Curso de Operación calderas

Curso de Operación y

Mantenimiento para

Generadores de Vapor

Clayton de México S.A. de C.V.

Introducción a los sistemas de

vapor y agua caliente Clayton


Concepto de vapor.

Se le conoce como vapor al

cambio de estado físico (para

este caso, el agua) al aumentar

de temperatura a través del

intercambio de energía de una

fuente de calor externa.



Para poder generar vapor se

necesita:

• Agua

• Recipiente

• Fuente de calor


Concepto de caldera.

(intercambiador de calor).

Una caldera es una maquina o dispositivo

de ingeniería que está diseñado para

generar vapor. Éste vapor se genera a

través de una transferencia de calor a

presión constante, en la cual el fluido,

originalmente en estado liquido, se calienta

y cambia de estado.


Además son recipientes a presión,

debido a las amplias aplicaciones que

tiene el vapor, principalmente de agua,

las calderas son muy utilizadas en la

industria.


Algunas áreas de aplicación de la

generación de vapor son:

• Industria alimenticia

• Industria de construcción.

• Industria farmacéutica.

• Industria de manufactura.

• Industria petroquímica.

• Industria hotelera.

• Industria textil.

• Etc.


Existen dos tipos principales de

calderas:

• Calderas piro tubulares.

( Tubos de humo.)

• Calderas de acuotubulares.

( Tubos de agua.)


Calderas piro tubulares.

( Tubos de humo.) Principio de funcionamiento:

El vapor se genera calentando un volumen masivo de

agua, por medio de los humos producidos durante la

combustión del material combustible, circulando en los

tubos sumergidos. Esta es la técnica más clásica para la

producción de vapor saturado, de agua o de vapor

sobrecalentado para una gama de caudales de 156 a

23,250 kg/h (10 à 1,500 CC).


Caldera piro-tubular (tubos de humo).


Calderas acuo-tubulares.

( Tubos de agua.) Principio de funcionamiento.

El vapor se genera calentando un volumen esécifico de

agua, por medio de los humos producidos durante la

combustión, circulando alrededor de los tubos que en su

interior contienen el volumen de agua .


Ventajas y desventajas de ambas calderas.

Tubos de humo.

En cuanto a calderas convencionales o de tubos de

humo la ventaja mas importante es que en caso de

un corte imprevisto de energía eléctrica, esta caldera

será capaz de enviar vapor por un largo tiempo, ya

que contiene un gran volumen de agua y a través del

efecto de vapor flash, seguirá generando vapor.

La desventaja principal es que se necesita calentar

de una a seis horas (dependiendo capacidad de la

caldera), para asegurar de mandar vapor en seguida

y tienen alto riesgo de explosión por vapor.


http://dc343.4shared.com/img/FUEcLIrO/s7/Caldera_despues_de_explosion_2.bmp


EN SERVICIO EN ESPERA,

CALIENTE


Ventajas y desventajas de ambas calderas.

Tubos de agua..

En cuanto a las calderas acuo-tubulares, la principal

ventaja es que se puede producir vapor en 5 minutos

debido a que no tiene un volumen masivo de agua

para calentamiento.

La desventaja principal es que en un corte repentino

de energía eléctrica la presión de vapor se perdería

tan rápido como se produce.


EN SERVICIO EN ESPERA, FRÍO

6 m 3 m

4 m

EXTRACCIÓN

MEZCLA

AGUA / VAPOR

COMBUSTION

ALIMENTACIÓN

DE AGUA

UNIDAD DE CALENTAMIENTO

CÁMARA DE COMBUSTIÓN

BOMBA DE AGUA

TABLERO DE CONTROL

SEPARADOR AGUA/VAPOR

QUEMADOR

Capas superiores

Capas inferiores

COMPONENTES BASICOS DEL GENERADOR Unidad de Calentamiento (Serpentín)

La Unidad de Calentamiento consiste de

una serie de secciones de tubo de acero al

carbón rolados en espiral (comúnmente

denominados como «pancakes»).La

unidad de Calentamiento está construida

en base a un diseño mono-tubular. La

circulación del fluido es a contraflujo y a

velocidades controladas para proveer

máxima transferencia de calor. Los gases

de combustión fluyen en forma

ascendente por las secciones de tubo de

la Unidad de calentamiento mientras que

el fluido en el interior del tubo circula con

dirección descendente.

La construcción de las espiras de la

unidad de calentamiento es robusta y esta

diseñada para contener los efectos de

expansión y contracción durante los

ciclos de calentamiento y enfriamiento.

Todas las unidades son sometidas a un de

alta presión.

Ensamble de la Sección Generadora

ARMADO DE LA UNIDAD DE

CALENTAMIENTO

SECCION II COMPONENTES BASICOS DEL

GENERADOR

ALIMENTACIÓN

DE AGUA

COMBUSTION

MEZCLA

AGUA-VAPOR

Unidad de Calentamiento (Serpentín)

UNIDAD DE CALENTAMIENTO Y

CORAZA

AISLAMIENTO TERMICO

Descripción del Modelo de un Generador Clayton Todos los Generadores Clayton cuentan con un modelo que los identifica en: Tipo de Combustible utilizado, Capacidad,

presión de trabajo y ventajas en términos de economía y eficiencia. Veamos unos ejemplos:

Un Generador cuyo modelo es: EG-60-1

E.- Significa que es una máquina Eficiente y Económica en consumo de combustible.

G.- Utiliza Combustible Gas.

60.- Capacidad del Generador expresado en Caballos Caldera.

-1.- Presión de operación 7 kg/cm² (100 lb/plug²)

Un Generador cuyo modelo es: EO-200-2.

E.- Significa que es una máquina Eficiente y Económica en consumo de combustible.

O.- Utiliza Combustible Diesel.

200.- Capacidad de 200 Caballos Caldera.

-2.- Presión de operación 14 Kg/cm² (200 lb/plug²)

Un Generador cuyo modelo es: EOG-100-3.

A diferencia de los modelos anteriores este Generador puede trabajar con combustible Diesel o con combustible Gas, lo

único que hay que hacer es seleccionar el tipo de combustible en el tablero de control y montar el Quemador y sus

componentes necesarios para funcionar con el combustible seleccionado. Genera 100 Caballos Caldera.

-3.- Presión de operación 21 Kg/cm² (300 lb/plug² )

Siglas adicionales al modelo indican características en particular, tales como:

Modelo SEOG – 254.

(S) Significa que el Generador cuenta con una sección economizadora Adicional a la unidad de

calentamiento normal y el dígito

(4) significa fabricación americana con control computarizado para modular la capacidad. La

capacidad nominal en Caballos Caldera, será el número entero resultante de restar las 4 unidades. Así SEOG-254

generará 250 C.C. y tendrá una sección economizadora adicional.

Modelo EG–254-LBN.

(LBN) Significa que el Generador cuenta con un Quemador de Bajo NOx (Óxidos de Nitrógeno).

SECCION I PRINCIPIOS TEORICOS

Modulación de la capacidad del Generador Un Generador de 10 a 20 Caballos entrega desde el arranque su máxima descarga de vapor hacia el

proceso, por lo que no es posible modular su capacidad. En generadores de 30 hasta 200 Caballos

Caldera, fabricación nacional, sí es posible modificar su capacidad de descarga de vapor variando los

porcentajes de suministro de Agua, Aire y Combustible, pudiendo entregar un 50% de capacidad o bien,

un 100% de capacidad. Por lo anterior, se adoptó el nombre de Operación a Fuego Bajo cuando el

generador trabaja a un 50% de capacidad, y cuando trabaja a un 100% de capacidad se le llama

Operación a Fuego Alto. A diferencia, de los modelos nacionales, los generadores modulantes cuentan

con un sistema de modulación más completo para poder variar la capacidad, lo anterior es controlado por

un interruptor manual. La forma en que se lleva a cabo el control de estas variables se describirá en los

capítulos posteriores.

MODELO COMBUSTIBLE

G-GAS / O-DIESEL

CAPACIDAD MODULACION DE LA CAPACIDAD

BHP (CC) Kg/cm²

E10

E15

E20

E30

E40

E60

E100

E150

E200

E204/SE204/E204LBN

E254/SE254/E254LBN

E304/SE304/E304LBN

E354/SE354/E354LBN

E404/SE404/E404LBN

E504/SE504/E504LBN

E604/ /E604LBN

E754/ /E754LBN

G/O

G/O

G/O

G/O

G/O

G/O

G/O

G/O

G/O

G/O

G/O

G/O

G/O

G/O

G/O

G/O

G/O

10

15

20

30

40

60

100

150

200

200

250

300

350

400

500

600

750

156.5

234.5

313.0

469.5

626.0

939.0

1565.0

2347.5

3130.0

3130.0

3912.5

4695.0

5477.5

6260.0

7825.0

9390.0

11737.5

100% capacidad

100% capacidad

100% capacidad

50% F.B. capacidad 100% F.A.














SECCION I PRINCIPIOS TEORICOS

PSIG Kg/cm2 °F °C PSIG Kg/cm2 °F °C PSIG Kg/cm2 °F °C

5 0.35 228 109 170 11.95 375 190 320 22.49 428 220

10 0.7 240 115 180 12.45 380 193 330 23.19 431 222

15 1.05 250 121 190 13.36 384 195 340 23.9 433 223

60 4.22 308 153 200 14.06 388 197 350 24.6 436 224

65 4.57 312 156 210 14.76 392 200 360 25.3 438 226

70 4.92 316 158 220 15.46 396 202 370 26.01 441 227

80 5.62 324 162 230 16.16 399 204 380 26.71 443 228

90 6.37 331 167 240 16.87 403 206 390 27.41 445 229

100 7.03 338 170 250 17.57 406 208 400 28.12 448 231

110 7.73 344 173 260 18.27 409 209 410 28.82 450 234

120 8.45 350 177 270 18.98 413 212 420 29.52 453 236

130 9.14 356 180 280 19.68 416 213 440 30.93 457 237

140 9.84 361 183 290 20.38 419 215 460 32.33 462 239

150 10.55 366 185 300 21.09 422 217 480 33.74 466 241

160 11.25 370 187 310 21.79 425 218 500 35.15 470 243

PRESIÓN

MANOMÉTRICA TEMPERATURA

PRESIÓN


PRESIÓN


Tabla de presión-temperatura


GENERADOR

SECCION III FLUJO DE AGUA Y VAPOR

ENTRADA

DE AGUA

BOMBA DE

AGUA

AMORTIGUADOR

DE ADMISION

AMORTIGUADOR

DE DESCARGA

UNIDAD DE

CALENTAMIENTO

CAMARA DE

COMBUSTION

INTERRUPTORES

DE PRESION

VALVULA DE

SEGURIDAD

TRAMPA DE

VAPOR

VALVULA DE

ALIVIO

TERMOCOPLE

VALVULA CHECK

DE CONTRAFLUJO

3

1

A

2

C

1.- VALVULA DE ADMISION BOMBA DE AGUA A.-MANOMETRO DE ALIMENTACION

2 .-VALVULA DE ADMISION UNIDAD DE CALENTAMIENTO B.-MANOMETRO DE PRESION DE VAPOR

3.- VALVULA DE PURGA DE LA UNIDA DE CALENTAMIENTO C.-MANOMETRO DE LA TRAMPA DE VAPOR

4.-VALVULA DE DESCARGA DE VAPOR D.-TERMOMETRO DEL SEPARADOR DE VAPOR

5.-VALVULA DE DESCARGA DE LA TRAMPA DE VAPOR

6.-VALVULA DE PURGA DEL SEPARADOR DE VAPOR

6

B

D

4

5


Filtro “ Y “ Contiene en su interior una malla de filtración, cuyos orificios controlan solamente sólidos

mayores arrastrados por el agua que alimenta el Generador de Vapor.

BOMBA DE AGUA RESIPROCANTE

Bomba de Agua

La bomba de agua Clayton es un diseño de manufactura especialmente para proveer una circulación forzada a través de la unidad de calentamiento y con esto asegurar que la unidad este llena bajo las condiciones de carga y presión requeridas. Los diafragmas de la bomba son operados hidráulicamente por la acción recíprocante de los pistones. Cada carrera del pistón desplaza el agua de alimentación hacia la sección de descarga de los cabezales de las válvulas de retención.


GENERADOR


Interruptor de nivel de aceite

(opcional a partir del modelo E60 y

superiores) El interruptor de nivel de aceite es accionado por

un flotador instalado en el cárter de la bomba de

agua. Cuando el nivel de aceite disminuye, el

flotador baja y acciona el interruptor parando el

motor del Generador. Igualmente, cuando el nivel

sube más de lo adecuado, como en el caso de

que entrara agua al cárter, el flotador parará el

motor del Generador. Su función principal es la de

evitar daños a la bomba de agua causados por

falta de lubricación.

Amortiguador de descarga Este amortiguador es un inserto de hule con una cubierta

metálica, está instalado en la línea de descarga de la bomba

de agua del Generador de Vapor.

Usado en los modelos E10/15/20 Usado en los modelos E30/40/60/100/150/200


Amortiguador de admisión Este amortiguador es un inserto de hule con una cubierta

metálica, está instalado en la línea de admisión de la bomba

de agua del Generador de Vapor.

Usado en los modelos E10/15/20

Usado en los modelos E30/40/60/100/150/200



Válvula de contraflujo (check) La válvula de contra flujo es del tipo “Check”, es decir, que

permite el flujo de agua en una sola dirección, impidiendo

cualquier retorno de la misma.

Se localiza entre la bomba de agua del Generador de Vapor

y la unidad de calentamiento. Su función es impedir que

exista un retorno de agua o vapor hacia la bomba de agua,

cuando ésta deja de bombear.

Usado en los modelos E60/100/150/200 Usado en los modelos e10/15/20/30/40


Válvula de alivio Esta válvula se localiza a la descarga de la bomba de agua

del Generador de vapor, y está puesta para proteger a la

bomba de agua si la presión excede de 28 kg/cm²,

desalojando el exceso de presión originada por alguna

obstrucción o taponamiento en la línea de descarga de agua

hacia la unidad de calentamiento.

Separador de Vapor

Una combinación de fluido y vapor (emulsión agua

vapor) procedentes de la Unidad de Calentamiento

se descarga en la Boquilla Separadora del

Separador de Vapor. La velocidad y fuerza centrífuga

del Vapor libera la humedad que contiene a causa

del sobre flujo (20 %), mismo que se precipita al

fondo del Separador. A medida que este líquido se

acumula en el fondo del separador, y su nivel se

eleva lo suficiente, la Trampa de Vapor lo extrae y

retorna al tanque de Condensado. Este método

efectivo de separación mecánica evita el arrastre de

líquido, sólidos y tratamiento químico hacia el

servicio de vapor.

Este sobre flujo es inyectado con el fin de generar un

arrastre a velocidad de vapor dentro de la unidad de

calentamiento y de esta manera controlar la

concentración de sólidos disueltos, misma que no

debe rebasar las 6000 ppm. El 20 % de este sobre

flujo es liberado a trabes de la válvula de purga

automática hacia el tanque de purgas.

Válvula de seguridad La válvula de seguridad está instalada en la parte

superior del domo separador de vapor. Está

ajustada para que se dispare a plenitud

cuando la presión del vapor exceda un 25% la

presión máxima de trabajo. Viene ajustada y

protegida con un sello metálico colocado por el

fabricante para evitar que el usuario altere su

ajuste, por tanto, en caso de falla de la válvula se

deberá montar una nueva



Trampa de vapor La trampa de vapor es de tipo mecánico, de

cubeta invertida. Se encuentra conectada al

separador de vapor. Su función es desalojar el

exceso de agua que se acumula en la parte

inferior del separador, logrando así, junto con el

separador fijo que el vapor se suministre con

menos del 0.5% de humedad.

Interruptor de presión de vapor y

modulador de presión Estos interruptores se accionan con la presión del

vapor. Se encuentran interconectados al

separador de vapor por medio de un tubo de

cobre. Se ajustan para que controlen el apagado

y encendido del quemador, así como la

modulación del fuego, de acuerdo a la presión de

vapor.


TRANSFERENCIA DE CALOR


Termocople auxiliar del control

principal de temperatura (FP) y (SP) (FP) Primera protección.- el termocople está

conectado al control que monitorea la temperatura

a la que esta siendo expuesto el metal del

serpentín y envía una señal en mV (.051 X 1°C)

de CD al control de temperatura, este dispositivo

cortara su salida eléctrica en una de sus

terminales al alcanzar su primera protección a los

206 °C haciendo un paro parcial apagando el

quemador

(SP) Segunda protección.- Este control está

conectado al termocople y al detectar un

aumento de temperatura corta el suministro de

combustible manteniendo la circulación de agua y

aire a través del generador en condiciones de

poca agua. Al enfriarse pasa a su punto de ajuste

inferior, continúa automáticamente la actividad

normal del generador.

TIPO DE T-C FILAMENTO POSITIVO COLOR DEL POSITIVO FILAMENTO NEGATIVO RANGO DE MEDICIÓN EN °C FACTOR ZEEBECK EN mV

E CROMO CONSTANTAN -250 / 1000 0.061

N Ni-Cr-Si Ni-Si-Mg -200 / 1300 0.026

J HIERRO CONSTANTAN -210 / 1200 0.051

K CROMO ALUMINIO -270 / 1372 0.041

T COBRE CONSTANTAN -250 / 400 0.041

B PLATINO (30 % RODIO) PLATINO (6 % RODIO) 600 / 1820 0.006

R PLATINO (13 % RODIO) PLATINO -20 / 1767 0.006

S PLATINO (10 % RODIO) PLATINO -20 / 1767 0.006

C TUGSTENO (5 % RENIO) TUGSTENO (26 % RODIO) 0 / 2316 0.014

Curso de Operación calderas

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