Operación y mantenimiento de calderas 2009

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Calderas de vapor

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Operación y mantenimiento de calderas 2009

  1. 1. OPERACION YMANTENIMIENTODE CALDERAS Manuel Avila ULA 2009 ULA Ing. de Mantenimiento Calderas de Vapor 2009 1
  2. 2. CALDERAS DE VAPOR 1992CAUSA DEL INCIDENTE (Falla) ACCIDENTES HERIDOS MUERTOSVálvula de seguridadCorte por bajo nivel 2 198 8 Accidentes enControl de límites 11Instalación deficiente 34Reparación deficiente 10 1Diseño o fabricación deficienteOperación o mantenimientoEquipo de combustión 15 150 27 6 3 1 CalderasSUBTOTALES 447 17 2 CALDERAS DE VAPOR 2001 CAUSA DEL INCIDENTE (Falla) ACCIDENTES HERIDOS MUERTOS Válvula de seguridad 4 Corte por bajo nivel 161 3 Control de límites 8 Instalación deficiente 2 Reparación deficiente 1 Diseño o fabricación deficiente 2 Operación o mantenimiento 82 50 7 Equipo de combustión 29 2 Causa bajo investigación 7 1 SUBTOTALES 296 56 7 ULA Ing. de Mantenimiento Calderas de Vapor 2009 2
  3. 3. Operación de Calderas  Operación segura  Operación eficiente  Operación confiable ULA Ing. de Mantenimiento Calderas de Vapor 2009 3
  4. 4. Actividades  Entrenamiento de personal  Leyes,normas  Procedimientos – Preliminares – Arranque – Operación – Mantenimiento ULA Ing. de Mantenimiento Calderas de Vapor 2009 4
  5. 5. Entrenamiento de Operadores Responsabilidad de los operadores – Funcionamiento eficiente y seguridad del personal y del equipo Conocimiento de Componentes – Diseño, funciones, limitaciones e interrelaciones Participación en inspecciones y montajes Periodo inicial supervisado Actualización ULA Ing. de Mantenimiento Calderas de Vapor 2009 5
  6. 6. Preparativos para arranque Inspección de la caldera y sus auxiliares Limpieza (tanques y tuberías) Prueba hidrostática (previsiones) Instrumentos (calibración) Controles (ajustes o paso a manual) ULA Ing. de Mantenimiento Calderas de Vapor 2009 6
  7. 7. Preparativos para arranque (Cont.)  Auxiliares (bombas, ventiladores, sistemas de combustible, agua y drenaje)  Refractarios  Limpieza química  Soplado de sobrecalentadores y líneas de vapor  Válvulas de seguridad ULA Ing. de Mantenimiento Calderas de Vapor 2009 7
  8. 8. Arranque (objetivos) Protección de componentes – corrosión – recalentamiento, – esfuerzos térmicos Prevención de explosiones Producción adecuada de vapor ULA Ing. de Mantenimiento Calderas de Vapor 2009 8
  9. 9. Procedimientos de Arranque Llenado inicial – calidad y temperatura del agua – desalojo de aire – ajuste del nivel Establecer circulación Purga de aire del hogar ULA Ing. de Mantenimiento Calderas de Vapor 2009 9
  10. 10. Procedimientos de Arranque (Cont.)  Economizador – purga de vapor – recirculación de agua del tambor  Sobrecalentador – drenaje de agua – control de temperatura de humos  Tambores y cabezales – temperaturas y diferenciales de temperatura ULA Ing. de Mantenimiento Calderas de Vapor 2009 10
  11. 11. Pruebas de Eficiencia Registro de referencia Balance térmico – Energía útil (rendimiento) – Pérdidas • Gases secos • Combustible en humos y cenizas • Radiación de calor • Humedad del combustible y de combustión • Intangibles ULA Ing. de Mantenimiento Calderas de Vapor 2009 11
  12. 12. Operación Normal de Calderas Operación segura y eficiente – Limpieza – Controles e instrumentos efectivos – Registro de variables • Producción de vapor, presión y temperatura • Consumo de combustible • Relación aire/combustible • Emisiones ULA Ing. de Mantenimiento Calderas de Vapor 2009 12
  13. 13. Sistemas de Control Componentes – Parámetros a regular – Factores de perturbación – Factores de regulación – Medios de regulación Sistemas de control de una caldera – Nivel/Agua de alimentación – Combustión/Presión – Otros: Temperatura del vapor, Calidad del agua, Tiro ULA Ing. de Mantenimiento Calderas de Vapor 2009 13
  14. 14. Control de Agua de AlimentaciónIFV IN IN IFV IFA IN Referencia a ∆ K F(t) Referencia ∆ K IFA F(x) Σ K/∫ ∆ T A A K/∫ F(x) TT Un elemento A T A F(x) Tres elementos ULA Ing. de Mantenimiento Calderas de Vapor 2009 14
  15. 15. IPV IFO IFG IFA ACEITE GAS AIRERef. Error en Flujo de Flujo de Aire Presión Vap. Combustibles IPV Controlador Controlador de Presión Aire/Comb. Control de Tiro T Demanda de Combustible A A IPT Corrección x Corrección x Combustible Flujo de Aire Fo Error en Error en Flujo Flujo de Aire de Combust. IFO Control. de Controlador Flujo de Aire de Combust. IFG T T A A A A Fg Compuertas Regulador de Regulador de Ventilad. Aceite de Gas Fa IFA Fa(x) Fo(x) Fg(x) ULA Ing. de Mantenimiento Calderas de Vapor 2009 15
  16. 16. Operación Anormal de Calderas Situaciones de riesgo – Bajo/Alto nivel de agua – Altas/Bajas temperaturas de los humos – Temperaturas o diferenciales de temperatura (metal) elevados – Pérdida de llama y reencendido • Quemadores defectuosos • Acumulación de combustibles • Falta de purga de aire ULA Ing. de Mantenimiento Calderas de Vapor 2009 16
  17. 17. Operación Anormal de Calderas Causas – Error humano • Ignorancia o negligencia • Equipos e instrumentos desfavorables • Equipos y controles incompatibles – Diseño deficiente • Componentes seguros, confiables, mantenibles? • Sistemas a prueba de fallas? ULA Ing. de Mantenimiento Calderas de Vapor 2009 17
  18. 18. Operación Anormal de Calderas  Fallas Comunes – Combustibles gaseosos: fugas, composición variable, venteos – Combustibles líquidos: alto PCS, composición variable, materias extrañas, cambios de carga, ubicación de componentes – Condiciones estrictas de emisiones y eficiencia ULA Ing. de Mantenimiento Calderas de Vapor 2009 18
  19. 19. Operación Anormal de Calderas Prevención – Entrenamiento en acciones de emergencia • Bajo nivel de agua • Temperaturas extremas de humos, tubos o tambores • Fugas en los tubos – Sistemas automáticos de protección y alarma ULA Ing. de Mantenimiento Calderas de Vapor 2009 19
  20. 20. Esquema de VProtecciones G A O ULA Ing. de Mantenimiento Calderas de Vapor 2009 20
  21. 21. Sistemas de Protección Supervisión de condiciones – Variación de condiciones – Disparo completo – Prevención de operaciones – Programación de secuencias – Registro de parámetros Sistema de alarmas luminosas y sonoras ULA Ing. de Mantenimiento Calderas de Vapor 2009 21
  22. 22. Sistema de Protección de llama SISTEMA PILOTO Falla de llama o Cerrar gas a pilotos y Presión peligrosa de abrir vente o gas o Apagar chispas de Baja ΔP de aire ignición VENTILADORES VTI/VTF Falla de algunos Reducir aceite principal •Falla de todos COMBUSTION PRINCIPAL Cerrar paso Alta presión en el hogar o de aceite ppal Baja presión de aceite a CONTROL MAESTRO (suministro y quemadores o DE DISPARO retorno) Ultimo quemador cerrado o Falla de llama en todos los Indicador quemadores activos o de disparo Cerrar cada Falla de llama de varios quemador y quemadores activos o apagar pilotos Interruptor manual activado y chispas de encendido Falla de llama de un quemador (otros de llama estable) ULA Ing. de Mantenimiento Calderas de Vapor 2009 22
  23. 23. Secuencia de Preencendidocon Purga de Aire Secuencia normal de encendido Registro Válvulas a VTI y VTF Flujo de Reserva particular quemadores Funcionan aire ≥ de 5 min abierto cerradas ¿? ¿? 25% ¿? ¿? ¿? Indicador de disparo y Reinicio ULA Ing. de Mantenimiento Calderas de Vapor 2009 23
  24. 24. Sistemas Contraincendio Riesgos – Sistema de combustible – Calderas (quemadores y precalentador de aire) – Sala de control e instalaciones eléctricas – Tuberías calientes – Sistema de tratamiento de agua ULA Ing. de Mantenimiento Calderas de Vapor 2009 24
  25. 25. Sistemas Contraincendio Medidas – Gas: detector de CH4 y agua a presión – Aceite: espuma y agua a presión – PC de Aire: toberas de agua o vapor – Controles: detectores de humo y extinguidores de CO2 – Entrenamiento de personal – Revisión periódica de equipos ULA Ing. de Mantenimiento Calderas de Vapor 2009 25
  26. 26. Mantenimiento (Objetivos) Fallas mecánicas del cuerpo de presión – Reducción de resistencia, espesor o agrietamiento Reducción en la eficiencia de la unidad – Costo de combustible Fallas en equipo auxiliar – Bombas, ventiladores, calentadores, aislantes, refractarios – Sistemas eléctrico, de control y protección ULA Ing. de Mantenimiento Calderas de Vapor 2009 26
  27. 27. Fallas en el Cuerpo de Presión Recalentamiento – Calor intenso – Circulación deficiente de agua o vapor – Depósitos incrustantes – Fugas – Variación brusca de carga Fluencia lenta “Creep” – Calor intenso ULA Ing. de Mantenimiento Calderas de Vapor 2009 27
  28. 28. Fallas en el Cuerpo de Presión Corrosión (interna, externa o localizada) – Gases disueltos en el agua – Descontrol de aditivos químicos – Activación mecánica – Circulación deficiente – Calor intenso Fragilización – Depósitos incrustantes – Variación brusca de carga – Calor intenso ULA Ing. de Mantenimiento Calderas de Vapor 2009 28
  29. 29. Fallas en el Cuerpo de Presión Erosión – Flujo de hollín o cenizas – Acción de soplatiros – Limpieza mecánica Fatiga (mecánica o térmica) – Vibraciones inducidas – Uniones de materiales o espesores diferentes – Inestabilidad de combustión ULA Ing. de Mantenimiento Calderas de Vapor 2009 29
  30. 30. Métodos de Prevención Tratamiento de agua – Procesos químicos – Regulación de purgas Vigilancia de: – Composición de agua y purga – Calidad del vapor – Temperaturas de tubos, tambores y humos – Procedimientos de cambio de carga ULA Ing. de Mantenimiento Calderas de Vapor 2009 30
  31. 31. Métodos de Prevención Inspecciones periódicas de espesores de metal, depósitos incrustantes y lodos Limpieza química Detección de fugas Registro y evaluación de operaciones Evaluación periódica de equipos, personal y procedimientos ULA Ing. de Mantenimiento Calderas de Vapor 2009 31
  32. 32. Tratamiento de Agua Acondicionamiento del agua de: – Reposición – Retorno de condensado – Circulación en la caldera Propósitos – Reducir depósitos en superficies internas – Reducir corrosión en superficies internas – Reducir “arrastre” de sólidos en el vapor ULA Ing. de Mantenimiento Calderas de Vapor 2009 32
  33. 33. •Agua de Reposición Impurezas – Sólidos suspendidos: • lodos, arcilla, arenilla, óxidos metálicos – Sólidos disueltos: • cationes (SiO2, Fe, Ca, Mg y Na) • iones (carbonatos, bicarbonatos, sulfatos, cloruros) – Gases disueltos • N2, O2, CO2, NH4 ULA Ing. de Mantenimiento Calderas de Vapor 2009 33
  34. 34. Agua de Reposición (Cont.) Tratamientos Según calidad del agua y presión de la caldera – Coagulación (Alumbre, Sulfato de Hierro) – Cloración – Filtrado (Arena, Carbón Activado) – Suavización Ciclo Sodio – Suavización con Cal (220 ºF) – Suavización y Dealcalinización – Desmineralización – Evaporación y desgasificación ULA Ing. de Mantenimiento Calderas de Vapor 2009 34
  35. 35. Retorno de Condensado Impurezas – Productos de corrosión • Hidróxido y óxido ferrosos • Oxido de Cobre – Contaminantes • Infiltración de agua de enfriamiento • Sustancias usadas en procesos – Gases • O2 y CO2 descomposición de carbonatos ULA Ing. de Mantenimiento Calderas de Vapor 2009 35
  36. 36. Retorno de Condensado (Cont.)  Tratamiento – Tratamientos del agua de reposición – Tratamiento químico específico • Aminas – Volátiles neutralizantes del CO2 – Filmicas protectoras de los metales • Suavización o desmineralización – Filtrado de óxidos • Filtros Electromagnéticos • Filtros normales ULA Ing. de Mantenimiento Calderas de Vapor 2009 36
  37. 37. Agua de Circulaciónde la Caldera  Objetivos – Control final de corrosión • Control del Ph de 8 a 9.5 • Control de Oxígeno y CO2 – Control final de depósitos – Control de arrastre de sólidos o gases ULA Ing. de Mantenimiento Calderas de Vapor 2009 37
  38. 38. Agua de Circulación de laCaldera (Cont.) Control del Ph – Aminas neutralizantes o fílmicas – Tratamientos de cal-soda Control de Oxígeno – Desgasificación – Aditivos: • Sulfito de Sodio Na2SO3 (hasta 1800 psi) • Hidrazina N2H4 ULA Ing. de Mantenimiento Calderas de Vapor 2009 38
  39. 39. Agua de Circulación de laCaldera (Cont.) Control de depósitos (tratamientos según la presión de la caldera) – Fosfato-Polímero (hasta 1000 psi) • Inorgánico o Alcalino • Orgánico – Quelato-Polímero (hasta 1500 psi) – Aminas Volátiles (sobre 1500 psi) ULA Ing. de Mantenimiento Calderas de Vapor 2009 39
  40. 40. Evaluación del Tratamiento deAgua  Analizadores – Dureza – Fosfatos residuales – Hidrazina residual – Oxígeno – Hierro – Cobre – Sílice ULA Ing. de Mantenimiento Calderas de Vapor 2009 40
  41. 41. Fin Operación y Mantenimiento ULA Ing. de Mantenimiento Calderas de Vapor 2009 41

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