Tratamiento, distribución y almacenamiento de vapor
Secado por vapor
La llamada calidad del vapor viene determinada por la cantidad de humedad residual en el flujo de vapor. Es ventajoso que el contenido de agua sea lo más pequeño posible. Los secadores de vapor pueden separar las pequeñas gotas de agua que arrastra el vapor. De este modo, también se eliminan del vapor las sales o la contaminación que contienen.
Para ello, ya se instala una placa deflectora de vapor en el conector de alimentación de vapor de las calderas de vapor. La desviación del flujo de vapor separa las gotas de agua que vuelven a caer en la cámara de agua. Esto reduce el contenido de humedad residual al 1 – 3 % durante el funcionamiento normal. Esto es suficiente para la mayoría de las aplicaciones.
Sólo se requiere una reducción adicional de la humedad del vapor si las fluctuaciones de carga en el lado del consumidor son muy rápidas o si se utiliza un módulo de sobrecalentamiento. Para ello se puede utilizar un desempañador equipado con una malla metálica especial que también se encuentra debajo del conector de alimentación de vapor. Así, la humedad residual puede reducirse al 0.1 %.
Debido a las pérdidas de calor en la tubería de vapor, la humedad del vapor a lo largo de la tubería aumenta, por lo que se puede utilizar un secador de vapor directo aguas arriba de los consumidores de vapor, especialmente cuando se utiliza vapor con fines de secado. En los secadores de vapor, el vapor húmedo se introduce tangencialmente en el secador y las fuerzas centrífugas empujan las gotas más pesadas hacia el exterior donde se separan. Después, el vapor se desvía 180° en la sección inferior, donde se separan las gotas más pequeñas, y sale con un contenido de humedad residual <0.5%.
Un antivaho, como el instalado en la caldera de vapor debajo de la alimentación de vapor
Reducción de la presión del vapor
Una reducción de la presión de vapor puede producirse por varias razones:
- Para compensar las fluctuaciones de presión en la caldera de vapor, lo que garantiza un nivel de presión extremadamente constante para los consumidores de vapor
- Para separar el control de potencia de la caldera de las variaciones repentinas de carga
- Los consumidores requieren diferentes niveles de presión
- La presión positiva máxima admisible de los consumidores es inferior a la de la caldera de vapor
La presión del vapor se reduce mediante las denominadas estaciones reductoras de presión, que pueden ser motorizadas, neumáticas o de control medio. Las estaciones reductoras de control medio no requieren energía auxiliar ni componentes eléctricos, pero su calidad de control es a veces inferior a la de las válvulas controladas por motor o neumáticamente.
Estación reductora de presión de vapor (neumática, motorizada o de control medio)
|
|
Válvula de cierre (lado de presión primaria) |
|
|
Colector de suciedad |
|
|
Indicador de presión (lado de presión primaria) |
|
|
Válvula de control (controlada neumáticamente) |
|
|
Válvula de control (controlada por motor) |
|
|
Válvula de control (controlada por el medio) |
|
|
Válvula de cierre (lado de presión secundaria) |
|
|
Válvula de seguridad |
|
|
Indicador de presión (lado de presión secundaria) |
|
|
Transmisor de presión |
Distribución de vapor
Los distribuidores de vapor se utilizan para combinar el vapor generado por una o varias calderas en un lugar central (normalmente el cuarto de calderas) y distribuirlo después entre los distintos consumidores de las instalaciones de explotación, así como el calentamiento del agua de alimentación.
El vapor también se seca, es decir, se reduce el contenido de humedad residual, debido a la desviación de 180° del vapor entre el generador y el consumidor.
Normalmente, también se mide la presión en el distribuidor de vapor con el fin de controlar la secuencia de la caldera controlada por presión.
Beneficios:
- Combinación del vapor de los generadores de vapor
- Distribución entre los consumidores
- Control de la secuencia de calderas
- Secado y deshidratación del vapor
Representación esquemática de un distribuidor de vapor
|
|
Suministro de tubería de vapor desde la caldera 1 |
|
Salida de vapor a la desaireación del agua de alimentación |
|
|
|
Tubería de vapor de la caldera 2 |
|
Conector de reserva para consumidor adiciona |
|
|
|
Conector de reserva para caldera adicional |
|
Tubo manostático con indicador de presión (PI) y transmisor de presión (PIC) |
|
|
|
Salida de vapor al consumidor 1 |
|
Tubo de condensados al depósito de condensados |
|
|
|
Línea de vapor de salida al consumidor 2 |
|
Drenaje |
Almacenamiento de vapor
La finalidad del acumulador de vapor es almacenar una cantidad limitada de energía que estará disponible en forma de vapor de expansión cuando se reduzca la presión.
El acumulador de vapor tiene el siguiente campo de aplicación:
- Proporciona cobertura de picos de carga cuando se supera brevemente la capacidad de los generadores de vapor instalados (por ejemplo, durante los procesos de arranque de los consumidores, con autoclaves, unos pocos procesos de lotes grandes)
- Amortiguación de las fluctuaciones rápidas de carga de los consumidores con grandes demandas cíclicas de vapor (picos de consumo de vapor breves y recurrentes, procesos de lotes pequeños)
Visualización de un módulo acumulador de vapor |
Representación esquemática de tuberías, módulo acumulador de vapor SAM |
|
LI |
Indicador de nivel |
PI |
Indicador de presión |
TI |
Indicador de temperatura |
|
|
Línea de alimentación |
|
Línea de arranque |
|
Dosificación de productos químicos |
||
|
|
Tubería de vapor a los consumidores |
|
Conducto de purga de aire |
|
Línea de muestreo de agua |
||
|
|
Tubería de vapor de calentamiento |
|
Línea de purga de seguridad |
|
Línea de drenaje y rebosadero |
Cuando se utiliza correctamente, un acumulador de vapor presenta las siguientes ventajas:
Para la caldera:
- Menor fluctuación de la presión de la caldera. Esto reduce la tensión mecánica y aumenta la vida útil del envolvente de la caldera
- Menor frecuencia de conmutación del sistema de combustión. Esto reduce las pérdidas por ventilación previa y aumenta la vida útil de la caldera
Para los consumidores:
- Cubre picos de carga especialmente elevados. Por tanto, la caldera de vapor puede ser más pequeña
- Menos arrastre de agua. Esto conlleva una mejora de la calidad del vapor
El acumulador de vapor es un recipiente de paredes gruesas especialmente diseñado para soportar grandes esfuerzos de cambio de presión. Al igual que las calderas de vapor, también se somete a pruebas de presión periódicas por parte del organismo notificado autorizado.
El acumulador de vapor se llena hasta el 50% de su capacidad con agua hirviendo y se calienta hasta la presión de carga con vapor de la caldera.
El acumulador se descarga abriendo las válvulas de cierre del lado del consumidor. Esto reduce la presión en el acumulador. Debido a la reducción de la presión, parte del agua hirviendo se evapora produciendo lo que se denomina vapor de expansión. Cuanto mayor sea el contenido de agua del acumulador y mayor sea la reducción de presión, más vapor se producirá.
Al volver a calentar se suministra al acumulador la misma cantidad de vapor que se extrajo anteriormente. Por tanto, normalmente no es necesario suministrar agua de alimentación adicional al acumulador de vapor durante el funcionamiento.
La viabilidad de utilizar un acumulador de vapor puede estudiarse al planificar nuevos sistemas de calderas y también como medida de reequipamiento para mejorar los procesos existentes. Al utilizar acumuladores de vapor, debe prestarse especial atención a la integración global en el sistema de vapor, desde la caldera de vapor hasta el consumidor, ya que la única forma de aprovechar plenamente las ventajas es garantizando una interacción óptima de todos los componentes. La siguiente figura muestra qué parámetros del proceso y del sistema son decisivos para el acumulador de vapor.
Parámetros que influyen en la planificación y el dimensionamiento de un acumulador de vapor>
|
Superación de la potencia instalada del generador de vapor |
Amortiguación de una demanda cíclica de vapor |
|
Caldera 9,000kg/h |
Caldera 9,000kg/h |
|
Pico de consumo 15,000kg/h, aproximadamente 350kg |
Pico de consumo 11,500kg/h, aproximadamente 28kg |
|
Acumulador de vapor de 20m³ ³ lleno de agua al 65 % de su capacidad |
Acumulador de vapor de 5m³ lleno al 50 % de su capacidad con agua |
|
Se permite un contenido de humedad residual en el vapor de hasta el 5% |
Contenido de humedad residual en el vapor <2% |
|
Acumulador cargado después de 700s |
– |
|
Presión de carga del acumulador 13 bar y descarga ≤ 9.3 bar |
Presión de carga del acumulador 12 bar y descarga ≤ 10.5 bar |
Ejemplos de aplicaciones de un acumulador de vapor (cálculo simplificado e idealizado)
Progresión de la presión en un acumulador de vapor (ejemplo 1)
|
|
Presión en el acumulador de vapor |
|
|
Vapor extraído por los consumidores |
|
|
Salida de vapor de la caldera |
Progresión de la presión en un acumulador de vapor (ejemplo 2)
|
|
Presión en el acumulador de vapor |
|
|
Vapor extraído por los consumidores |
|
|
Salida de vapor de la caldera |
