños en las instalaciones. Para ello La Norma prevé la obligación de elaborar y aplicar programas específicos de revisión y mantenimiento a los equipos clasificados en las categorías II y III. De igual forma, contempla la obligación de disponer de procedimientos de seguridad para su operación, revisión y mantenimiento. Por lo anterior se requiere establecer un sistema documentado de recipientes sujetos a presión y sus capacidades (NOM-020). Igualmente, determina la obligación de capacitar al personal que realiza actividades de operación, mantenimiento, reparación y pruebas a este tipo de equipos, según aplique. También precisa el contenido de los registros sobre la operación y los resultados de la revisión, mantenimiento y pruebas de presión y/o exámenes no destructivos a los equipos. La Norma incorpora la obligación de contar con un plan de atención a emergencias para los equipos clasificados en las categorías II y III.
2.-
CAPÍTULO II:
JUSTIFICACIÓN.
Contenido:
2.1 Justificación del proyecto.
Dentro de planta de fuerza II, debido a los procesos de generación de vapor para la producción de energía eléctrica, existen condiciones que representan un riesgo con respecto a la seguridad, algo que es primordial en la empresa ArcelorMittal.
Dentro de estas. Se encuentran la operación de recipientes a presiones elevadas y a las sustancias que contienen. Los recipientes sujetos a estas condiciones de trabajo están sujetos a normas de operación con objeto de garantizar la seguridad del personal y daños a las instalaciones, es necesario determinar las condiciones bajos la cuales se encuentran operando, los equipos son de presiones (6.5 Kg/cm2-68.60 Kg/cm2) y temperaturas (40 ºC -500 ºC), también sustancias inflamables como es el Aceite y reactivos como es el Aire. La seguridad es fundamental para las personas que se encuentran dentro de la planta. Para garantizar esas condiciones la NOM-020 por medio de Secretaria del trabajo y prevención social (STPS).
Establece los requisitos de seguridad para el funcionamiento de los recipientes sujetos a presión, recipientes criogénicos y generadores de vapor o calderas en los centros de trabajo, a fin de prevenir riesgos a los trabajadores y daños en las instalaciones.
La Norma prevé la obligación de elaborar y aplicar programas específicos de revisión y mantenimiento a los equipos clasificados en las categorías II y III. De igual forma, contempla la obligación de disponer de procedimientos de seguridad para su operación, revisión y mantenimiento a fin de prevenir riesgos a los trabajadores y daños en las instalaciones.
Por lo anterior se requiere establecer un sistema documentado de recipientes sujetos a presión y sus capacidades, de acuerdo a lo establecido por la secretaria de trabajo y prevención social (STPS), por medio de la (NOM-020) se establecen estas condiciones.
3.-
CAPÍTULO III:
OBJETIVOS.
Contenido:
3.1 Objetivo general.
3.2 Objetivos específicos.
3.1 Objetivo general:
Establecer un sistema documentado de Recipientes sujetos a presión, recipientes criogénicos y generadores de vapor o calderas - Funcionamiento - Condiciones de Seguridad y sus capacidades en base a Norma Oficial Mexicana NOM-020-STPS-2011, que establece la secretaría del trabajo y prevención social (STPS).
3.2 Objetivos específicos:
Clasificar a los recipientes sujetos a presión de acuerdo a la categoría I, II y III, correspondientes establecido por la NOM-020.
Elaborar y aplicar programas específicos de revisión y mantenimiento a los equipos clasificados en las categorías II y III.
Disponer de procedimientos de seguridad para su operación, revisión y mantenimiento.
Establecer registros de Modificaciones y/o Reparaciones de los recipientes sujetos a presión.
Elaborar documentado de las actividades, condiciones de operación de los recipientes sujetos a presión y pruebas realizadas a los equipos.
4
.- CAPÍTULO IV:
CARACTERIZACIÓN DEL ÁREA.
Contenido:
4.1 Ubicación de empresa.
4.2 Misión, visión, lema y valores de la empresa.
4.2.1 Misión. 4.2.2 Visión. 4.2.3 Lema.
4.2.4 Valores de la empresa.
4.3 Historia de la planta ArcelorMittal.
4.4 Dirección general.
4.5 Planta de fuerza II.
4.5.1 Organización.
4.6 Descripción general de plante de fuerza II.
4.6.1 Turbo grupos 1 y 2. 4.6.2 Cabezal de baja presión.
4.6.3 Turbo bomba de agua de alimentación. 4.6.4 Turbina de vapor.
4.6.5 Cabezal de media presión. 4.6.6 Planta de aire comprimido. 4.6.7 Sistemas comunes.
4.6.8 Sistemas de agua desmineralizada (DW). 4.6.9 Sistemas de agua de circulación (RSW). 4.6.10 Subestación eléctrica 13.8 kV.
4.1 Ubicación de la Empresa.
El proyecto se llevará a cabo en ArcelorMittal Lázaro Cárdenas SA. De CV en el área de Panta de Fuerza 2 y Plantas auxiliares en Planos.
La empresa se encuentra ubicada en la dirección ArcelorMittal S.A. de C.V., Francisco J. Mújica No 1-B, C.P. 60950, en esta Ciudad y Puerto de Lázaro Cárdenas, Michoacán; México, situado en la costa del pacifico.
ArcelorMittal México tiene una ubicación geográfica estratégica, que le permite el acceso al puerto de Guaymas en Sonora y al Puerto de Lázaro Cárdenas que es el puerto de mayor calado en la costa oeste de México, el cual constituye una inmejorable vía para la entrada de materias primas y la exportación de sus diferentes productos a los mercados consumidores en el extranjero.
4.2 Misión, Visión, Lema y Valores de la empresa.
4.2.1 Misión.
Lograr el liderazgo incomparable en costo, mezcla de productos, servicios e innovación. Conseguir el volumen crítico: cuota del mercado, presencia geográfica en madurez, desarrollándose y emergiéndose en países, integraciones hacia arriba y hacia abajo.
4.2.2 Visión.
Ser el grupo acerero más admirado:
“Ser la referencia en la industria global del acero”. 4.2.3 Lema.
“Transforming tomorrow” (transformando el mañana), reforzado por los tres valores principales de la compañía: Sustentabilidad, Calidad y Liderazgo.
4.2.4 Valores.
Sustentabilidad
“nuestro compromiso con el mundo que nos rodea va más allá de los aspectos básicos y tiene en cuenta las necesidades de las personas en las que intervenimos, de las comunidades a las que apoyamos y del mundo en el que desarrollamos nuestras actividades. Este planteamiento a largo plazo constituye el eje fundamental de nuestra filosofía empresarial”.
Calidad
“nuestra visión trasciende los límites del presente para imaginar cómo será la siderurgia del mañana. La calidad de nuestros productos depende de la calidad de las personas que los hacen posibles. Por ello, nuestro objetivo es traer y fomentar el desarrollo de los mejores talentos, para poder ofrecer soluciones de calidad superior a nuestros clientes”.
Liderazgo
“nuestra clara visión de futuro nos permite crear constantemente nuevas oportunidades.
Este espíritu emprendedor nos ha llevado a la vanguardia de la industria siderurgia. Ahora, nuestra actuación supera todas las expectativas que se habían fijado para este sector”.
Política de calidad.
“proveer productos y servicios de calidad que proporcionen satisfacción a nuestros clientes a través de la mejora continua de nuestros procesos y con la administración diaria y eficaz de nuestro sistema de calidad. ArcelorMittal significa calidad en todos los aspectos para nuestros clientes, nuestros proveedores, nuestra comunidad y para nosotros mismos, teniendo presente nuestro interés en la calidad, seguridad y medio ambiente.”
Estrategia
— consolidar mercados relevantes.
— excelencia industrial y liderazgo en el mercado. — continuar la estrategia de crecimiento.
Filosofía.
— seguridad primero. — multicultural y ético. — buscar adelantar.
— orientado al desempeño.
— dirigido hacia la velocidad y sustentabilidad. — trabajo en equipo.
Compromisos.
— exceder la creación de valor esperado por nuestros accionistas. — generar valor para nuestros clientes.
4.3 Historia de la Planta ArcelorMittal.
La planta de ArcelorMittal está localizada en Lázaro Cárdenas, Mich. México que es uno de los más destacados puertos del país en la costa del pacifico. La planta opera con su propio muelle que le permite la recepción de materias primas de otras partes del mundo así como embarcar los diversos productos para consumo de los mercados.
Debido a la ruta tecnológica que conforma ArcelorMittal a través del proceso H Y L III para la producción de fierro esponja, hace posible manufacturación de los grados de acero con las características específicas de calidad que los clientes de ArcelorMittal requieren. Los Planchones de acero producidos en ArcelorMittal han ido a las industrias automotrices, conservación de alimentos, construcción y petrolera. Las placas han sido producidas para estructuras, aplicaciones de recientes a presión y placas para alinear tuberías. Todos los planchones de colada continua son producidos de acuerdo a las normas internacionales. La composición química está individualmente controlada y ajustada a las necesidades especificadas del cliente.
Las reservas de mineral de hierro de las truchas se estiman en 130 millones de toneladas métricas y fueron exploradas a fines del siglo pasado. En 1969 el gobierno Mexicano inició la creación de la empresa Siderúrgica Las Truchas (SITSA) asignándose al General Lázaro Cárdenas como presidente del consejo de administración y al Ing. Adolfo Orive como director general.
La aprobación definitiva para la construcción de la planta la dio el presidente Luis Echeverría el 3 de agosto de 1971 y se le denominó Siderúrgica Lázaro Cárdenas Las Truchas, S.A. el proyecto fue muy ambicioso por que contemplaba 4 etapas de las cuales solo se construyeron 2; la construcción de la segunda etapa inició en 1980 e inició operaciones en noviembre 1988 con la producción y exportación de planchón.
En 1991 el Gobierno Mexicano puso a la venta la planta, la primera etapa con el mismo nombre Sicartsa y la segunda etapa con el nombre de Siderúrgica del Balsas (SIBALSA), y en 1992 es comprada por el grupo Ispat y toma el nombre de Ispat Mexicana S.A. DE C.V. (IMEXSA), doce años después con el mismo dueño, cambia de nombre a MittalSteel
Lázaro Cárdenas S.A. DE C.V. En el año 2007 el grupo Mittal adquiere la parte de la primera etapa que en su privatización había sido comprada por el Grupo Villacero de Monterrey, quedando así todo el complejo siderúrgico con el nombre de ArcelorMittal S.A. DE C.V.
El gobierno Mexicano que fue en aquel tiempo el propietario de Sicartsa, decidió privatizar esta compañía y a principios del año de 1991 lo que fue el complejo siderúrgico de Sicartsa sufrió la escisión en cuatro empresas diferentes, al primer segmento de la ampliación de esta planta se le denomino SILBALSAS (SIDERURGIA DEL BALSAS, S.A DE C.V). A finales del año de 1991 SILBALSA es privatizada y pasa a formar Parte del grupo ISPAT y a partir de enero de 1992 se convierte en ISPAT MEXICANA S.A DE C.V ISPAT significa Isla de Sierra Poblada Antes del Tiempo.
En 1991 el Gobierno Mexicano puso a la venta la planta, la primera etapa con el mismo nombre Sicartsa y la segunda etapa con el nombre de Siderúrgica del Balsas (SIBALSA), y en 1992 es comprada por el grupo Ispat y toma el nombre de Ispat Mexicana S.A. DE C.V. (IMEXSA), doce años después con el mismo dueño, cambia de nombre a MittalSteel Lázaro Cárdenas S.A. DE C.V.
En el año 2007 el grupo Mittal adquiere la parte de la primera etapa que en su privatización había sido comprada por el Grupo Villacero de Monterrey, quedando así todo el complejo siderúrgico con el nombre de ArcelorMittal S.A. DE C.V.
La mayoría de las empresas las adquirió el consorcio ArcelorMittal a grupo Villacero. En Lázaro Cárdenas se hizo acreedor de las plantas conocidas por los nombres de Sicartsa e Imexa.
Del listado se desprende que la empresa anglo-hindú cuenta con dos acerías más en el país como METAVER en Veracruz, hoy denominada ArcelorMittal Córdoba, elaboradora de palanquilla, y Sibalsa que se denomina ahora ArcelorMittal Celaya, por el lugar sede en el estado de Guanajuato. Esta siderúrgica produce varilla junto con ArcelorMittal Tultitlan, antes Camsa, y ArcelorMittal Vinton antes Border Steel ubicada en el estado de Texas en Estados Unidos, vendidas por el grupo Villacero en el paquete que adquirió ArcelorMittal en diciembre del 2006. La empresa también cuenta con concesiones portuarias en Guaymas Sonora, Manzanillo Colima y en Lázaro Cárdenas Michoacán, además de tres empresas de servicios.
4.4 Dirección general.
La Dirección General del Grupo está compuesta por 5 miembros: Lakshmi N. Mittal (Presidente del consejo y administración CEO) Aditya Mittal (Director Financiero y Miembro de la Dirección General) Michel Wurth (Miembro de la Dirección General)
Gonzalo Urquijo (Miembro de la Dirección General) Malay Murkherjee (Miembro de la Dirección General).
Figura 2.4-2. Lakshmi N. Mittal.
El grupo cuenta también con un consejo de administración, cuya misión principal es supervisar la compañía de forma global. Su composición refleja los principios establecidos en el acuerdo de intenciones (memorándum of understanding) firmado el 25 de junio de 2006. Dicho consejo está compuesto por 11 directores independientes provenientes de todas partes del mundo, lo que le confiere un carácter realmente internacional.
4.5 Planta de fuerza 2.
El área en la que se realiza la residencia se encuentra ubicada en el lado de planos energía, en planta de fuerza 2.
Figura 4.5-3. Planta de fuerza II.
Planta de Fuerza se caracteriza por ser una planta que cumple varias funciones tan variadas pero igual de importantes cada una de ellas.
Es una central Termoeléctrica, en la cual se genera energía eléctrica a partir de energía química almacenada en un combustible.
Es una planta de aire comprimido, contando con 3 compresores de 8000m3/hr. Exporta vapor de media presión, MS 21Kg/cm2, para el área de acería eléctrica
donde lo utilizan para tratar acero en los sistemas de RH/Top y el DV. Exporta vapor de media presión, MS 21Kg/cm2, para el área de HyL III. Exporta vapor de baja presión, LS 10Kg/cm2, para las plantas de Agua Helada. Planta de Fuerza II colinda con las siguientes:
Al norte con Planta de agua helada No.4 y Pozo caliente no.2. Al sur con La Planta de Reducción Directa HYL III
Al este con el canal que separa AMLC Planos de AMLC Largos Al oeste con PTA (Planta de Tratamiento de Agua)
La Unidad No. 1 se localiza del lado de PTA.
4.5.1 Organización:
Sub-Director de energía.
Ing. Lino Coria Ing.
Jefe de mantenimiento
mecánico. Jefeinstrumentación. de Subgerente de planta de fuerza planos.
Jefe de Tratamientos de aguas y plantas Auxiliares
Ing. De proceso. Ing. Miguel Ángel
Jefe de Turno. Oscar Jefe de Turno. Jefe de turno PFZA Ing. Ricardo Jefe de turno PFZA Jefe de turno PFZA Jefe de turno PFZA Vacante.
Diagrama 2. Organización del personal de planta de fuerza 2.
4.6 Descripción general de planta de fuerza.
Planta de Fuerza está constituida principalmente por: Turbogrupo 1
Turbogrupo 2
Planta de Aire comprimido Sistemas Comunes
4.6.1 Turbo grupos 1 y 2
Cada Turbogrupo está constituido principalmente por una caldera (Generador de Vapor), cabezales de vapor de alta, media y baja presión, una turbina y un generador eléctrico., así como por sus equipos auxiliares.
La caldera o generador de vapor transforma la energía QUIMICA almacenada en el combustible, el cual puede ser GAS NATURAL (NG) y/o COMBUSTOLEO (FO) en energía TERMICA. Esto lo realiza a través de la combustión adicionando aire del medio ambiente con dos ventiladores de tiro forzado (VTF).
Esta energía térmica se utiliza en el banco generador de la caldera para calentar agua desmineralizada (DW) hasta formar vapor saturado, este vapor saturado pasa al sobrecalentador donde la misma energía térmica lo transforma en vapor sobrecalentado. PTA abastece de agua desmineralizada (DW) que llega a los tanques de Planta de Fuerza, de estos tanques se bombea al Desareador. En este desareador, con la ayuda de un choque de vapor, se eliminan los gases no condensables y cae al tanque del desareador.
En este tanque se tienen 11.0Kg/cm2 y 185ºC, de aquí por medio de la TBBA o la EBBA se alimenta agua a la caldera.
Figura 4.6.1-4. Desareador y cabeza desareadora.
A la salida de la caldera se tiene vapor sobrecalentado con las siguientes condiciones: 65 Kg/cm2, y 520 ºC. Siendo la capacidad máxima de 140 TON/Hr (140000 Kg/hr).
Este vapor descarga en el cabezal de vapor de alta (HS), de este cabezal se distribuye el vapor a los siguientes sistemas:
Cabezal de Baja Presión (LS)
Turbo Bomba de Agua de Alimentación (TBBA) Turbina de Vapor (Turbo Generador)
Cabezal de Media Presión (MS)
4.6.2 Cabezal de Baja Presión.
A través de una válvula reguladora de presión, conocida como válvula de Alta/Baja, se reduce la presión a 10.0Kg/cm2 y 300ºC.
Este vapor alimenta el cabezal de vapor auxiliar y se utiliza para: Calentar y presurizar el desarearador, crear el vació en el condensador, exportar vapor a las plantas de agua helada, calentamiento del sistema de FO, Calentamiento del agua desmineralizada.
Normalmente esta línea solo se utiliza cuando se arranca un turbogrupo o cuando esta fuera de servicio la turbina. El uso de esta línea ocasiona que baje la eficiencia del turbogrupo, ya que el vapor no realiza ningún trabajo al ser bajado a 11.0Kg/cm2.
Figura 4.6.2-5. Válvula de seguridad de alta presión. 4.6.3 Turbo bomba de agua de alimentación
Esta bomba aporta el agua de alimentación a la caldera, la particularidad es que es impulsada por una turbina de vapor. El vapor a la salida de esta turbina es de 11.0Kg/cm2. Y descarga en el cabezal de vapor de extracción.
Figura 4.6.3-6. Turbina de Agua de alimentación.
4.6.4 Turbina de vapor
En esta turbina la energía térmica del vapor se convierte en energía mecánica. Esto se logra al expandir el vapor de alta en alabes de la turbina, haciéndola girar a una velocidad nominal de 5585 RPM. Esta turbina esta acoplada a un reductor el cual tiene una relación de 3.1 a 1, bajando la velocidad a 1800 RPM y transmite la energía mecánica de la turbina hacia el generador eléctrico. En este generador eléctrico se transforma la energía mecánica en energía eléctrica, siendo el voltaje de salida en 13800volts y una potencia activa máxima de 20MW.
Esta turbina tiene tres extracciones antes de descargar el vapor restante en el condensador, la finalidad de estas extracciones es la de incrementar la eficiencia del turbogrupo. La primera extracción se conoce como EXTRACCION REGULADA, la cual consiste en extraer vapor a 11 Kg/cm2 el cual descarga en el cabezal de Vapor de extracción, al estar ubicada en un punto de la turbina donde ya perdió la mayoría de su energía, se aprovecha para alimentar el sistema de vapor auxiliar. Con esto se logra cerrar la válvula de Alta/Baja.
Las otras dos extracciones son las que alimentan los calentadores de baja presión 1 y 2, los cuales calientan el condensado que sale de la turbina hacia el desareador.
El vapor que no sale por ninguna de las tres extracciones, pasa al condensador. Donde con ayuda de agua de la torre de enfriamiento se condensa. Una vez condensado se bombea con las Bombas de extracción de condensado hacia el desaredador.
El condensador trabaja con presión negativa (vacío), esto para garantizar el flujo de vapor y evitar condensado dentro de la turbina. Por tal razón se requiere inyectar vapor de sellos a la turbina y un ventilador para extraerlo.
Figura 4.6.4-7. Turbina de Vapor de 20 Mw.
4.6.5 Cabezal de Media Presión
Esta línea alimenta una válvula reguladora de presión que se conoce como válvula de MS, la cual baja la presión a 21Kg/cm2 y 280 ºC Teniendo una capacidad máxima de 35Ton. Este vapor se exporta hacia:
Acería Eléctrica donde se emplea en los sistemas DV y RH Top para crear aceros de alto grado de pureza;
Figura 4.6.5-8. Válvula reguladora de presión.
4.6.6 Planta de aire comprimido
La planta de aire comprimido está constituida por 3 compresores fijos de la marca CENTAC de 8000 m3/Hr cada uno; mas un compresor diesel móvil de la marca Ingersoll Rand de 1500m3/Hr. El número de compresores que estén en servicio depende de las necesidades de la planta.
Los 4 compresores descargan a un cabezal principal, el cual suministra aire para servicios de las diferentes áreas. Además de alimentar el cabezal de aire de instrumentos propio de Planta de Fuerza.
Además se cuenta con un compresor de emergencia el cual entra en servicio cuando baja la presión de aire de instrumentos. Este compresor solo alimenta el cabezal de aire de instrumentos.
Actualmente se está alimentando el cabezal de aire comprimido con el Compresor DEMAG de la Planta de O2 no.4. Y los compresores de Planta de Fuerza están de respaldo.
Figura 4.6.7-9. Compresor de Aire.
4.6.7 Sistemas comunes
Se denomina sistemas comunes a todos aquellos que se utilizan en la operación de los turbo grupos y Planta de aire comprimido. Los cuales son:
Sistema de agua desmineralizada Sistema de agua de circulación Sistema de Combustóleo Subestación eléctrica 13.8KV.
4.6.8 Sistema de Agua Desmineralizada (DW)
Este sistema consta de 2 tanques de agua desmineralizada con una capacidad de 200m3 cada uno y que se abastecen del sistema DW de PTA. Se cuenta con tres bombas. Esta agua se utiliza para recuperar niveles en la caldera y condensador para el arranque, reponer el agua equivalente al vapor de exportación y consumos propios de la planta, para el sello en el sistema de vacío. Además se cuenta con un calentador de agua desmineralizada, el cual utiliza el vapor que se exporta a las plantas de agua helada para calentar el agua que entra a los desareadores.
Figura 4.6.8-10. Tanques de Agua desmineralizada.
4.6.9 Sistema de Agua de circulación (RSW)
Este sistema está constituido por una torre de enfriamiento, la cual se divide en tres celdas. Cada celda cuenta con un ventilador de tiro inducido. La torre se abastece de agua suave (SW) del sistema SW de PTA. En la torre de enfriamiento existen 3 bombas de agua de circulación y 2 bombas de agua de enfriamiento de los compresores.
Las bombas de agua de circulación se utilizan principalmente para el enfriamiento del condensador, el enfriamiento del aceite de lubricación y control de la turbina y generador eléctrico, y para el enfriamiento del aire que enfría el generador eléctrico.
Las bombas de enfriamiento a compresores, como su nombre lo indica, se utilizan para enfriar las etapas de compresión y el aceite de los compresores. Además se utiliza para el enfriamiento de las bombas de agua de alimentación.
Fig ura 4.6.9-11. Bombas para Agua de enfriamiento.
4.6.10 Subestación eléctrica 13.8KV
Esta subestación está compuesta por tres barras o buses, la barra 1 se denomina CARGAS PREFERENCIALES y las barras 2 y 3 se denominan CARGAS ESCENCIALES.
Cuenta también con dos transformadores BIDIRECCIONALES, el T-24 y el T-25. Estos transformadores enlazan Planta de Fuerza con el sistema eléctrico de CFE.
5
.- CAPÍTULO V:
PROBLEMA A RESOLVER Y
ACTIVIDADES DEL PROYECTO.
Contenido:
5.1 Planteamiento del problema.
5.2 Actividades del proyecto.
5.1 Planteamiento del problema.
Actualmente Planta de Fuerza II. Opera su proceso con recipientes sujetos a presión los cuales se encuentran en funcionamiento constante. Planta de fuerza II cuenta con normas basadas en la operación a cada uno de los equipos.
En el 2011, la NOM-020 modifico las condiciones de seguridad, basadas en la prevención total de cada equipos y del personal, el problema que se tiene en Planta de fuerza II, es establecer condiciones de seguridad de los recipientes sujetos a presión, recipientes criogénicos, generadores de vapor o calderas, a fin de prevenir riesgos a los trabajadores y daños en las instalaciones.
Para ello La Norma prevé la obligación de clasificar, elaborar expedientes y aplicar programas específicos de revisión y mantenimiento. Los equipos clasificados en las categorías I, II y III deberán contar con dichos programas.
De igual forma, contempla la obligación de disponer de procedimientos de seguridad para su operación, revisión y mantenimiento así como lo son los programas seguros de arranque y para de los equipos.
5.2 Actividades a desarrollar en el proyecto:
Clasificar a los equipos instalados en el centro de trabajo en las categorías I, II ó III, de conformidad con lo previsto de la presente Norma.
Contar con un listado actualizado de los equipos que se encuentren instalados en el centro de trabajo, de acuerdo con lo dispuesto de esta Norma.
Disponer de un expediente por cada equipo que esté instalado en el centro de trabajo, conforme a lo establecido de la presente Norma.
Elaborar y aplicar programas específicos de revisión y mantenimiento para los equipos clasificados en las categorías II y III, con base en lo señalado de esta Norma.
Elaborar y aplicar programas de revisión y calibración a los instrumentos de control y dispositivos de relevo de presión de los equipos, según aplique.
Contar y aplicar procedimientos de operación, revisión y mantenimiento de los equipos, en idioma español, de conformidad con lo dispuesto de la presente Norma.
Cumplir con las condiciones de seguridad de los equipos, según aplique, de acuerdo con lo establecido en esta Norma.
Contar con los registros de operación de los equipos instalados en el centro de trabajo, clasificados en las categorías II y III, de acuerdo con lo que esta Norma. Contar con los registros de resultados de la revisión, mantenimiento y pruebas de
presión o exámenes no destructivos realizados a los equipos clasificados en las categorías II y III, con base en lo dispuesto en la presente Norma.
Recaudar información de archivo muerto de los recipientes sujetos a presión.
Obtener información de los de los equipos, por lo cual se tendrá que visitar a los equipos donde se encuentran instalados.
6
.- CAPÍTULO VI:
ALCANCES Y LIMITACIONES.
Contenido:
6.1 Alcances
6.2 Limitaciones.
6.1 Alcances.
Debido a que planta de fuerza II cuenta con un gran número de sistemas de Equipos para la generación de vapor, el proyecto abarcara el área operativa de planta de fuerza, donde se encuentran instalados los recipientes sujetos a presión, a si como generadores de vapor ó calderas. Estableciendo condiciones y programas de los equipos Sujetos a presión de acuerdo a la NOM-020.
6.2 Limitaciones.
El proyecto está limitado únicamente a los recipientes sujetos a presión determinados por la NOM-020, ya que para algunos equipos no aplica.
7
.- CAPÍTULO VII:
MARCO TEÓRICO.
Contenido:
7
.1 Producción de vapo
r
7.2 Ciclo térmico.
7.3 Ciclo Rankine.
7
.4 Descripción del sistema de generación de vapor.
7.4.1 Quemadores.
7.4.2 Hogar de la caldera.
7.4.3 Sistema de distribución del vapor. 7.4.4 Sistema de retorno de condensados.
7.4.5 Sistema de alimentación y tratamiento del agua.
7
.5 Caldera
.
7.5.1 Tipos de calderas.
7.5.2 Calderas de tubos de agua o acuotubulares.
7.5.3 Calderas de tubos de humos.
7.5.4 Selección del tipo de caldera.
7
.6 Tanque de Purga Continua.
7
.7 Desaereador.
7
.8 Calentamiento del agua de alimentación.
7.8.1 Clasificación de los calentadores del agua de alimentación.
7.8.2 Calentadores del agua de alimentación, de contacto directo.
7.8.3 Calentadores cerrados o de superficie.
7
.-
7
.9 Condensadores de superficie.
7.9.1 Intercondensador.
7.9.2 Postcondensador.
7
.10 Sistema de Aire de instrumentos.
7.10.1 Tanque Amortiguador de aire de instrumentos.
7.10.2 Tanque receptor de aire de instrumentos.
7.10.3 Tanque de emergencia de aire de instrumentos.
7
.11 Sistema de lubricación de Aceite
.
7.11.1 Tipos de lubricación.
7.11.2 Filtro de aceite.
7.11.3 Enfriador de aceite.
7
.12 Recipientes sujetos a presión.
7.12.1 Definición de conceptos.
7.12.2 Tipos de recipientes.
7.12.3 Tipos de tapas.
7.12.4 Soldadura en recipientes a presión
7.12.5 Registro de Hombre.
7.12.6 Materiales usados en recipientes a presión.
7.12.7 Códigos aplicables.
7.12.8 Recipientes cilíndricos Horizontales.
7.12.9 Recipientes cilíndricos Verticales
.
7
.13 Pruebas en Recipientes a presión.
7.13.1 Prueba hidrostática.
7.13.2 Pruebes neumáticas.
7.13.3 Pruebas de elasticidad.
7
.-
7.14.1 Tipos de Válvulas de seguridad.
7
.15 Mantenimiento.
7.15.1 Tipos de mantenimiento.
7.15.2 Mantenimiento a tanques sujetos a presión. 7.15.3 Mantenimiento a válvula de seguridad
.
7.1 Producción de vapor:
La generación industrial de vapor es el proceso mediante el cual se produce vapor a presiones por encima de la atmosférica, a partir de la energía de un combustible, o de energía eléctrica. En planta de fuerza utilizan el combustóleo o bien gas natural. El combustóleo, es un combustible elaborado a partir de productos residuales que se obtienen de los procesos de refinación del petróleo. El gas natural se ha constituido en el combustible más, ofrece las mejores oportunidades en términos de economía, aumento de rendimiento y reducción del impacto ambiental. El vapor producido será posteriormente utilizado en diferentes funciones de la fábrica, tales como aportación de calor en procesos, ciclos térmicos o movimiento de máquinas.
7.2 Ciclo térmico:
Se denomina ciclo termodinámico a cualquier serie de procesos termodinámicos tales que, al transcurso de todos ellos, el sistema regrese a su estado inicial; es decir , que la variación de las magnitudes termodinámicas propias del sistema sea nula. No obstante, a variables como el calor o el trabajo no es aplicable lo anteriormente dicho ya que éstas no son funciones de estado del sistema, sino transferencias de energía entre éste y su entorno. Un hecho característico de los ciclos termodinámicos es que la primera ley de la termodinámica dicta que: la suma de calor y trabajo recibidos por el sistema debe de ser igual a la suma de calor y trabajo realizados por el sistema.
7.3 Ciclo Rankine.
El ciclo Rankine es un ciclo de potencia representativo del proceso termodinámico que tiene lugar en una central térmica de vapor.
Utiliza un fluido de trabajo que alternativamente evapora y condensa, típicamente agua (si bien existen otros tipos de sustancias que pueden ser utilizados, como en los ciclos Rankine orgánicos).
Mediante la quema de un combustible, el vapor de agua es producido en una caldera a alta presión para luego ser llevado a una turbina donde se expande para generar trabajo mecánico en su eje (este eje, solidariamente unido al de un generador eléctrico, es el que generará la electricidad en la central térmica).
El vapor de baja presión que sale de la turbina se introduce en un condensador, equipo donde el vapor condensa y cambia al estado líquido (habitualmente el calor es evacuado mediante una corriente de refrigeración procedente del mar, de un río o de un lago).
Posteriormente, una bomba se encarga de aumentar la presión del fluido en fase líquida para volver a introducirlo nuevamente en la caldera, cerrando de esta manera el ciclo. Existen algunas mejoras al ciclo descrito que permiten mejorar su eficiencia, como por ejemplo sobrecalentamiento del vapor a la entrada de la turbina, recalentamiento entre etapas de turbina o regeneración del agua de alimentación a caldera.
Existen también centrales alimentadas mediante energía solar térmica (centrales termo solares), en cuyo caso la caldera es sustituida por un campo de colectores cilindro-parabólicos o un sistema de helióstatos y torre.
Además este tipo de centrales poseen un sistema de almacenamiento térmico, habitualmente de sales fundidas.
El resto del ciclo, así como de los equipos que lo implementan, serían los mismos que se utilizan en una central térmica de vapor convencional.
7.4 Descripción del sistema de generación de vapor:
Conformado por equipo, tubería y accesorios que permiten el suministro del agua bajo condiciones adecuadas al sistema de vapor.
7.4.1 Quemadores.
Dispositivos de la caldera, donde se lleva a cabo la reacción química del aire con el combustible fósil, para transformarse en calor, mismo que posteriormente servirá para cambiar las propiedades del agua líquida a vapor.
7.4.2 Hogar de la caldera.
En el caso de las calderas tipo “tubos de agua”, el hogar está formado por paredes hechas con "bancos de tubos"; en calderas tipo “tubos de humo”, el hogar está formado por una envolvente metálica interna. En ambos casos, es en el hogar donde se inicia la transformación del agua en estado de saturación a vapor y donde se termina de realizar el proceso de combustión iniciado en el quemador, liberando el calor del combustible.
7.4.3 Sistema de distribución del vapor.
Serie de tubos denominados "cabezales y ramales de vapor", que permite llevar el vapor a los puntos donde el proceso lo requiere, con la calidad y en la cantidad demandada.
7.4.4 Sistema de retorno de condensados.
Serie de tubos denominados "cabezales y ramales de condensado", que regresan parte del agua que se ha condensado en el proceso. Esta agua, de gran valor por su pureza, se retorna al sistema de generación de vapor con un previo tratamiento. Es muy recomendable la instalación de este sistema, ya que permite recuperar la mayor cantidad posible de condensados.
7.4.5 Sistema de alimentación y tratamiento del agua.
Si bien el agua en forma de vapor es un vehículo para distribuir calor a diversos procesos, nunca se encuentra pura y los elementos que contiene pueden afectar las tuberías y limitar la transferencia de calor en los equipos de proceso. Para mantener la eficiencia de la caldera e incrementar su vida útil es necesario un acondicionamiento que consiste en reducir los depósitos de sólidos e incrustaciones en las superficies de calefacción, así como el evitar su corrosión.
Cada caldera y su agua de alimentación representan una condición única y específica, por lo que la información y recomendaciones que a continuación se listan, son de carácter genérico.
a) Operar adecuadamente el sistema de alimentación de agua.
El agua alimentada en el sistema de vapor tiene que ser transportada, desde su punto de suministro o almacenamiento, hasta el interior de la caldera, pasando a través de los economizadores, mediante un sistema de bombeo.
Para una operación eficiente se recomienda:
• Mantener en operación el mínimo número de bombas, según se requiera
• Mantener la operación de las bombas produciendo la presión de descarga de diseño
• Aprovechar el flujo por gravedad, siempre que sea posible
• Si los requerimientos de presión varían considerablemente por los cambios de estación en el año o en la producción, evaluar la posibilidad de cambiar los impulsores de las bombas
• Usar dispositivos para variar la velocidad en los motores de las bombas de agua de alimentación
Por lo general, se utiliza un mínimo de dos bombas de alimentación, dependiendo del grado de confiabilidad para mantener la caldera trabajando en caso de falla del suministro de agua. El hecho de disponer de dos bombas permite realizar trabajos de reparación y mantenimiento en una de ellas, mientras que la otra continúa suministrando el agua necesaria para la operación de la caldera.
Cuando se utilizan turbinas de vapor para suministrar el agua de alimentación, se recomienda regular al mínimo requerido la presión de su descarga.
b) Dar tratamiento al agua de alimentación y agua retornada (condensado).
Es recomendable dar diversos tratamientos al agua antes de introducirla al sistema de generación y distribución de vapor. Se citan los más importantes.
• En el agua cruda, que forma parte de la alimentación a la caldera, deben eliminarse los sólidos en suspensión, reducir “la dureza” (provocada por las sales de calcio, magnesio y silicio) y eliminar otras impurezas solubles.
• Aplicar productos químicos, para eliminar el oxígeno disuelto en el agua y controlar su grado de acidez.
Gran parte del oxigeno contenido en el agua alimentada a la caldera, es eliminado en el desareador. Sin embargo, pequeñas cantidades -trazas de éste- aún se encontrarán en el agua, causando la corrosión en el metal de la caldera. Para prevenir esto, un secuestrarte de oxígeno debe ser adicionado al agua, de preferencia en el tanque de almacenamiento del desareador. Así, el secuestrarte dispondrá de un tiempo mayor para reaccionar con el oxígeno residual.
Otra forma de reducir la corrosión en la caldera es controlando el “pH” (grado de acidez) en el agua, mediante la adición de químicos.
• Purgar adecuadamente la caldera, para limitar la concentración de impurezas del agua en la caldera.
Las purgas pueden ser localizadas en distintos puntos; éstas pueden ser desde abajo del nivel de agua en el tanque de vapor (o domo del vapor), desde el domo de lodos o cabezal inferior, o también desde el fondo de la caldera. Las purgas pueden ser continuas o intermitentes. A continuación, se establecen algunos principios para llevar a cabo un programa efectivo de purgas.
En calderas tipo tubos de agua (acuo tubulares), la concentración de impurezas debe controlarse purgado desde el domo de vapor. Es preferible realizar purgas continuas. También para este tipo de calderas, el purgar desde el domo de lodos o del cabezal inferior elimina los sólidos en suspensión del agua en la caldera. El tratar de controlar la concentración de impurezas purgando en este lugar, puede causar fallas severas en la circulación dentro de la caldera, lo cual causa serios daños. La purga en el fondo debe ser de poca duración, sobre una cantidad ya establecida. Esta cantidad es determinada por el diseño de la caldera, las condiciones de operación y la velocidad de acumulación de sólidos suspendidos.
La purga en calderas del tipo tubos de humo (piro tubular), puede hacerse de manera continua o intermitente, como también realizarse abajo del nivel de agua o desde el fondo. El tipo de purga, su frecuencia y duración dependen del diseño de la caldera, las condiciones de operación y el tipo de programa de tratamiento de agua.
Dar tratamiento a los condensados que retornan.
Tome en cuenta algunas recomendaciones:
Adicione productos químicos para controlar el grado de acidez.
Elimine el oxígeno de los condensados a través de un desareador, antes de que vuelvan a entrar junto con el agua de reposición, al sistema de agua de alimentación.
Reduzca el venteo en el desareador a menos del 0,1% del flujo de agua o menos del 0,5% del flujo de vapor (esta recomendación dependerá del tamaño del sistema de vapor y condensado, así como de la capacidad demandada por el proceso). Retorne todos los condensados posibles al sistema de agua de alimentación.
7.5 Caldera
La caldera es una máquina o dispositivo de ingeniería diseñado para generar vapor. Este vapor se genera a través de una transferencia de calor a presión constante, en la cual el fluido, originalmente en estado líquido, se calienta y cambia su fase.
Según la ITC-MIE-AP01, caldera es todo aparato de presión donde el calor procedente de cualquier fuente de energía se transforma en energía utilizable, a través de un medio de transporte en fase líquida o vapor.
La caldera es un caso particular en el que se eleva a altas temperaturas de intercambiadores de calor, en la cual se produce un cambio de fase. Además, es recipiente de presión, por lo cual es construida en parte con acero laminado a semejanza de muchos contenedores de gas.
Debido a las amplias aplicaciones que tiene el vapor, principalmente de agua, la caldera es muy utilizada en la industria, a fin de generarlo para aplicaciones como:
• Esterilización (tindalización): era común encontrar calderas en los hospitales, las cuales generaban vapor para "esterilizar" el instrumental médico; también en los comedores, con capacidad industrial, se genera vapor para esterilizar los cubiertos, así como para elaborar alimentos en marmitas (antes se creyó que esta era una técnica de esterilización).
• Para calentar otros fluidos, como por ejemplo, en la industria petrolera, donde el vapor es muy utilizado para calentar petroleas pesados y mejorar su fluidez.
• Generar electricidad a través de un ciclo Rankine. La caldera es parte fundamental de las centrales termoeléctricas.
Es común la confusión entre caldera y generador de vapor, pero su diferencia es que el segundo genera vapor sobrecalentado.
Figura. 7.5-14. Esquema de una caldera de vapor.
7.5.1 Tipos de calderas.
Las calderas se pueden clasificar en: de tubos de agua o acuotubulares:
• Calderas de acero:
de hogar en depresión. de hogar presurizado.
• de tubos de agua y humos. de tubos de humo o pirotubulares.
7.5.2 Calderas de tubos de agua o acuotubulares.
Debido a los grandes inconvenientes de las calderas pirotubulares se construyen este otro tupo de calderas. En las calderas acuotubulares, el agua circula por dentro de tubos, en vez de alrededor de ellos (pirotubulares), pasando los gases calientes alrededor de los tubos. Estos tubos están situados en el exterior del calderín de vapor. Las ventajas de este tipo de calderas son:
Puede obtenerse mayor capacidad aumentando el número de tubos, independientemente del diámetro del calderín de vapor.
El calderín está expuesto al calor radiante de la llama
La mayor ventaja es la libertad de incrementar las capacidades y presiones.
Figura. 7.5.2-15. Caldera de tubo de Agua.
Calderas acuotubulares compactas:
Este tipo de calderas pueden quemar todo tipo de combustible variando las características del hogar y los equipos de combustión y posee una serie de ventajas:
Al instalar múltiples unidades en lugar de una sola caldera grande, el calentamiento se basa en la carga por caldera, suministrando una gran elasticidad durante los periodos de demanda baja de vapor.
Los pequeños generadores de vapor pueden colocarse cerca de la carga de vapor evitando pérdidas y reduciendo el tamaño.
La capacidad de reserva puede suministrarse con un sistema de calderas múltiples.
Figura. 7.5.2-16 Calderas acuotubulares compactas.
Calderas acuotubulares no compactas:
Estas calderas son montadas en obra y constan de una parte de tubos y tambores con sus conexiones y la otra de mampostería en ladrillo refractario. Estas pueden de ser tubos rectos o de tubos curvados, los cuales son más flexibles que los rectos; y permiten una mayor superficie de calefacción.
7.5.3 Calderas de tubos de humos:
La caldera de humos o pirotubular, es decir, tubos de fuego, es aquella que necesita transferencia térmica para que se pueda extraer del combustible y del material la mayor parte del calor que las condiciones económicas permitan. El flujo de los gases de la combustión se realiza por el interior de los tubos; los gases de combustión que salen del hogar pasan previamente por el interior de un haz de tubos que se encuentra en el cuerpo de la caldera bañados por el agua con el fin de aumentar la superficie de calentamiento de la misma, antes de ser expulsado por la chimenea.
Figura. 7.5.3-17. Caldera de tubos de humos.
Calderas de fundición:
Las calderas de fundición son unidades de calefacción de baja presión construidas por secciones de fundición a presión de acero, bronce o latón. Los tipos normales fabricados son clasificados por el modo en que se ensamblan las secciones de fundición por medio de conectores o niples, conectores exteriores y maguitos roscados.
Hay tres tipos de calderas de fundición:
• calderas circulares de fundición:
Es un conjunto atornillado donde el combustible se quema en el hogar central, con los gases subiendo y fluyendo a través de diversos pasos de las secciones llenas de agua y finalmente salen por la chimenea.
• calderas verticales de bloques:
Son secciones ensambladas frontales con trasera, y en posición vertical, atornilladas o unidas por medio de conectores roscados.
• calderas por secciones horizontales:
Este tipo de calderas se utiliza normalmente con gas y un quemador para cada caldera o sección vertical múltiple.
7.5.4 Selección del tipo de caldera:
Lo primero es tomar en cuenta a que tipos de trabajo será sometida la caldera. Luego debemos tener el conocimiento de las cualidades que debe tener para ser empleadas en las diversas funciones.
Entre los diversos datos debemos conocer: La Potencia de la Caldera
El Voltaje que esta Requiere
El Tipo de Combustible que esta Necesita para Trabajar La Demanda de Vapor que se Requiere, etc.
Podemos decir que en realidad existen varios factores importantes al momento de elegir una caldera, tales como:
Capacidad de Consumo de la Empresa. Capacidad de la Caldera.
Capacidad de Turbina / Generador.
La selección del tipo de caldera más adecuado y económicamente eficiente para una instalación industrial se hace más fácil cuanto menos cueste el combustible y la mano de obra y menor número de tipos de calderas de confianza y los regímenes normales a elegir. Lo que habrá que tener en cuenta es si la elección de tipo de caldera cilíndrica o de otra construcción dará resultado económico.
El rendimiento térmico influye en el gasto de combustible, pero no es lo más importante para la economización de la caldera, pudiera ser que una caldera de elevado rendimiento térmico, sea poco rentable por sus costos de mantenimiento y funcionamiento.
La cantidad de malos resultados obtenidos con gran número de unidades reducidas no se deben a defectos de construcción como al uso del combustible inadecuado, a falta de tiro o al mal funcionamiento. Esto nos puede pasar con cualquier tipo de caldera, y solo9 se puede solucionar con personal especializado y con la mejora de instrumentos y aparatos de los que se espera unos resultados más económicos.
El costo inicial es factor decisivo, esto resulta una equivocación, puesto que un reducido aumento del coste inicial puede ser recuperado en los primeros diez meses.
Los factores que intervienen en la elección de una caldera son:
• Combustible y tiro.
• Presión, potencia evaporadora.
• Funcionamiento y mantenimiento.
7.6 Tanque de Purga Continua.
Los tanques de recogida de purga BDV60 están diseñados para recoger descargas procedentes de controles purga de fondo automáticos/manuales, válvulas de control de purga continua manuales, válvulas y sistemas de control de TDS automáticas, recipientes, equipos auxiliares y de recuperación de energía. Los tanques de recogida de purga BDV60 están diseñados y construidos según PD 5500 y por tanto cumplen con la Directiva Europea de Equipos a Presión 97/23/EC. También cumplen con las guías de construcción de tanques para aplicaciones de recogida de purga de la Health and Safety Executive PM60.
Como seleccionar el tanque de purga:
Paso 1. Con la ayuda, determine longitud de equivalencia de tramos rectos de la línea de purga.
Paso 2. Use la Tabla 2 para establecer el tamaño correcto del tanque. Si el resultado del Paso 1 es inferior a 7 m, multiplique la presión de caldera por 1,15. Si el tanque se usará en las condiciones mencionadas arriba, pase al Paso 4. Paso 3. Usando la Tabla 4 con los datos del tanque, establecer el volumen estacionario de agua en el tanque seleccionado. Este volumen deberá ser como mínimo el doble que el volumen máximo de purga. El volumen máximo de purga suele ser el volumen descargado cuando se purga desde la alarma del primer nivel bajo al de la segunda de nivel bajo. Si se desconoce este volumen, se puede calcular. Si se ha calculado que el volumen estacionario de agua es insuficiente, se deberá seleccionar un tanque de purga mayor para satisfacer este requisito. Paso 4. Con la ayuda de la Tabla 3, seleccionar el cabezal de venteo adecuado para el tanque.
Los purgadores van en la parte más baja de la caldera y algunas veces también en el cuerpo cilíndrico; se utilizan para sacar una cierta cantidad de agua con el fin de extraer de la caldera los lodos, sedimentos y espumas. Las impurezas de las grandes cantidades de agua vaporizada se van precipitando constantemente. En ocasiones se emplea un purgado
(por el fondo) continuo, por medio de un tubo pequeño, para sacar las impurezas a medida que se precipitan. No obstante, cuando se sigue este procedimiento, los purgadores grandes hay que abrirlos de vez en cuando para sacar más completamente los lodos acumulados.
Figura 7.6-18. Tanque de Purga continúa.
Se conocen como desareadores (desgasificadores) aquellos dispositivos mecánicos empleados para liberar los gases contenidos en el agua de alimentación (aire, oxigeno, anhídrido carbónico y otros gases).
Su funcionamiento consiste en dividir el agua de alimentación en finas gotitas, calentándolas a continuación para transformarlas en vapor dentro del desareador, y separar el aire, anhídrido carbónico y otros gases del vapor a medida que este se va condensando. En los desaireadores el fluido calorífico acostumbra a ser el vapor, a presiones comprendidas entre valores altos hasta otros inferiores a la presión atmosférica.
Un calentador de agua de alimentación del tipo abierto o de contacto directo puede desempeñar la función de desareador con tal que el agua se caliente a una temperatura suficientemente alta para que se desprendan los gases contenidos en ella, los cuales se hacen salir por el purgador del calentador.
Los desaireadores más modernos son calentadores de agua de alimentación del tipo de contacto directo. Estos aparatos pueden construirse para producir agua con contenidos muy bajos de oxigeno y otros gases.
La distinción entre un desareador propiamente tal y un calentador de agua de alimentación del tipo de contacto directo, que actúe de desareador, está en el bajo contenido de oxigeno del agua producido por este ultimo.
Los equipos desaireadores del agua de alimentación de las centrales térmicas pueden ser del tipo de bandeja (artesa) y del tipo de atomización. Algunas veces de des gasifican aguas muy corrosivas sometiéndolas en frío a presiones absolutas muy bajas. Para el servicio de agua caliente de los edificios la desgasificacion puede llevarse a cabo por calentamiento sin que el agua y el vapor entren en contacto. Razón para desarear. La fuente más común de la corrosión en sistemas de calderas de gas se disuelve: oxígeno, dióxido de carbono y amoníaco. De éstos, el oxígeno es el más agresivo.
La importancia de eliminar el oxígeno como fuente de deposición de las picaduras y el hierro no puede ser sobre-enfatizada. Incluso las pequeñas concentraciones de este gas puede causar graves problemas de corrosión.
El oxígeno también puede entrar en el sistema de agua de alimentación del sistema de retorno de condensado. Este tipo de corrosión se puede producir fallos a pesar de que sólo
una cantidad relativamente pequeña de metal que se ha perdido y la tasa de corrosión general es relativamente bajo. El grado de ataque del oxígeno depende de la concentración de oxígeno disuelto, el pH y la temperatura del agua.
La influencia de la temperatura sobre la corrosividad de oxígeno disuelto es particularmente importante en los calentadores cerrados y economizadores, donde la temperatura del agua aumenta rápidamente. Temperatura elevada en sí misma no causa la corrosión. Pequeñas concentraciones de oxígeno a temperaturas elevadas hacen causar problemas graves. Este aumento de temperatura proporciona la fuerza que acelera la reacción de modo que incluso pequeñas cantidades de oxígeno disuelto puede causar una seria corrosión.
7.7.1 Tipo Bandeja Calentadores desareación.
Tipo de bandeja calentadores de desareación liberar gases disueltos en el agua de entrada al reducirlo a un fino rocío que cae en cascada a través de varias filas de bandejas. El vapor que hace contacto íntimo con las gotitas de agua y luego friega los gases disueltos por su flujo a contracorriente. El vapor calienta el agua hasta 3-5 º F de la temperatura de saturación de vapor y se debe eliminar todo pero las últimas huellas del oxígeno. El agua desareada entonces cae al espacio de almacenamiento debajo, donde una manta de vapor que protege de la recontaminación. Las boquillas y las bandejas deben ser inspeccionadas regularmente para asegurarse de que están libres de depósitos y están en su posición correcta. Bandeja Tipo de extracción de aire del calentador (Cochrane Corp.)
7.7.2 Tipo Spray-Calentadores desareación.
De tipo pulverizador calentadores de desareación trabajar en la misma filosofía general como el tipo bandeja, pero difieren en su funcionamiento. Resorte toberas situadas en la parte superior de la unidad de pulverizar el agua en una atmósfera de vapor que calienta. En pocas palabras, el vapor calienta el agua, y a la temperatura elevada de la solubilidad del oxígeno es extremadamente baja y la mayor parte de los gases disueltos son eliminados del sistema por ventilación.
La pulverización se reduce el contenido de oxígeno disuelto a 20-50 ppb, mientras que el lavador de gases o bandejas de reducir más el contenido de oxígeno a aproximadamente 7 ppb o menos.
Figura 7.7.2-19. Tipo spray-calentadores de distribución.
Durante el funcionamiento normal, la válvula de ventilación debe estar abierta para mantener un penacho continua de los vapores y el vapor ventilados al menos 18 pulgadas de largo. Si esta válvula es estrangulada demasiado, aire y gases no condensables se acumulará en el desareador. Esto se conoce como inertización con aire y se puede remediar mediante el aumento de la tasa de ventilación.
Para la eliminación óptima de oxígeno, el agua en la sección de almacenamiento debe ser calentado a menos de 5 º F de la temperatura del vapor en condiciones de saturación. De la entrada a la salida, el agua se desarea en menos de 10 segundos.
La sección de almacenamiento es generalmente diseñado para contener suficiente agua durante 10 minutos de funcionamiento de la caldera a plena carga.
Figura 7.7.2-20. Tipo spray- de aire del calentador (Buril).
Limitaciones:
Agua de entrada debe estar prácticamente libre de sólidos en suspensión que podrían obstruir las válvulas de pulverización y puertos del distribuidor de entrada y las bandejas desareador. Además, las válvulas de pulverización, los puertos y las bandejas desareador puede taponarse con escala que se forma cuando el agua que se extrae el aire tiene una alta dureza y la alcalinidad. En este caso, la rutina de limpieza y la inspección del desgasificador son muy importantes.
Economizadores:
Cuando se instalan los economizadores, buen funcionamiento del calentador de desareación es esencial. Como el oxígeno picaduras es la causa más común de fallo del tubo economizador, esta parte vital de la caldera debe ser protegido con un eliminador de oxígeno, sodio generalmente catalizada sulfito
7.8 Calentamiento del agua de alimentación.
Para producir económicamente energía se necesita utilizar la máxima cantidad de calor que puede obtenerse a partir de un combustible dado. En las modernas centrales pro-ductoras de energía el calor que podría perderse en el vapor de escape, de las instalaciones auxiliares o en los gases quemados que van a la chimenea, se aprovecha para calentar el agua de alimentación de las calderas. Los vapores de escape y de sangrado se utilizan en los calentadores del agua de alimentación. En cuanto a los economizadores, éstos funcionan como dispositivos cambiadores de calor por lo que respecta a los gases quemados.
Las principales ventajas que se derivan del calentamiento del agua de alimentación son las siguientes : (1) reducción de las tensiones de las planchas y tubos de las calderas; (2) utilización del calor que de otro modo se perdería; (3) purificación parcial del agua no tratada; (4) mayor aproximación a los rendimientos térmicos ideales de las instalaciones con sangrado en los escalonamientos de las turbinas; (5) aligeramiento de los últimos escalonamientos de las turbinas de vapor, de grandes volúmenes de vapor a baja presión por sangrado que se envían a los calentadores del agua de alimentación, y (6) aumento de la capacidad de la caldera.
7.8.1 Clasificación de los calentadores del agua de alimentación.
Cuando el suministro de calor de un calentador de agua procede de los gases calientes que van a la chimenea, el calentador recibe el nombre de economizador y cuando el calor utilizado se deriva del escape, sangrado, prensaestopas, chorro, o manantiales de vapor vivo se denomina calentador del agua de alimentación.
Los calentadores de contacto directo o tipo abierto utilizan el calor del vapor por contacto directo con el agua al mezclarse entre sí. Dichos calentadores trabajan a presiones comprendidas entre un valor ligeramente inferior al de la presión atmosférica y 2,1 kg/cm2 (presión relativa). En éstos aparatos el vapor y el agua se hallan a la misma presión. En el calentador cerrado o del tipo de superficie, el calor del vapor se transmite a través de las paredes metálicas y el vapor y el agua no están en contacto directo. Los calentadores
