Sistema de Distribució de Vapors: Disseny, Operació i Manteniment
Un sistema de distribució de vapor és un enllaç vital entre el generador de vapor i l'usuari del vapor en qualsevol planta de processos. Porta el vapor des de la font central al punt d'ús amb la qualitat, quantitat i pressió correctes. Aquest tutorial examinarà els mètodes de disseny, operació i manteniment d'un sistema de distribució de vapor eficient i segur.
Què és un sistema de distribució de vapor?
Un sistema de distribució de vapor es defineix com una xarxa de tuberies, vànals, connexions i accessoris que transporten el vapor des de la caldera o la planta de cogeneració fins a l'equipament consumidor de vapor a la planta de processos.
El sistema de distribució de vapor es pot dividir en dues parts: les principals de vapor i les branques de tubs. Les principals de vapor són els tubs grans que porten el vapor des de la caldera en la direcció general de la planta. Les branques de tubs són els tubs més petits que porten el vapor des de les principals a les peces d'equipament individuals.
Els objectius principals d'un sistema de distribució de vapor són:
Lliurar vapor sec i saturat al procés a la pressió i temperatura requerides.
Minimitzar les pèrdues de calor i la condensació en els tubs i connexions.
Prevenir el martellatge d'aigua, l'erosió, la corrosió, el soroll i altres problemes causats per un disseny o operació incorrectes.
Reduir els costos de capital i operacions optimitzant la mida del tub, l'aïllament, el suport i la disposició.
Disseny del sistema de distribució de vapor
El disseny d'un sistema de distribució de vapor implica diversos factors, com:
Pressió de treball de generació de vapor: És la pressió màxima a la qual la caldera o la planta de cogeneració pot produir vapor. Depèn del tipus i capacitat de la caldera, el combustible utilitzat i els requisits del procés.
Requisit mínim de pressió al final del procés: És la pressió mínima a la qual l'equipament consumidor de vapor pot funcionar de manera eficient i segura. Depèn del tipus i capacitat de l'equipament, les condicions del procés i els marges de seguretat.
Pèrdua de pressió en el sistema: És la diferència entre la pressió de generació de vapor i la pressió del procés. Es produeix per la resistència friccional en els tubs i connexions, la condensació en els tubs deguda a la transferència de calor a l'entorn, i els vànals reductors de pressió (PRVs) si s'utilitzen.
Qualitat del vapor: És una mesura de com de sec i saturat és el vapor. Depèn del disseny, la operació i el manteniment de la caldera, així com del sistema de eliminació de condensat. Una qualitat de vapor pobre pot provocar vapor humit, que pot causar problemes com erosió, corrosió, martellatge d'aigua, reducció de l'eficiència de transferència de calor i daños a l'equipament.
Per dissenyar un sistema de distribució de vapor que compleixi aquests objectius i factors, alguns passos bàsics són:
Determinar la demanda de vapor de cada peça d'equipament en termes de caudal massic, pressió, temperatura i qualitat.
Seleccionar una pressió de generació de vapor adequada que pugui satisfacer el requisit mínim de pressió al final del procés amb un marge adequat per a la pèrdua de pressió en el sistema.
Calcular la pèrdua de pressió en cada secció del sistema utilitzant fórmules empíriques o eines de programari. Considerar factors com el diàmetre del tub, la longitud, la rugositat, les corbes, les connexions, els vànals, l'amplada de l'aïllament, la temperatura ambient, etc.
Seleccionar una mida de tub adequada per a cada secció del sistema que pugui portar el flux de vapor requerit amb una pèrdua de pressió mínima i cost. Utilitzar mides de tub estàndard i evitar canvis innecessaris en el diàmetre.
Instal·lar PRVs on sigui necessari per reduir la pressió del vapor per adaptar-se a diferents zones de procés o equipament. Utilitzar separadors a l'amont dels PRVs per eliminar el condensat entranyat i assegurar un vapor de alta qualitat. Utilitzar vànals de seguretat a l'aval dels PRVs per protegir el sistema de sobrepresió si els PRVs fallin.
Instal·lar dispositius adequats de eliminació de condensat com trampes de vapor, vànals de purga i bombes de condensat al llarg del sistema per prevenir l'acumulació de condensat i assegurar la lliurament de vapor sec. Utilitzar diferents tipus de trampes de vapor depenent de l'aplicació, com trampes tèrmiques o mecàniques. Considerar factors com el tipus d'instal·lació (drainatge individual o en grup), càrrega de condensat (continua o intermittença), pressió i temperatura d'operació (alta o baixa), etc.
Proporcionar sistemes adequats d'expansió i suport de tubs per acomodar l'expansió i contractació tèrmica dels tubs deguda als canvis de temperatura. Utilitzar juntes d'expansió o bucles on sigui necessari per permetre el moviment dels tubs sense causar estrès o fugues. Utilitzar penjadores o suports a intervals regulars per prevenir el pendolat o vibració dels tubs.
Proporcionar aïllament adequat per a tots els tubs i connexions per reduir les pèrdues de calor i la condensació. Utilitzar materials d'aïllament adequats depenent de la temperatura, la resistència a l'humitat, la resistència al foc, etc. Evitar forats o danys en l'aïllament que puguin exposar els tubs a l'aire ambient.
Proporcionar ventilació adequada per a tots els espais tancats on es troben els tubs per prevenir el sobrecalentament o l'acumulació d'humitat. Utilitzar ventiladors o ventiladors on sigui necessari per assegurar la circulació de l'aire.
Operació i manteniment del sistema de distribució de vapor
L'operació i manteniment d'un sistema de distribució de vapor són essencials per assegurar la seva eficiència, seguretat i fiabilitat. Algunes pràctiques comunes són:
Monitoritzar i controlar paràmetres clau com el caudal de vapor, la pressió, la temperatura i la qualitat utilitzant instruments com comptadors de flux, manòmetres, termòmetres i metres de conductivitat. Ajustar la operació de la caldera, els PRVs o altres dispositius segons sigui necessari per mantenir les condicions òptimes.
Inspeccionar i provar tots els components regularment per a la seva funció adequada, fúgies, desgast o danys. Reemplaçar o reparar qualsevol part defectuosa tan aviat com sigui possible.
Netejar i purgar tots els tubs i connexions periòdicament per eliminar escala, corrosió o detritus que poden causar obstruccions, reducció de l'eficiència de transferència de calor o increment de la pèrdua de pressió.
Engrasar totes les parts mòbils, com vànals, trampes de vapor o bombes, segons les recomanacions del fabricant per prevenir la fricció, el soroll o la paralització.
Comprovar i reomplir els materials d'aïllament segons sigui necessari per prevenir la deterioració o pèrdua deguda a l'exposició, l'humitat o el danys mecànics.
Avantatges i desavantatges de la generació de vapor a alta pressió
La generació de vapor a alta pressió té alguns avantatges i desavantatges en comparació amb la baixa o mitjana pressió.
Alguns avantatges són:
La generació de vapor a alta pressió ocupa relativament menys volum que a pressió inferior, el que redueix la mida del tub, el cost i la pèrdua de calor.
La generació de vapor a alta pressió millora la qualitat del vapor reduint el contingut d'aigua i augmentant el supercalor.
La generació de vapor a alta pressió permet una major flexibilitat en les configuracions dels PRVs per a diferents zones de procés o equipament.
Alguns desavantatges són:
La generació de vapor a alta pressió augmenta les pèrdues de gas de forja degut a la temperatura més alta de la pilona i a la menor eficiència de combustió.
La generació de vapor a alta pressió augmenta les pèrdues de funcionament degut a les taxes de purga més altes i als costos més elevats de tractament de l'aigua de alimentació.
La generació de vapor a alta pressió requereix un disseny, construcció i manteniment de la caldera més car degut als nivells de tensió més alts.
No obstant això, el consum de combustible d'una caldera depèn de la seva càrrega connectada en lloc de la seva pressió de sortida.
Per tant, la generació de vapor a alta pressió hauria de ser equilibrada amb els seus beneficis i inconvenients per a cada aplicació específica.
Conclus
