Instituto Tecnológico de Tuxtla Gutiérrez

Mantenimiento

Unidad 5

Mantenimiento de un generador de vapor

Alumno:

Gonzales Lázaro Héctor AlejandroGordillo López Henry Jordán

Guillen Ruiz Luis EnriqueHernández Hernández Wilber Amauri

Jiménez Pérez JaimePenagos Macías Monserrat Cinthya

Profesor:

Llaven Gordillo Julio Cesar

Fecha de Entrega:

04 de Diciembre del 2014

GENERADORES DE VAPOR

¿Qué es un generador de Vapor?

Un generador de vapor es el conjunto o sistema formado por una caldera y sus equipos complementarios, destinados a transformar agua de estado líquido en estado gaseoso a temperaturas y presiones diferentes de la atmosférica.

Pero, ¿Qué es una caldera?

Una caldera es un recipiente metálico en el que se genera vapor a presión mediante la acción de calor.

Los generadores de vapor son equipos cuyos objetivos son:

Generar agua caliente para calefacción y uso general. Generar vapor para industrias. Accionar turbinas de equipos mecánicos. Suministrar calor para procesos industriales. Producción de energía eléctrica mediante turbinas de vapor

Los generadores de vapor se pueden clasificar en dos tipos, de acuerdo a la forma en que transmiten el calor:

1. Pirotubulares o tubos de humo:

Son aquellos generadores en que el fuego (los gases calientes de la combustión) es conducido a través de unos tubos metálicos llamados fluxes. Por su parte exterior, los fluxes están en contacto con el agua, de tal manera que permiten el calentamiento de ésta hasta producir el vapor que cumpla con las características deseadas. Estas calderas se encuentran comúnmente en las unidades hospitalarias.

2. Acuotubulares o tubos de agua:

En este tipo de caldera, la flama está en el espacio interno del equipo (llamado hogar) y el agua circula por el interior de los fluxes, el fuego calienta los tubos y, por contacto, el agua que está pasando por ellos.

Otro tipo de clasificación son las siguiente:

Según su movilidad: Fija o Estacionaria. Móvil o Portátil.

Según la presión de Trabajo: Baja Presión. 0 a 2.5 Kg/cm² Media Presión. 2.5 a 10 Kg/cm²

Alta presión. 10 a 220 Kg/cm² Supercríticas. más de 200 Kg/cm²

Según su generación: De agua caliente. De vapor saturado o recalentado.

Según el ingreso de agua en la caldera: Circulación Natural: El agua se mueve por efecto Térmico. Circulación forzada: El agua circula mediante el impulso de una bomba.

Según la circulación del agua y de los gases en la zona de tubos: Pirotubulares o de tubos de humo. Acuotubulares o de tubos de agua.

COMPONENTES PRINCIPALES

Conjunto del Quemador: Al accionar un interruptor eléctrico (prender el equipo), este dispositivo hace que se produzca una chispa entre los electrodos originada por el alto voltaje que produce un transformador (mismo fenómeno que produce el rayo atmosférico). Así, se enciende el piloto, se abre el paso de combustible y de aire para que encienda la flama, y una vez que la fotocelda verifica lo anterior, se mantiene en funcionamiento. El conjunto del quemador comprende las boquillas, los electrodos, la fotocelda y el cañón quemador.

Control de nivel del agua: Verifica que el nivel del agua dentro de la caldera sea un nivel seguro para que ésta encienda. Durante la operación, vigila y corrige errores; si baja el nivel, envía una señal a la bomba de alimentación para que arranque e inyecte más agua, si continúa bajando, por seguridad envía otra señal al quemador para que se apague y no permite que se encienda hasta tener un nivel seguro; y en caso de que suba el nivel del agua, envía una señal para que se pare la bomba. El sistema de control de nivel del agua comprende del cristal de nivel visual, grifos de prueba del cristal de nivel, columna de nivel y control de nivel de agua.

Bomba de inyección de agua: Al bajar el agua del nivel mínimo de operación, recibe la señal del control de agua y arranca, tomando agua del tanque de condensado e introduciéndola a la caldera; en cambio, cuando sobrepasa un nivel de seguridad prefijado, también se apaga para no exceder el nivel de operación y ahogar la caldera.

Cuerpo de la caldera: En el interior de la caldera se encuentra el hogar (espacio donde se lleva a cabo la combustión) y los tubos fluxes, donde se lleva a cabo el calentamiento del agua, ya sea interior o exteriormente, y tiene un aislamiento interior y exterior para evitar pérdidas de calor y quemaduras al personal. También cuenta con tapas y registros para permitir el acceso para darle mantenimiento. Comprende de tubos fluxes, material refractario, mamparas (no siempre), empaques y tapón fusible (solamente en el caso de las calderas de tubos de humo).

Sistema de combustible: Este sistema mantiene la alimentación de combustible adecuada para la combustión que se realiza en el hogar de la caldera. Comprende tuberías, filtros, bomba de combustible y válvula solenoide.

Sistema de aire: Este sistema es el elemento primordial para mantener una combustión. Debe ser regulado de acuerdo al consumo de vapor y en proporción adecuada al combustible, para mantener la flama con una combustión no contaminante y económica. Comprende la malla del ventilador, el ventilador y las varillas de ajuste para el modutrol (modulador de entrada el aire).

Controles eléctricos: El programador es el cerebro de la caldera, ya que se encarga de efectuar la secuencia adecuada del encendido y apagado del equipo. En este sistema existen auxiliares de arranque y paro por presión (presostato), a partir de una presión establecida (presuretrol). Envía una señal para modular la flama, variando la entrada de aire a través del modutrol. Comprende del control programador, presostato, presuretrol, control de nivel de agua, modutrol y alarma.

Domo o Hervidor Este componente es también llamado Caldera, es un recipiente metálico diseñado con las condiciones de presión a las que debe trabajar el generador de vapor. La función básica del domo es la de separar el vapor de la mezcla vapor-agua y mantener el vapor seco. En las unidades que no tienen economizador, es en el domo donde se dispone el agua previamente tratada y desde ahí se distribuye por todos los tubos del circuito bien sea por medio de flujo natural o por flujo forzado. En las unidades con economizador, el agua es precalentada en el economizador antes de ser llevado al domo. Aquellas unidades denominadas “de un solo paso” carecen de domo.

Sobrecalentador y Recalentador La adición de calor al vapor después de la evaporación o el cambio de estado, viene por un aumento en la temperatura y la entalpía del fluido. El calor se agrega al vapor en componentes de la caldera llamados sobrecalentadores y recalentadores, los cuales se componen de elementos tubulares expuestos a los productos gaseosos a alta temperatura de la combustión. Las ventajas del sobrecalentamiento y recalentamiento en la generación de potencia son resultado de la ganancia termodinámica en el Ciclo de Ranking y de la reducción de las pérdidas de calor debidas a la humedad en las etapas de baja de presión en la turbina.

Con presiones y temperaturas altas del vapor se dispone de más energía útil, pero los avances hacia temperaturas altas del vapor a menudo son restringidos por la resistencia mecánica y la oxidación del acero y de las aleaciones ferrosas con los que se cuenta en la actualidad y son económicamente prácticos para su uso en la parte a presión de las calderas y en las construcciones de alabes de las turbinas. El término “sobrecalentado” se aplica al vapor de más alta presión y el de “recalentado” se refiere al vapor de presión más baja que ha liberado parte de su energía durante la expansión en la turbina de alta presión. Con presión de vapor inicial alta pueden emplearse una o más etapas de recalentamientos con el fin de mejorar la eficiencia térmica. Se clasifican en dos grandes grupos: Radiantes o de Convección.

Sobrecalentadores Radiantes:

Por lo general se disponen para expansión directa a los gases del hogar y, en algunos diseños, forman parte de la cubierta de éste. En otros diseños, la superficie se dispone en forma de espiras tubulares o planchas, con amplio espaciamiento lateral extendiéndose hacia el hogar. Esta superficie se expone a los gases a alta temperatura del hogar que se mueve a velocidades relativamente bajas, así que la transferencia de calor se hace por radiación.

Sobrecalentadores de Convección:Se instalan más allá de la salida del hogar, donde la temperatura del gas son más bajas que las de las zonas en las que se usan los Sobrecalentadores de tipo radiante. Por lo común, los tubos se disponen en la forma de elementos paralelos, con poco espaciamiento lateral y en bancos de tubos que se extienden parcial o completamente a través de la corriente de gas, con el gas fluyendo a través de los espacios relativamente angostos entre los tubos. Se obtienen gastos elevados de gas y en consecuencia velocidades altas de transferencia de calor por convección a expensas de la caída de presión de gas a través del banco de tubos.

Spray Atemperador Los atemperadores, también conocidos como de sobrecalentadores, son boquillas atomizadoras en los tubos de la caldera entre los sobrecalentadores. Estas boquillas atomizadoras suministran una fina niebla de agua pura en el camino del flujo del vapor para prevenir el daño del tubo por sobrecalentamiento. Los Atemperadores son provistos tanto para los sobrecalentadores como para los recalentadores.

Precalentadores de Aire Los precalentadores de aire al igual que los economizadores extraen calor de los gases de combustión con temperaturas relativamente bajas. La temperatura del aire de entrada es menor que la del agua que entra al economizador y por tanto es posible reducir aún más la temperatura de los productos gaseosos dela combustión, antes de que se descarguen en las chimeneas. El calor que se recupera de los gases de la combustión se recicla al hogar junto con el aire de combustión y cuando se agrega a la energía térmica liberada por el combustible, se convierte en energía disponible para la absorción en la unidad generadora de vapor, con una ganancia en la eficiencia térmica global. El uso de aire precalentado para la combustión acelera la ignición y fomenta una combustión rápida completa del combustible. Los calentadores de aire se clasifican en general como: Recuperativos o Generativos. En ambos se usa la transferencia por convección del calor, de la corriente del gas a un metal o una superficie sólida y la transferencia por convección de esta superficie al aire.

Los calentadores de aire se clasifican en general como: Recuperativos o Generativos.

Recuperativos:En éstos, las partes metálicas estacionarias forman una frontera de separación entre los fluidos, el que se calienta y el que se enfría, y el calor pasa por conducción a través de la pared metálica.

Regenerativos:Hay dos tipos básicos, en el primer tipo, los elementos de transferencia de calor se mueven alternadamente a través de las corrientes de gas y aire que pasan por ciclos sucesivos de calentamiento y enfriamiento, y reciben la transferencia de calor por la capacidad de almacenamiento térmico de los elementos. En el otro tipo de precalentador regenerativo, tiene elementos estacionarios y el flujo alterno del gas y del aire se controla al hacer girar las conexiones de entrada y salida.

FALLAS MÁS COMUNES EN LOS GENERADORES DE VAPOR

SÍNTOMA CAUSA CORRECCIÓN

No hay chispa Mal ajuste de los electrodosSe carbonizan los electrodos

Transformador en mal estadoElectrodos estrelladosLínea aterrizada

Ajustarlos correctamenteLevantarlos para que no los bañe el combustibleRepararlo o cambiarloCambiarlosCorregir el defecto

Hay chispa y combustible, sin embargo no enciende

Están desajustados los electrodos y no hacen contacto con el combustible

Ajustarlos para que hagan contacto

Ausencia de combustible en los inyectores

Falta combustible en el tanqueVálvulas de paso cerradasFiltro obstruidoTiene aire la bombaBomba descompuestaVálvula solenoide descompuestaBoquillas obstruidasTubería obstruida

Llenar el tanqueAbrir las válvulasLavar el filtroPurgar bomba de combustibleRepararlaReparar o cambiar

Limpiar el cedazo y el difusorLimpieza interior o reposición

Mala verificación de flama Fotocelda en mal estadoDucto de fotocelda bloqueadoPantalla de fotocelda suciaFalso contacto

Reponer fotoceldaLiberar de obstruccionesLimpiar la pantallaChecar zapatas y conexiones

Mala combustión Exceso de humo negro

Exceso de humo blanco

Reducir proporción de combustibleReducir proporción de aire

Fugas en registros Están flojas las tuercas

Empaque defectuosoAsientos sucios con sarro

Apretarlas (sin presión en la caldera)Cambiar empaqueLimpieza profunda y cambio de empaque

SÍNTOMA CAUSA CORRECCIÓN

Fugas en conexiones Conexión floja Poner cinta teflón y apretarFugas en la purga Los asientos en las válvulas

están suciosLos asientos en las válvulas están desgastados

Limpieza del asiento

Asentarlos o cambiar válvula

Fugas en estoperos Falta empaque grafitado Colocar empaque y apretar (sin presión en la línea)

Fuga en la tapa posterior Fusible de seguridad fundidoLagrimean los tubos flux

Ruptura interior de un tubo

Reponerlo por uno nuevoRotarlos y expandirlos, o cambiarlosReponerlo

Fuga en el control de nivel Fuelle rotoEmpaques en mal estadoCuerpo poroso

Cambiarlo por uno nuevoCambiarlosCambiar el control

La bomba de agua no inyecta y no funciona el

motor

Se botó el interruptor termomagnéticoSwitch manual abiertoBobina el arrancador magnéticoPlatinos flameadosCápsula de mercurio rotaTurbina de la bomba gastadaCuña de la flecha defectuosaCople flexible en mal estadoVálvula de retención defectuosaTubería de acceso a la caldera está tapadaTubería de acceso al control de nivel está tapada

Restablecerlo o cambiar el relevador bimetálicoCerrarloCambiarla por una nuevaReponerlos por nuevosCambiarlaCambiar la turbinaCambiarlaCambiarloCambiarlaLimpiar obstrucciones

Limpiar obstrucciones

SÍNTOMA CAUSA CORRECCIÓN

La caldera se llena completamente de agua

Flotador de control de nivel perforadoCorto en la cápsula de mercurioIncrustamiento que obstruye al flotadorPlatinos muy flameados, no se desconectan, se quedan pegados

Reponerlo

Cambiar la cápsulaLimpieza interior

Cambiar los platinos

Falla en el control de presión Cápsula de mercurio carbonizadaFuelle de control de presión

Cambiar la cápsula

Reponerlo

dañadoControl de presión desniveladoCorto circuito en el alambradoTubería de acceso al control obstruida

Ajustar a lo deseadoReparar anomalíaEfectuar limpieza de tubería

Ejemplos de lubricantes para máquinas de vapor

Aceite lubricante mineral puro para cilindros de máquinas alternativas a vapor. Disponible

en los grados ISO 460, 680 y 1500.

LUBRAX INDUSTRIAL CIV: está recomendado para sistemas que trabajen con vapor

saturado o sobre calentado, particularmente para sistemas con condensadores en que se

desee recuperar el condensado.

LUBRAX INDUSTRIAL CIV: también se recomienda para lubricación económica de

máquinas en las cuales el aceite no es reaprovechado o que exijan una gran reposición

del mismo, como por ejemplo guías, cojinetes y engranajes.

Como regla general, las escalas de temperaturas recomendadas para el uso de LUBRAX

INDUSTRIAL CIV: son : hasta 190°C para el grado ISO 460, hasta 220°C para el grado

ISO 680 y hasta 240°C para el grado ISO 1500.

LUBRAX INDUSTRIAL CIV-1500: es una opción para casos de temperaturas extremas o

cuando exista alguna deficiencia en los sellos de los cilindros debido al desgaste de los

equipos.

LUBRAX INDUSTRIAL CIV: no debe ser utilizado en sistemas con vapor húmedo, lo más

indicado para esta condición es el LUBRAX INDUSTRIAL CIV-...-GD.

Aceite lubricante para cilindros de máquinas alternativas a vapor húmedo (con pérdida

total de condensado) y compresores de gases de procesos petroquímicos. Disponible en

los grados ISO 460 y 680.

LUBRAX INDUSTRIAL CIV-GD: posee buena oleosidad, protegiendo las superficies

metálicas del desgaste a bajas cargas.

LUBRAX INDUSTRIAL CIV-460-GD: está recomendado para la lubricación de cilindros

de máquinas a vapor que trabajan con vapor húmedo bajo presiones de hasta 15 kg/cm2

y temperaturas inferiores a 200° C.

LUBRAX INDUSTRIAL CIV-GD: está recomendado para sistemas con presiones

superiores a 15 kgf/cm2 y temperaturas entre 200°C y 300°C

LUBRAX IDUSTRIAL CIV-GD: puede ser utilizado en la lubricación de engranajes sin fin

y otras piezas que trabajen con movimientos deslizantes en  ambientes húmedos, bajo

cargas moderadas.

Aditivos - agente de oleosidad y antioxidante.

Análisis de vibraciones

Mal estado de los sensores de vibración o de las tarjetas acondicionadoras de señal.

Es posible que lo que estemos considerando como una vibración sea en realidad una falsa señal, que tenga como origen el mal funcionamiento del sensor encargado de detectarlo. Cuando se produce un disparo por altas vibraciones es conveniente estudiar detenidamente la gráfica de vibraciones del sensor que ha provocado el disparo del periodo anterior a éste (quizás 2-4 horas antes). Una indicación del mal estado de un sensor suele ser que el aumento de vibración no se produce de forma gradual, sino que en la gráfica se refleja un aumento momentáneo muy alto de la vibración. Mecánicamente es muy difícil que este fenómeno se produzca (el aumento instantáneo del nivel de vibración), por lo que si esto se observa, probablemente sea debido a una señal espúrea provocada por el mal estado del sensor o por la influencia de un elemento externo que está provocando una alteración en la medición.

Identificar amplitudes que se presentan con más frecuencia Determinar causas de vibración Desequilibrio, desalineamiento, tensión en bandas, rodamientos,

engranajes, claros u holguras, lubricación.

Tensión de tuberías de vapor. 

Si el alineamiento de tuberías no es perfecto o no se han considerado correctamente los efectos térmicos de la dilatación, pueden provocarse tensiones en tuberías que hagan que se ejerza una fuerza extraña sobre la carcasa. Estas fuerzas pueden provocar

vibraciones, entre otras cosas. La tubería de salida de vapor suele ser flexible, y la salida suele ir equipada con un compensador que une la carcasa de la turbina a la tubería de salida. Para comprobar si existe algún problema en este sentido, es conveniente soltar las tuberías de entrada y salida y comprobar cuál es su posición natural sin que estén unidas a cualquier otro elemento.

Ultrasonido

Detecta sonido fuera del rango audible 0.25 a 25 MHz

Detecta fallas superficiales e internas

Cavitación en bombas

Fugas de aire

Fugas de vapor

Pulsos de choque de baleros

Este método se utiliza principalmente en la detección y diagnóstico de defectos de rodamientos:

Análisis de vibración, ruido y ondas

Análisis de partículas en el aceite

Fig 1 : pulso de choque de baleros

Fig 2 Generación de impactos por la presencia de un defecto

Termografía

la termografía es un método eficaz para determinar fallas o fugas de vapor debido a grietas por vibraciones en las paredes y el refractario de los generadores de vapor, resulta una tarea fundamental en la planificación de las tareas de mantenimiento

Las paredes de estos tipos de generadores de vapor están formadas, entre otros elementos, por una capa de material refractario y una capa de material termoaislante, y tienen como objetivo las siguientes funciones fundamentales: (Oliva y Beatón, 1988).

• Garantizar la hermeticidad del horno y de los conductos de gases con el objetivo de disminuir considerablemente las infiltraciones de aire frio en los generadores de vapor con tiro balanceado. (Oliva y Beatón, 1988; Wilson, 1959).

• Garantizar condiciones higiénico-sanitarias aceptables al personal de explotación y mantenimiento, para lo cual la temperatura de la superficie exterior del refractario no debe sobrepasar los 55 oC (Oliva y Beatón, 1988; Wilson, 1959).

Fig 3: cámara infrarroja portátil fig 4:zonas de operación normal

PRUEBAS DE CIMENTACION

Los dos parámetros más importantes que deben ser determinados, en cualquier diseño dinámico de cimentación son: frecuencia natural, amplitud de vibración del sistema maquinaria-suelo, en condiciones normales de operación

La cimentación generalmente consiste en un bloque de concreto rígido, que tiene preparaciones para montar la maquinaria. Las maquinas pueden ser colocadas directamente en el bloque de concreto o en un cojinete elástico diseñado adecuadamente

Los generadores de vapor que tengan una superficie de calefacción igual o superior a 5 m2 y cuya presión de trabajo exceda de 2,5 kgs/cm2, se instalarán en un recinto denominado sala de calderas. Su construcción será de material incombustible y estará cubierta de techo liviano.

La sala de calderas no podrá estar ubicada sobre construcción destinada a habitación o lugar de trabajo.

La sala de calderas tendrá la amplitud suficiente para permitir, en forma segura, todos los trabajos de operación, mantención, inspección y reparación. Deberá disponer de adecuada ventilación y de buena iluminación.

La distancia mínima entre la caldera y las paredes del recinto será de 1 metro,

como asimismo, entre la caldera y cualquier otro equipo o instalación.

Sobre el elemento o accesorio más elevado de una caldera se dejará un espacio

libre de a lo menos un metro.

Además, deberá tener dos puertas o más, en direcciones diferentes, las que se mantendrán, en todo momento, libres de obstáculos que puedan impedir el paso. Se prohíbe mantener cerradas con llave las puertas, mientras las calderas estén funcionando, lo mismo que el empleo de chapas que sólo puedan abrir manualmente por dentro.