Calderas de vapor

1. OPERACION Y
MANTENIMIENTO
DE CALDERAS
Manuel Avila
ULA 2009
ULA Ing. de Mantenimiento Calderas de Vapor 2009 1

2. CALDERAS DE VAPOR 1992
CAUSA DEL INCIDENTE (Falla) ACCIDENTES HERIDOS MUERTOS
Válvula de seguridad
Corte por bajo nivel
2
198 8
Accidentes
en
Control de límites 11
Instalación deficiente 34
Reparación deficiente 10 1
Diseño o fabricación deficiente
Operación o mantenimiento
Equipo de combustión
15
150
27
6
3 1
Calderas
SUBTOTALES 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. Operación de Calderas
 Operación segura
 Operación eficiente
 Operación confiable
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3

4. Actividades
 Entrenamiento de personal
 Leyes,normas
 Procedimientos
– Preliminares
– Arranque
– Operación
– Mantenimiento
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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
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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)
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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
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8. Arranque (objetivos)
 Protección de componentes
– corrosión
– recalentamiento,
– esfuerzos térmicos
 Prevención de explosiones
 Producción adecuada de vapor
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9. Procedimientos de Arranque
 Llenado inicial
– calidad y temperatura del agua
– desalojo de aire
– ajuste del nivel
 Establecer circulación
 Purga de aire del hogar
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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
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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
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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
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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
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14. Control de Agua de Alimentación
IFV
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
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15. IPV IFO IFG IFA
ACEITE GAS AIRE
Ref. 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)
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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
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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?
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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
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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
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20. Esquema de V
Protecciones
G
A
O
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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
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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)
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23. Secuencia de Preencendido
con 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
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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
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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
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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
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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
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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
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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
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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
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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
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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
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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
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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
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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
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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
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37. Agua de Circulación
de 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
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38. Agua de Circulación de la
Caldera (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
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39. Agua de Circulación de la
Caldera (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)
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40. Evaluación del Tratamiento de
Agua
 Analizadores
– Dureza
– Fosfatos residuales
– Hidrazina residual
– Oxígeno
– Hierro
– Cobre
– Sílice
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41. Fin Operación y Mantenimiento
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