Ciclo vapor calderas, boiler
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Ciclo vapor calderas, boiler Presentation Transcript

  • 1. CONTROL, EFECTIVO DECALDERA Y AGUA PURA Alvaro Bravo BDM Cono Sur HACH Co. Mayo 2010
  • 2. Agenda Porque se debe controlar lacalidad del agua en formacontinua? – Análisis de causa raíz de los incidentes – Lugares claves en la planta – Problemas frecuentes – Como resuelvo mi problema – Prioridades donde invertir primero
  • 3. Analisis de “Causa raiz” de equipo existente• Un estudio conducido por Otakar Jonas(1) indico: – Monitoreo manual no previno fallas, por: • Acciones no aprobadas • No hubo monitoreo continuo • Retraso en toma de decisión • Sub estimación de los efectos • Análisis inadecuado de causa raíz – Depósitos por arrastre de cobre y fosfatos. – Corrosión por erosión de las tuberías de el agua de alimentación • Bajo pH • Excesivo Secuestrante de O2 – Succión de aire – Contaminación de retorno de condensado – Error de muestreo – Exceso de dosificación de químicos(1) Corrosion and Water Chemistry problems in steam systems / root causes and solutions, Otakar Jonas PR PhD, March 2000
  • 4. Adecuado DiagnosticoControl continuo del funcionamiento del Agua de Caldera • Alerta al operador de un problema potencial • Mejora su funcionamiento • Mejora eficiecia ($$$$) • Mejora su limpieza • Mejora la pureza del vapor
  • 5. Areas que cubriremos hoy...
  • 6. Pre TratamientoEl objetivo de este control el la prevención de laintroducción de contaminantes en la caldera.“Rubbish In – Rubbish Out”Monitoreo de agua de “make-up” desde el pre-tratamiento antes de la adición al condensado.(detección de perdidas del fluido regenerante, y otrasexcursiones del pre-tratamiento Conductividad Silice Resistividad TOC Sodio Dureza Total
  • 7. Planta de Agua / Diagrama Flujo RETORNO CONDENSADO ELECTRO DESIONIZADOR ABLANDADOR HACIA LA PLANTAPREFILTRO OSMOSIS REVERSA INTERCAMBIO IONICO
  • 8. Ablandadores de Pre-TratamientoAblandadores de Zeolita bajanla alcalinidad a un valor entre0 a 2 mg/L como CaCO3 yson ampliamente usados enagua de “makeup” paracalderas de mediana a bajapresión.Control de la Regeneraciónpor dureza vs. Caudal/Tiempo Ahorros de energía, químicos y resina.
  • 9. Como Mejoro? Monitoreo de Dureza “make make-• Proceso “make-up” Regeneración •Regeneración del ablandador de Zeolita Retorno•Retorno de condensado (Contaminación)• Agua de Alimentación a caldera• Agua para RO
  • 10. Monitor y Analizador de Dureza SP510 y APA/6000 ANALIZADOR CONTINUO MONITOR CONTINUO • 2 ModelosRango: LR (51002-10) is 50 – 10000 ppbNiveles selección de:0.3, 1, 2, 5, 10, 20, 50, 100 ppm HR (62000-10) is 10 – 1000 mg/l(expresado como mg/L CaCO3) • Metodologia ColorimetricaMetodología Colorimétrica • 1 o 2 entradas de muestraFuente de luz: LED • 2 salidas 4-20mA, 2 relaysTiempo de ciclo: 2.0 minutos (60 Hz) o 2.3 minutos(50 Hz), selecionable • NEMA 4X enclosure, para interior
  • 11. INCRUSTACIONES Ensuciamiento Daño Mala calidad del permeado Baja productividad Limpieza frecuente Reemplazo membranas
  • 12. Quimicos usado en las membranas ORDeclorinacion - Sulfito o Bisulfito de Sodio Monitoreo: ORP o Cloro residualAnti-escalante – Previene los depósitos en las membranas – Dosis depende de la calidad de agua (dureza, sílice, hierro etc) Dosificación puede ser controlada monitoreando la durezaQuimicos de Limpieza – Limpiadores alcalinos de alto pH se usan para eliminar depósitos o taponamientos por orgánicos y/o coloidales . Monitoreo: pH/ORP La dosificación excesiva de químicos promueve el crecimiento de microorganismos que proliferan en un ambiente reductor (SRB) y reducen el pH (incrementando la polimerización de la sílice)
  • 13. Como mejoro mi proceso Ajuste de pH previo a OR• Bajando el pH se reduce la formación de carbonato de calcio.• Aumentos en el pH reduce la conversión a carbonato del CO2 como bicarbonato.• Reducción del pH (exceso de bisulfito) aumenta el potencial de que los generadores de depósitos como la sílice. La sílice existe en dos formas en el agua natural: Soluble (reactiva) y la coloidal. Si se reduce el pH a menos de 7.0 a su vez se reduce la solubilidad de la sílice, promoviendo la precipitación en la membrana.
  • 14. Como resuelvo mi problema? Análisis pH / ORP
  • 15. Medición de pHPrincipio de Operacion H+ Buffered Internal Ag/AgClH+ Solution Internal Wire Li+ Li+ Li+ Buffered KCl Solution .001 mm .03 to .1 mm Stem GlassExternalAqueous pHSolution .001 mm Sensitive Glass
  • 16. Tecnicas tradicionales de medicion de pHElectrodo de Combinacion E1 100 MEG E2 E1- E2 E2 E1 Electrodo Referencia En solucion buffer Electrodo pH
  • 17. Problemas TipicosElectrodo de Proceso• Cubrimiento del electrodo de pH• Respuesta lenta por alta impedancia• Abrasión y/o quiebre• Shock de Temperatura
  • 18. Problemas TipicosElectrodo Referencia• Puente Salino obstruido• Contaminación electrolito• Drenaje electrolito• Bucles de tierra
  • 19. Medida del pH Preamplifier E1 - E3 -(E2 - E3) (E1 - E2) Compensador Electrodo Temperatura DiferencialElectrodo Referencia Electrodo TierraProceso (E1) (E2) (E3)
  • 20. Sensores pH Diferencial • Tecnica Diferencial de GLI • Cuerpo de 1 pulgada • Gran volumen de solucion de referencia • Alto retorno de la inversion • Montaje versatil.
  • 21. Aplicaciones pH : generacion de vaporAgua de Caldera prevención de corrosión mantiene la confiabilidad en los sistemasPureza del Vapor minimiza la purga (Costoso) 8.55< pH< 9.26Monitoreo del Condensado Ayuda a monitoreo de ingreso de sustancia extrañas Asegura la pureza para recuperación de condensado
  • 22. Solucion de pH/ORP para agua de alta pureza Hach 8362sc
  • 23. Diseñado específicamente para Agua Ultra pura• Baja interferencia por Pt100 estática Grado A (+/- Electrodo pH con chaqueta – Elimina cargas estáticas 0.15°C) de Ac.Inox. – Diseño estanco – Elimina cambios del pH por intrusión de O2 Camara de• Fácil mantenimiento Flujo A.Inox. – Electrodos con conector rápido • Rápida desconexión para reemplazo Conexion procesos Camara de (1/8”NPT) Medicion
  • 24. Analisis deconductividad
  • 25. Rangos de conductividad
  • 26. Sensores de Conductividad• Para usos en aguas limpias• Mantenimiento ultra bajo para aguas de OR y DEMI
  • 27. Inductive Conductivity Sensors • Para aguas con alta contamincion. • Para altos niveles de conductividad (descartes)
  • 28. Plataforma Digital • Sensores “plug and play” • Sensores Inteligentes • Parámetros Múltiples • Capacidades Múltiples • Capacidades Graficas en SC1000 • 4-20mA como entrada y salida • Capacidad de control PID • Inventario reducido! • Entrenamiento único y reducido. • Capacidad de realizar cálculos
  • 29. Familia Digital Controladoressc1000 y sc100 • sc100 – Hasta 2 sensores – 2 salidas análogas, 3 relays • sc1000 – Hasta 8 sensores (limite 2 1720E por modulo) – Económicamente efectivo (precio por punto) para 5 o mas sensores – Hasta 20 sensores con red – Pantalla Grafica removible (HMI) 320x240 pixeles color.
  • 30. Aplicaciones para OR
  • 31. Ubicación de los parámetros ClaveOR Flujo Permeado Conductividad, y Presión Permeado, Sílice, temperatura MEMBRANA OR AGUA ENTRADA PERMEADO BOMBA A. PRESION Presión de alimentación RECHAZOFlujo de entrada, pH, SDI,Conductividad, Turbiedad, SíliceTemperatura, Bacterias, ORP, TOC Presión rechazo Flujo rechazo, Conductividad, Dosis Antiincrustante, Antiincrustante, Bacteria
  • 32. Como automatizo mi O.R? MEMBRANA OR BOMBA BOOSTERAGUA ENTRADA Presion Entrada PERMEADO Conductividad Temperature Flujo Permeado ORP Entrada Conductividad pH Conductividad Rechazo Presion Rechazo Flujo rechazo, rechazo, Conductividad, Conductividad, Dosis Antiscalante, Antiscalante, BacteriasSC1000% Rechazo Flujo normalizado de PermeadoDiferencial presion % de recupero
  • 33. Fundamentos del Intercambio Ionico• Ubicado Generalmente luego de Osmosis (RO)• Variados y diferentes procesos – Zeolita Sodica (ablandamiento) – De alcalización – Desmineralización – Des gasificación• El pre tratamiento usa uno o varios de ellos
  • 34. Tipos de Lechos IO• Resina Aniónica• Resina Catiónica• Tipo Mixto
  • 35. Como resuelvo mi problemaen el Demi? Los depósitos silicosos pueden dañarturbinas, intercambiadores de calor y calderas.La inclusión de un analizador de Sílice es una de las inversionesen la caldera de un mas rápido ROI, un solo evento prevenido,tiene un impacto de varios analizadores y sus consumibles devarios mese o años!!
  • 36. Monitoreo y Control del Desmineralizador (DEMI)• Monitoreo del agotamiento de la resina aniónica: – La medición de Sílice da cuenta del agotamiento de la resina anionica en forma temprana – Debido a su bajo potencial iónico la sílice no puede ser detectada efectivamente por la medición de conductividad!!• Con el monitoreo continuo la regeneración puede hacerse de manera mas controlada y segura.• Protegiendo la caldera y aumentando sus ciclos y controlando la purga (blowdown). Rango: 0 – 5000 µg/L (ppb) Precisión (usual): ± 0,5 µg/l o ± 1,0 % de la lectura. Límite de detección mínimo: 0.5 µg/L Temperatura de operación: 10 – 45oC (tiempo respuesta 15 minutos) Temperatura de la muestra: 5 – 50oC (tiempo respuesta 8.8 minutos)
  • 37. Monitoreo y Control del Desmineralizador (DEMI)• Monitoreo del agotamiento de la resina cationica: – El Ion sodio, es el primero que denota el agotamiento de la resina.• El monitoreo continuo de la salida luego de una regeneracion reduce el tiempo de lavado. Reactivación Automática del electrodo de Sodio sin el uso de químicos peligrosos. Calibración Automática y análisis de muestra tomada del proceso. Operación y Mantenimiento Simple; Cambio de reactivo cada 100 días. Set point de pH determinado por la medición continua de la temperatura para máxima precisión. Limite de detección 0.010 ppb
  • 38. AGUA INTERNA DE LA CALDERAProblemas•Incrustaciones•Corrosion•Arrastre
  • 39. Tubo sin depositos 630°F/332ºC temp. superficie 573°F/300ºC temp. pared 500° 260ºC temp. agua F/ Pared tubo Capa de agua
  • 40. Tubo con depositos 1004°F/540ºC temp. Sup. 938° F / 503ºC temp. Pared tubo 576°F /302ºC temp. de incrustacion 500°F /260ºC temp. agua Capa agua Capa CaCO3 0.024“/0.6mm Pared tubo ancho
  • 41. Incrustacion – Agua Caldera• El objetivo primario del tratamiento con fosfatos es precipitar la dureza calcica y magnesica , antes que esta se fije al metal de la pared del tubo.• La meta es formar compuestos como hidroxapetita insoluble, silicato magensico o hidroxido que se acumulan en el tambor de lodos.• De esta manera, el monitoreo frecuente y control cuidadoso de los fosfatos es inherente a un buen y eficiente operación de la – El arrastre causa depósitos en la turbina.
  • 42. Como resuelvo mi problema?ProcesoAnalizador de fosfatos Hach Series5000Misma plataforma robusta que el equipo de síliceLab•Espectrofotómetro DR5000 Rang0: 0 to 5000 g/L como PO4 Min. Limite Deteccion : Menos de 4 g/L (ppb)
  • 43. AGUA INTERNA DE LA CALDERAProblemas•Incrustacion•Corrosion•Arrastre
  • 44. Corrosion Se clasifica generalmente en dos categorías: -General -LocalizadaVarios tipos de corrosión •Corrosión Acida• Corrosión por O2 •Corrosión por quelantes• Concentración de Alcalinidad• Corrosión Cáustica •Corrosión/Erosión.
  • 45. Corrosion Por Oxigeno Se puede dar por todo el sistemaLos mecanismos de corrosion se pueden dar por: ► Concentración de Oxigeno ► Temperatura ► pH
  • 46. Corrosion por Oxigeno• La corrosión por ataque de O2 típicamente genera “pitting”.• Una perdida localizada y rápida de metal Nalco Guide to Boiler Failures. Línea de condensado luego de 9 años de operación a una Temp. de 105oC.
  • 47. La Corrosividad del O2 esta influenciada por:• pH – Optimo pH >9.0• Temperatura – Las altas temperaturas reducen la solubilidad del O2, pero incrementan significativamente su corrosividad.• Concentración de O.D. – Altas concentraciones de O2 incrementan la corrosividad.• Velocidad del Fluido – Aumenta el efecto de otros corrosivos.
  • 48. Como resuelvo mi problema (sin crearme otros) ?• Control de Oxigeno!!
  • 49. Remoción del Oxigeno• Se usan dos métodos principalmente para controlar los niveles de O2: – Des aireación Mecánica • Método primario en uso.(hasta 20 ppb) – Secuestrantes de O2 • Para la remoción de trazas de O2 – Sulfito (Metabisulfito) – Hidrazina (N2H4) – DEHA (diethylhydroxylamine) – Carbohydrazida – Otros
  • 50. Monitoreo y Control deSecuestrantes de Oxigeno Hach 9186 Analizador de S.O. – 5-500 µg/L Hidrazina – 2-100 µg/L Carbohydrazida – Alarmas – Salidas de 4-20 mA
  • 51. Make- Make-up Agua de Alimentación 4 Puntos de Control -Condensado (feedwater) 1. Pierna del DA 5 2. FW antes de bomba 3. Economizador 4. “Make-up” DE AIREADOR 5. Condensado 2 3 1 Economizador
  • 52. Test para remoción de Oxigeno Test Test secundarioPunto Muestra Primario Loc. fallas1. Pierna DA (1) +2 DO pH, Fe, Fe (1)2. FW luego bomba DO +23. FW luego economizador Fe, Fe+2 Fe, Fe +24. Make-up Make- pH, temperatura, Fe, Fe +25. Condensado pH, temperatura, Fe, Fe (1) monitoreo continuo optimo
  • 53. Como resuelvo mi problema?ProcesoControlando los niveles de Oxigeno en misistema, manteniendo niveles razonables 2-5ppb, y dependiendo de las recomendacionesdel fabricante.
  • 54. K1100: Una solucion para toda la plantaPara toda quyimica 1 & 2: AVT (All Volatile Treatment) y OT (Oxygen Treatment) Condensado AVT: < 30ppb OT: 30-200ppb Stator coolant (type 1) AVT & OT: < 10ppb Entrada Desaireador AVT: < 30ppb OT: 30-200ppb Salida AVT: < 10ppb Stator coolant (type 2) OT: 30-200ppb AVT & OT: 2-5ppm* Entrada economizador AVT: < 10ppb OT: 30-200ppb Also applicable for secondary cycle nuclear applications * 2-5ppm range achieved using high-range K1100 LDO spot
  • 55. Oxigeno Disuelto LDO(0-20,000 ppb) Sensor Sensor- Photo cap Diode Primer sistema por luminescencia en ppb • Calibración automática on-line o manual anual • Solo requiere servicio de 5 min. Cada año. • Sensor seco, sin membranas ni electrolitos • Fácil instalación y operación http://www.youtube.com/watch?v=7xM7CwOSKxc
  • 56. ORBISPHERE K1100 28 mm K1100 sensor ORBISPHERE 410 Calibration Device 3, 5, or 10 meter cable (33088) 32001 Flow Chamber
  • 57. Prevención de Corrosión Cáustica Se logra minimizando la cantidad de soda caustica “libre” en el agua de la caldera.• Fosfatacion• Fosfato Sodico congruente.• Control de fosfatos en equilibrio.• Continuum de fosfato (PC)• Tratamiento de Volatiles (AVT) • AVT(O) – Aguas de alimentación que contienen materiales ferrosos en ausencia de agentes reductores. • AVT(R) – Sistemas con metalurgia mezclada (cobre) y operando con agentes reductores y bajo OD (menos de 10 ppb). ppb).
  • 58. Como resuelvo mi problema?ProcesoAnalizador de fosfatos Hach Series5000Misma plataforma robusta que el equipo de síliceLab•Espectrofotómetro DR5000 Range: 0 to 5000 g/L as PO4 Min. Detection Limit: Less than 4 g/L
  • 59. Otras causas de corrosión• Contaminación acida del agua de alimentación• Contaminación del condensado• Fugas acidas del DEMI• Orgánicos (ácidos orgánicos)
  • 60. Como resuelvo mi problema? Proceso Analizador de Carbono orgánico Total Análisis de COT Rápido y sin interferencias Respuesta en menos de 5 minutes con oxidación del100%. La composición de la muestra y los subproductos delanálisis no interfieren. Usa Tecnologia NDIR con extrema exactitud en nivelesmuy bajos Diagnósticos avanzados y facilidad de uso Disponible en rangos desde de 0-2000 hasta 0-50,000 µg/l.
  • 61. Priorizacion Inversional Como vimos la inversión en la planta de agua es la que primero que paga, yaque si no tenemos un adecuado control aquí el resto ya pierde la relevancia.. Control Básico o calderas de baja presión: Dureza, Conductividad, pH, ORP. Control Avanzado o calderas de alta presión: Sílice Sodio, Dureza, pH, conductividad. La inversión que mejor renta en la Caldera en si es: Oxigeno disuelto: Nos diagnostica directamente los problemas internos y de corrosión, tanto incluyendo inferencia de los problemas de tratamiento. Sílice y Sodio: Permite diagnosticar y además control los ciclos de la caldera de forma eficiente y efectiva. Fosfatos y pH: Permiten el control efectivo de los procesos corrosivos en la caldera y programar acciones especificas. En el retorno del condensado El monitoreo del COT *Carbono Orgánico Total) Nos entrega información relevante y rápida de las calidades de agua que están retornando a la caldera y previene deterioro de la misma, antes que se produzcan los eventos.
  • 62. Proximamente• Control de Retorno de condensado…• Control de arrastre en la caldera…• Control de Purga…• Seminarios específicos de producto…• Torres de enfriamiento… En el mismo Baticanal…
  • 63. Preguntas?Hach Company Alvaro Bravo Kohler abravo@hach.com www.hach.com www.hach- www.hach-lange.com www.hach- www.hach-latinoamerica.com