Sistemas de medición y control - Generación de vapor

Transcripción

1 Products Solutions Services Sistemas de medición y control - Generación de vapor Endress+Hauser Argentina People for Process Automation Slide 1

2 Introducción Ing. Anibal Mazzone Endress+Hauser Industry Manager Oil&Gas Product Manager Caudal Ing. Maximiliano Muñoz Arbaite SRL Managing Director Slide 2

3 Endress+Hauser Nuestra oferta de productos y servicios Proveemos instrumentos y sistemas para tareas de medición en: Medición de caudal Medición de nivel Medición de presión Medición de temperatura Análisis de líquidos Adquisición de datos Nuestra gama de servicios y soluciones ayudan a hacer que los procesos de nuestros clientes funcionen con una eficiencia óptima: Mantenimiento Puesta en marcha Calibración Reparación Slide 3

4 Endress+Hauser Argentina Oficina Central Tucumán Córdoba Resistencia San Isidro Buenos Aires Oficinas Regionales Litoral: Rosario Santa Fe Mendoza Rosario Buenos Aires NOA: San Miguel de Tucumán - Tucumán Sur: Bahía Blanca Buenos Aires Mendoza: Godoy Cruz - Mendoza Neuquén Bahía Blanca Mar del Plata Comodoro Rivadavia Oficinas Zonales NEA: Resistencia Chaco MDP: Mar del Plata Buenos Aires CDR: Comodoro Rivadavia Representantes de Ventas Córdoba Córdoba Neuquén - Neuquén Slide 4

5 Agenda Mecanismos de falla en la generación de vapor y la importancia del control de calidad del agua Parámetros de control Sistemas de medición y control Puntos de control de caudal Slide 5

6 Products Solutions Services Generación de vapor Mecanismos de falla Slide 6

7 Mecanismos de falla en la generación de vapor Falla Ruptura por esfuerzo Corrosión lado agua Corrosión lado fuego Erosión Fatiga Falta de control de calidad Efecto básico - Sobrecalentamiento repentino - Sobrecalentamiento prolongado - Soldadura de metales diferentes - Corrosión cáustica - Daño por hidrógeno - Corrosión localizada (Pitting) - Corrosión a baja temperatura - Corrosión a alta temperatura - Ceniza volante - Precipitación de escoria - Erosión por sopladores de hollín o partículas de carbón - Vibración - Vibración térmica - Daños por productos químicos - Defectos de material - Defectos de soldadura Slide 7

8 Mecanismos de falla Ruptura por esfuerzo Sobrecalentamiento repentino Sucede por bloqueo interno del tubo, pérdida de circulación de refrigerante, bajo nivel de agua, excesiva temperatura en gases de combustión. Sobrecalentamiento prolongado Restricción de flujo refrigerante, reducción de capacidad de transferencia de calor, bloqueo de paso de gases de combustión, adelgazamiento de pared, material no adecuado. Soldadura de metales diferentes Diferencias excesivas en expansión térmica, soportes inadecuados, procedimiento de soldadura inadecuado. Slide 8

9 Mecanismos de falla Corrosión lado agua Corrosión cáustica Sucede por alta concentración de NaOH, depósitos en zonas de alto flujo térmico, arrastre de productos de corrosión del sistema precaldera. Daño por hidrógeno Agua con ph ácido, contaminación por limpieza, inadecuado control químico, contaminación por fugas de condensador. Corrosión localizada (Pitting) Alta concentración de oxígeno disuelto en agua en superficie interna. Depósitos de combustión en superficie externa. Slide 9

10 Mecanismos de falla Corrosión lado fuego Corrosión a baja temperatura Alto contenido de óxido de azufre en los gases de combustión Operación con temperaturas de metales abajo del punto de rocío ácido Operación con temperaturas de gases inferiores al punto de rocío ácido Corrosión a alta temperatura Combustibles con alto contenido de Sodio, Vanadio y Azufre Alta temperatura de metal en la tubería En ambos casos las fallas producen un adelgazamiento de la pared de las tuberías provocando rupturas de las mismas. Slide 10

11 Mecanismos de falla - Erosión Erosión por ceniza volante Causada por flujo irregular de los gases de combustión, el deslizamiento de tuberías obstruyendo el paso de flujo de gases, combustibles con alto contenido de cenizas. Erosión por ceniza de fondo Arrastre de escoria en tolvas de recolección, propiedades físicas del carbón utilizado. Erosión por sopladores de hollín Deficiente ubicación del soplador de hollín o su operación inadecuada. Soplado con alto contenido de condensado o presión excesiva. Slide 11

12 Mecanismos de falla - Fatiga Fatiga por vibración Causada por diferentes patrones de flujo en los gases de combustión, cargas cíclicas inducidad por el equipo circundante. Fatiga térmica Cambios frecuentes en la temperatura del metal, salpicaduras de agua provenientes de sopladores, soportería inadecuada. Los efectos son generalmente la fisura de la cañería, en distintas partes y de diferentes características según el tipo de fatiga. Slide 12

13 Mecanismos de falla Falta de control de calidad Daños por productos químicos Limpieza química inadecuada, tratamiento del agua incorrecto. Material defectuoso Inadecuado tratamiento térmico durante la fabricación, laminación en el espesor del material, deformaciones por mal manejo de material. Defectos de soldadura Exceso o falta de penetración, porosidad, inclusiones no metálicas, etc. Slide 13

14 Products Solutions Services Generación de vapor Parámetros de control Slide 14

15 Impurezas y consecuencias Impureza Turbidez Color Dureza Alcalinidad Acidez ph CO 2 Dificultades y problema Apariencia indeseable, causa depósitos en tuberías y equipos. Interferencia en análisis colorimétrico de otros parámetros y en sistemas de precipitación de hierro. Principal fuente de incrustación en equipos de intercambio de calor, calderas, tuberías. Espuma y arrastre de sólidos en la producción de vapor. Fragilización del acero en calderas. En altas temperaturas formación de gases corrosivos. Corrosión Indicación de acidez o alcalinidad del agua. Corrosión en líneas de agua y especialmente en vapor y condensado. Slide 15

16 Impurezas y consecuencias Impureza Sulfatos Nitratos Sílice Hierro Manganeso Aceites y grasas Oxígeno Dificultades y problema Incremento de sólidos de caracter corrosivo como sales. Combinado con Calcio es incrustante. Incremento sólidos en el agua. Util para controlar fragilizaciones en caldera. Incrustación y depósitos en el agua de enfriamiento y de calderas. Vaporización en caldera y depósito en álabes de turbinas. Coloración y precipitación en agua. Depósitos. Mismas consecuencias que Hierro. Depósitos, lodos y espumado en calderas, impide transmisión de calor, indeseables. Corrosión en líneas de agua, equipo de intercambio de calor, calderas, retorno de condensado, etc. Slide 16

17 Impurezas y consecuencias Impureza Sulfuro de Hidrógeno Cloruros Amoníaco Conductividad Olor, corrosión. Tóxico. Dificultades y problema Incrementa el carácter corrosivo y sólidos en el agua. Corrosión de algunos metales y formación de iones solubles complejos. Indicación de sólidos ionizables en solución. Conductividad alta implica riesgo de corrosión. Sólidos suspendidos Sólidos totales Taponamiento de líneas, causa depósitos en equipos de transferencia de calor, calderas, condensadores, etc. Suma de sólidos disueltos e insolubles. Slide 17

18 Qué se debe controlar? Sistema de vapor ph, conductividad, Sílice Sistema de agua Agua de condensado ph, conductividad, Sílice Amoníaco Agua de alimentación ph, conductividad, Sílice, (Hidrazina) Agua de caldera ph, conductividad, Sílice, Cloruros, alcalinidad, Hidrazina Slide 18

19 Consecuencias en la falta de control Generador de vapor Corrosión por gases, agentes químicos (sales y álcalis), ph ácido. Depósitos por incrustaciones (Calcio, Carbonatos, Sulfatos, Silicatos, Oxidos de hierro) disminuyendo la transferencia de calor. Depósitos de lodos por Fosfatos de Calcio, Magnesio, Oxidos de Cobre. Slide 19

20 Products Solutions Services Generación de vapor Muestreo y análisis Slide 20

21 Puntos de muestreo Se busca determinar las características de los distintos fluidos verificando y monitoreando las condiciones normales y anormales, proporcionando los parámetros para la alimentación de reactivos, cuando sean necesarios, con el fin de disminuir la incrustación y corrosión en los sistemas antes mencionados. El sistema de análisis consta de una etapa de acondicionamiento de la muestra y luego de las celdas de medición. Puntos de muestreo: Vapor en domo de caldera Drenaje de calentadores a alta presión Purga de caldera Agua de entrada al economizador Vapor sobrecalentado Salida de desgasificador Descarga de bombas de condensado Slide 21

22 Paneles SWAS (Steam Water Analysis System) Acondicionamiento Mediciones analíticas Slide 22

23 Paneles SWAS (Steam Water Analysis System) Mediciones en línea: ph / ORP Conductividad específica, catiónica o diferencial Silicatos, Sodio Distintos metales y no metales según requerimientos (Hierro, Manganeso, Cloruros, Amonio, Fosfatos, etc) Aplicación en área NO Explosiva. Slide 23

24 Paneles SWAS (Steam Water Analysis System) ph / ORP Conductividad Oxígeno Concentración ph ORP Combinado Aliment. externa Slide 24

25 Paneles SWAS (Steam Water Analysis System) Acondicionamiento de muestra Tipo de muestra P máx (bar) T máx ( C) Demanda de muestra Agua ,33 l/min Agua de alimentación 130 / ,83 l/min Vapor ,83 l/min El sistema de acondicionamiento de muestra debe seleccionarse de acuerdo a las condiciones de la muestra asegurando que la muestra que alcance las condiciones operativas aptas para los equipos de medición analítica en términos de presión y temperatura. En todos los casos se requiere como servicio agua de enfriamiento. Slide 25

26 Paneles SWAS (Steam Water Analysis System) Conductividad el parámetro clave Conductividad específica Indicación de la pureza del agua, nivel de aditivos y álcalis provenientes del tratamiento. Conductividad catiónica Monitoreo de impurezas sin aditivos cáusticos en aplicaciones de vapor. Todas las impurezas se transforman en ácido luego de la columna de intercambio iónico. Conductividad diferencial Indicador de concentración de álcalis en agua ultrapura. Se utiliza también para calcular el valor de ph para protección de corrosión. Slide 26

27 Products Solutions Services Puntos de control de caudal Tecnologías disponibles Slide 27

28 La instrumentación y sus asuntos 1] Caudalímetro de vapor inc. T 2 2] Transmisor de presión 3] Caudalímetro de combustible ] Caudalímetro de agua con compensación de temperatura 5] Temperatura de agua alimentación 6] Medición de temperatura del aire de ingreso a combustión 7] Contenido de oxigeno en la salida de gases 8] Temperatura de salida ] Purga SDT (continua) 10] Purga inferior (barros) 11] Medición continua de nivel Source: Dr. Ian Roberts, Bradford 12] Switchs de nivel (limite) Slide 28 Anibal Mazzone

29 Caudalímetro de vapor incluyendo temperatura Ventajas Presión diferencial Tradición y experiencia Amplio rango de aplicación Bajo costo para grandes diámetros Sin electrónicas en el punto de medición Opciones de calibración Amplio rango de materiales Es posible lograr relativa buena exactitud Vórtex Simple y robusto Libre de mantenimiento Rango de medicion >10:1 Instalación económica Ideales para alta P y T Se puede usar en gases contaminado Buen precio para diámetros chicos Las deformaciones influyen poco Slide 29 Anibal Mazzone

30 Caudalímetro de vapor/agua incluyendo temperatura Desventajas Presión diferencial Rango de medición 8:1 Instalación costosa Tramos rectos grandes La exactitud depende del proceso Requiere mantenimiento Aplicaciones limitados en gases sucios Las deformaciones influyen mucho Vórtex Sensor en contacto con el proceso Requerimientos mínimos de caudal Rango de medición pequeño con bajas densidades Costo elevado para diámetros grandes Tramos rectos de entrada salida grandes Slide 30 Anibal Mazzone

31 1 Caudalímetro de vapor incluye temperatura En conjunto con el transmisor de presión y temperatura se usa para determinar la producción de la caldera. Combinado con el caudalímetro de agua de alimentación se pueden hacer cálculos de eficiencia y consumo El caudalímetro de vapor junto con el control de nivel y el caudalímetro de alimentación puede formar un sistema de control para optimizar la operación de la caldera. Esto reduce las fluctuaciones de presion y dismunuye los arrastres de agua. La temperatura y la presión definen la densidad y la entalpía del vapor Slide 31 Anibal Mazzone

32 4 Agua de alimentación con compensación de temp. Se usa para determinar la eficiencia en conjunto con el caudalímetro de vapor. Para dosificación proporcional de químicos a la caldera (se reduce la sobre/sub dosificación, se reduce la corrosión en la caldera y se optimizan las purgas) El caudalímetro de alimentación junto con el control de nivel y el caudalímetro de vapor pueden formar un sistema de control para optimizar la operacion de la caldera. Esto reduce las fluctuaciones de presión y dismunuye los arrastres de agua. Algunos caudalimetros magneticos pueden informar la conductividad del agua, lo que puede indicar problemas de tratamiento primario del agua o contaminación del condensado Slide 32 Anibal Mazzone

33 La instrumentación y sus asuntos 1] Caudalímetro de vapor inc. T 2 2] Transmisor de presión 3] Caudalimetros de combustible ] Caudalímetro de agua con compensación de temperatura 5] Temperatura de agua alimentacion 6] Medición de temperatura del aire de ingreso a combustion 7] Contenido de oxigeno en la salida de gases 8] Temperatura de salida ] Purga SDT (continua) 10] Purga inferior (barros) 11] Medicion continua de nivel Source: Dr. Ian Roberts, Bradford 12] Switchs de nivel (limite) Slide 33 Anibal Mazzone

34 Caudalímetro de combustible Ventajas Presión diferencial Tradición y experiencia Amplio rango de aplicacion Bajo costo para grandes diametros Sin electronicas en el punto de medicion Opciones de calibración Amplio rango de materiales Es posible lograr relativa buena exactitud Vórtex Termicos Ultrasonicos Coriolis Simple y robusto Libre de mantenimiento Rango de medicion >10:1 Instalación económica Ideales para alta P y T Se puede usar en gases contaminado Buen precio para diametros chicos Deformaciones influyen poco Rango de medicion 1:100 Medición directa de masa Sin perdida de carga Version de inserción para los diametros mas grandes Apto para caudales bajos Instalación simple Sistemas multicaminos < 0.5 % Opciones de calibracion Rango de medición 100:1 Sin pérdida de carga Medición directa de masa Máxima exactitud No lo afecta la instalación Mide desde caudales muy bajos Medición bidireccional Slide 34 Anibal Mazzone

35 Caudalímetro de combustible Desventajas Presión diferencial Rango de medicion 8:1 Instalación costosa Tramos resctos grandes La exactitud depende del proceso Requiere mantenimiento Aplicaciones limitades en gases sucios Las deformaciones influyen mucho Vórtex Termicos Ultrasonicos Coriolis Sensor en contacto con el proceso Requerimientos minimos de caudal Rango de medicon pequeño con bajas densidades Costo elevado para diametros grandes Tramos rectos de entrada salida grandes Solo para gases definidos Tramos rectos largos P y T limitados Sensor en contacto con el proceso Sensible a las prop. y cond. del gas Limitados a gases limpios y secos. Los sistemas precisos son costosos Poco difundidos Fluidos sucios causan problemas Tramos rectos largos Densidades bajas son dificiles de medir Son un poco mas caros Generan perdida de carga Slide 35 Anibal Mazzone

36 3 Caudalímetros de combustible Se usan en el calculo total de consumo de combustible y costos y en el calculo de eficiencias directas e indirectas Deben compensar el combustible para poder utilizarse en lso calculos de consumo especifico, por ejemplo, Nm3 / tonelada de vapor, etc Slide 36 Anibal Mazzone

37 La instrumentación y sus asuntos 1] Caudalímetro de vapor inc. T 2 2] Transmisor de presión 3] Caudalimetros de combustible ] Caudalímetro de agua con compensación de temperatura 5] Temperatura de agua alimentacion 6] Medición de temperatura del aire de ingreso a combustion 7] Contenido de oxigeno en la salida de gases 8] Temperatura de salida ] Purga SDT (continua) 10] Purga inferior (barros) 11] Medicion continua de nivel Source: Dr. Ian Roberts, Bradford 12] Switchs de nivel (limite) Slide 37 Anibal Mazzone

38 Products Solutions Services Muchas Gracias por su atención Slide 38 Anibal Mazzone