O vapor consumido e o vapor utilizado no ponto de aplicação não são iguais. Normalmente, o vapor consumido ou gerado em uma caldeira de vapor é maior do que o necessário para uso no ponto de aplicação.
A diferença entre consumo e utilização de vapor é devida a:
Condensação do vapor durante sua viagem até o ponto de uso, principalmente devido a superfícies expostas.
Vazamentos (se houver)
Quando o vapor condensa na parede de um tubo de vapor exposto/desisolado, ele libera sua entalpia de evaporação.
A utilização adequada do vapor ajuda a economizar nos custos de entrada de água e carvão. A economia de cada kg de vapor é diretamente proporcional à economia de uma porcentagem de água, carvão e eletricidade.
O cálculo do consumo de vapor em um tubo durante a operação de partida e a operação contínua normal é possível e será discutido detalhadamente abaixo.
O consumo de vapor dentro do sistema de tubulação precisa ser monitorado e controlado com prudência. A taxa de condensação do vapor na rede de tubulação de vapor depende do tipo de carga (ou seja, carga de aquecimento ou carga de operação).
A taxa de condensação do vapor deve ser levada em conta para dimensionar as armadilhas de vapor e também para finalizar a saída da caldeira.
Durante a partida da planta após um longo período ou a partir do frio, o vapor é necessário para aquecer o sistema uniformemente, trazendo-o para perto da temperatura de trabalho normal do sistema.
A 'carga de aquecimento' é a carga de vapor associada ao consumo de vapor durante a partida da planta. Isso pode ocorrer a partir de um desligamento a frio ou a partir de uma partida após um período muito longo.
A taxa de condensação do vapor durante o período de aquecimento é máxima. O dimensionamento das armadilhas de vapor deve ser baseado nessa carga.
Uma boa prática é aquecer o sistema muito lentamente por razões de segurança, pois os tubos têm o benefício de reduzir o estresse térmico e mecânico. Isso resulta nos seguintes benefícios:
Eliminação de vazamentos
Custos de manutenção mais baixos
Vida útil mais longa para os tubos
Sem martelo hidráulico.
A carga de operação da planta de processo é a carga de vapor relacionada à carga contínua normal (carga total) da planta. A taxa de condensação do vapor durante a operação em carga total da planta é mínima.
O aquecimento uniforme e lento do sistema pode ser alcançado por meio de uma pequena válvula de bypass paralela à válvula de isolamento principal.
O tempo necessário para aquecer a rede de tubos determina o tamanho da válvula de aquecimento (bypass). Essa válvula pode ser manual ou automática, dependendo do usuário/cliente.
É sempre melhor desencorajar a prática de usar a válvula principal para aquecimento em vez da válvula de bypass. Pois a válvula principal é muito maior (projetada para a demanda de fluxo total) e não é apropriada para uso em fluxo pequeno durante o período de aquecimento.
Como mostrado na figura 1 acima, antes da instalação da válvula principal/válvula de bypass, um separador é instalado para garantir que o vapor passando pela válvula seja seco, protegendo o desgaste da válvula.
Se fornecermos tempo suficiente para o aquecimento, então é possível obter os seguintes benefícios:
Para minimizar o estresse nos tubos
Para segurança operacional
Reduzir as cargas de partida na caldeira
A taxa de fluxo de vapor necessária para levar um sistema de tubulação à temperatura de operação é função de:
Massa
Calor específico do material
Aumento de temperatura
Entalpia de evaporação do vapor ou entalpia saturada do vapor
Tempo permitido
Onde:
ms: Taxa média de condensação do vapor em kg/h
W: Peso total do tubo mais flanges e conexões em kg
Ts: Temperatura do vapor oC
Tamb: Temperatura ambiente
Cp: Calor específico do material do tubo em kj/kg
