Operación y mantenimiento de calderas 2009

ULA Ing. de Mantenimiento Calderas de Vapor 2009 1

OPERACION Y OPERACION Y MANTENIMIENTO MANTENIMIENTO DE CALDERASDE CALDERAS

Manuel Avila

ULA 2009

Accidentes Accidentes en en Calderas Calderas

CALDERAS DE VAPOR 1992CAUSA DEL INCIDENTE (Falla) ACCIDENTES HERIDOS MUERTOS

Válvula de seguridad 2Corte por bajo nivel 198 8Control de límites 11Instalación deficiente 34Reparación deficiente 10 1Diseño o fabricación deficiente 15Operación o mantenimiento 150 6Equipo de combustión 27 3 1SUBTOTALES 447 17 2


CALDERAS DE VAPOR 2001CAUSA DEL INCIDENTE (Falla) ACCIDENTES HERIDOS MUERTOS

Válvula de seguridad 4Corte por bajo nivel 161 3Control de límites 8Instalación deficiente 2Reparación deficiente 1Diseño o fabricación deficiente 2Operación o mantenimiento 82 50 7

Equipo de combustión 29 2

Causa bajo investigación 7 1SUBTOTALES 296 56 7

ULA Ing. de Mantenimiento Calderas de Vapor 20093

Operación de CalderasOperación de Calderas

Operación seguraOperación eficiente Operación confiable


ActividadesActividades

Entrenamiento de personalLeyes, normasProcedimientos

– Preliminares– Arranque– Operación– Mantenimiento


Entrenamiento de OperadoresEntrenamiento 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


Preparativos para arranquePreparativos para arranque

Inspección de la caldera y sus auxiliaresLimpieza (tanques y tuberías)Prueba hidrostática (previsiones)Instrumentos (calibración) Controles (ajustes o paso a manual)


Preparativos para arranque (Cont.)Preparativos para arranque (Cont.)

Auxiliares (bombas, ventiladores, sistemas de combustible, agua y drenaje)

RefractariosLimpieza químicaSoplado de sobrecalentadores y

líneas de vaporVálvulas de seguridad


Arranque (objetivos)Arranque (objetivos)

Protección de componentes– corrosión– recalentamiento, – esfuerzos térmicos

Prevención de explosionesProducción adecuada de vapor


Procedimientos de ArranqueProcedimientos de Arranque

Llenado inicial – calidad y temperatura del agua– desalojo de aire– ajuste del nivel

Establecer circulaciónPurga de aire del hogar


Procedimientos de Arranque (Cont.) 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


Pruebas de EficienciaPruebas de EficienciaRegistro de referenciaBalance térmico

– Energía útil (rendimiento)– Pérdidas

• Gases secos• Combustible en humos y cenizas• Radiación de calor• Humedad del combustible y de combustión• Intangibles


Operación Normal de CalderasOperación 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


Sistemas de Control 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

Control de Agua de AlimentaciónControl de Agua de Alimentación


IFV

IFA F(x)

Referencia

IN

F(x)

TA A

K/

Un elemento

IN

K

F(x)

TTTA A

K/

IFV

K

IFA

F(t)Referenciaa

Tres elementos

IN


IPV

Control de Tiro

IPT

IFA

IFO

Fo

IFG

Fg

Fa

Fa(x) Fo(x) Fg(x)

Ref. Flujo de Aire

IFA

TA A

Controlador de Combust.

Error en Flujo de Combust.

Corrección x Flujo de Aire

Demanda de Combustible

Controlador Aire/Comb.

Flujo de Combustibles

IFGIFO

TA A

Control. de Flujo de Aire

Error en Flujo de Aire

Corrección x Combustible

TA A

IPV

Controlador de Presión

Error en Presión Vap.

Compuertas de Ventilad.

Regulador de Aceite

Regulador de Gas

GASACEITE AIRE


Operación Anormal de CalderasOperación 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



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?



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



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

Esquema de Esquema de ProteccionesProtecciones


G

O

A

V


Sistemas de ProtecciónSistemas 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

Sistema de Protección de llamaSistema de Protección de llama


VENTILADORES VTI/VTF

SISTEMA PILOTOFalla de llama oPresión peligrosa de gas o Baja ΔP de aire

COMBUSTION PRINCIPALAlta presión en el hogar oBaja presión de aceite a quemadores o Ultimo quemador cerrado oFalla de llama en todos los quemadores activos oFalla de llama de varios quemadores activos oInterruptor manual activado

Falla de llama de un quemador (otros de llama estable)

Cerrar gas a pilotos y abrir vente oApagar chispas de ignición

Reducir aceite principal

•Falla de todos

Falla de algunos

CONTROL MAESTRO DE DISPARO

Cerrar paso de aceite ppal (suministro y retorno)

Cerrar cada quemador y apagar pilotos y chispas de encendido

Indicador de disparo

Secuencia de Preencendido Secuencia de Preencendido con Purga de Airecon Purga de Aire


Válvulas a quemadores cerradas ¿?

Registro particular abierto

¿?

VTI y VTF Funcionan

¿?

Flujo de aire ≥

25% ¿?

Reserva de 5 min

¿?

Indicador de

disparo y Reinicio

Secuencia normal de encendido


Sistemas ContraincendioSistemas Contraincendio

Riesgos– Sistema de combustible– Calderas (quemadores y precalentador

de aire)– Sala de control e instalaciones

eléctricas– Tuberías calientes– Sistema de tratamiento de agua


Sistemas ContraincendioSistemas 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


Mantenimiento (Objetivos)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


Fallas en el Cuerpo de PresiónFallas 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


Fallas en el Cuerpo de PresiónFallas en el Cuerpo de PresiónCorrosión (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


Fallas en el Cuerpo de PresiónFallas en el Cuerpo de PresiónErosión

– 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


Métodos de PrevenciónMétodos 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


Métodos de PrevenciónMétodos 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


Tratamiento de AguaTratamiento 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


•Agua de ReposiciónAgua 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


Agua de Reposición (Cont.)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


Retorno de CondensadoRetorno de CondensadoImpurezas

– 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


Retorno de Condensado (Cont.)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


Agua de Circulación Agua de Circulación de la Calderade 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


Agua de Circulación de la Agua de Circulación de la Caldera (Cont.)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


Agua de Circulación de la Agua de Circulación de la Caldera (Cont.)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)


Evaluación del Tratamiento de Evaluación del Tratamiento de AguaAgua

Analizadores– Dureza– Fosfatos residuales– Hidrazina residual– Oxígeno– Hierro – Cobre– Sílice


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