Sección 7. Optimización de sistemas de vapor - Distribución. Fugas de vapor Pérdidas de la transferencia de calor por el aislamiento

Transcripción

1 1 Sección 7 Optimización de sistemas de vapor - Distribución Fugas de vapor Pérdidas de la transferencia de calor por el aislamiento

2 2 Sistema de vapor genérico Distribución Fuente: US DOE ITP Steam BestPractices Program

3 3 Fugas de vapor "Las fugas de vapor son un un componente esencial del sistema, si no las oigo o no la escucho, cómo sé que el sistema está funcionando?" ~ Frase de un usuario final

4 4 Fugas de vapor Se pueden encontrar fugas de vapor en cualquier parte, pero los lugares más comunes son: Bridas y uniones de juntas empalmes de tuberías Válvulas, vástagos y empaquetaduras trampas de vapor válvulas de seguridad Fallas en tuberías, etcétera Estimando un "orden de magnitud" de las pérdidas de vapor se puede determinar si la reparación tiene que hacerse inmediatamente, durante la siguiente parada, o si puede hacerse sin desconectar la parte afectada Las fallas en las tuberías (pérdidas de vapor) son muchas veces una "cuestión de seguridad" que hay que resolver inmediatamente

5 5 Fugas de vapor Métodos para determinar el impacto económico de las fugas de vapor a partir del modelo del SSAT a partir de la experiencia y de la observación - altura del penacho a partir de mediciones y cálculos usando la ecuación de flujo obstruido - ecuación de Napier Mediciones de campo con un tubo de pitot Técnica ultrasónica, a partir de los instrumentos y del protocolo (estándar) especificados por el fabricante Otros sistemas o metodologías de balanceo del equipo Se puede medir la fuga de condensado con un cronómetro y metodología de la cubeta

6 Fugas de vapor 6

7 7 Fugas de vapor Ecuación del flujo obstruido de Napier m 0, 695 A orifice P Esta ecuación es válida para: Condiciones de flujo obstruido: Presión de escape < 0,51*P Coeficiente de descarga 0,6 A orifice es la superficie del orificio (o de la fuga) en mm 2 P es la presión del vapor en bares (absoluta) Se puede determinar el costo de una fuga de vapor multiplicando la tasa de fuga por el costo unitario del vapor

8 8 Ejemplo de sistema de vapor En un cabezal de 2 barg se encontró una fuga de vapor con un orificio de ~4 mm de diámetro. Estime el costo de la fuga de vapor Ecuación del flujo obstruido de Napier m m 0,695 A orifice Costo unitario del vapor $ 91,67 por cada kg P 0,695 12, ,32 kg / hr Costo de la Costo de la fuga fuga m κ 26,2 91, $ / año

9 9 Proyecto 17 del SSAT: Fugas de vapor Cantidad de fugas de vapor estimadas a partir del modelo del SSAT Suponga que la última vez que hizo el mantenimiento de las fugas de vapor fue hace seis meses La cantidad de fugas de vapor es igual al 1 % de la cantidad de trampas que especificó en la sección "Quick Start" La estimación de los ahorros es muy aproximada El usuario ingresa la cantidad de fugas de vapor Estimación aproximada de ahorros Se recomienda usar este método para hacer estimaciones aproximadas UNICAMENTE

10 10 Proyecto 1 del SSAT: Fugas de vapor En un cabezal de 2 barg se encontró una fuga de vapor con un orificio de ~4 mm de diámetro. Estime el costo de la fuga de vapor Ecuación del flujo obstruido de Napier m 0,695 A orifice P m 0,695 12, ,2 kg / hr Haga el proyecto 1 - Ahorros de la demanda de vapor en el cabezal en el que se eliminaron las fugas

11 11 Proyecto 1 del SSAT: Fugas de vapor Project 1 - Steam Demand Savings (Changing the process requirements) Current use - HP: 20 t/h (12273 kw) MP: 40 t/h (26660 kw) LP: 70 t/h (50091 kw) Do you wish to specify demand savings? Yes If yes, enter HP saving 0 t/h If yes, enter MP saving 0 t/h If yes, enter LP saving t/h Note: A negative saving can be entered to model an increase in demand Note: The savings have been converted to heat duties of 0 kw (HP), 0 kw (MP) and 19 kw (LP) based on current header enthalpies Note: These heat duties are then used to determine the actual flow change in the Projects Model based on the calculated header enthalpies Results Summary SSAT 3 Header Experts Training Example Model Status : OK Cost Summary ($ '000s/yr) Power Cost Current Operation 4,380 After Projects 4,380 Reduction 0 0.0% Fuel Cost 110, , % Make-Up Water Cost % Total Cost (in $ '000s/yr) 115, , %

12 12 Puntos más importantes / Acciones recomendadas 1. Todas las plantas tienen fugas de vapor y todas las plantas industriales tendrían que tener un programa de gestión de fugas de vapor basado en la mejora continua 2. Estimando un "orden de magnitud" de las pérdidas de vapor se puede determinar si la reparación tiene que hacerse inmediatamente, durante la siguiente parada, o si puede hacerse sin desconectar la parte afectada

13 13 Aislamiento del sistema de vapor Por qué los sistemas de vapor necesitan aislamiento? Seguridad de las personas - altas temperaturas Minimizar las pérdidas de energía Proteger el sistema de las condiciones ambientales Preservar la integridad del sistema Áreas más habituales con oportunidades de mejora del aislamiento Cabezales de distribución Visores de inspección Válvulas Líneas de retorno de condensado Equipo de los usos finales Tanques de almacenamiento, vasijas, etcétera

14 14 Aislamiento del sistema de vapor Hay varias razones por las que el aislamiento se rompe o falta dando oportunidades de ahorros energéticos en el área del aislamiento Aislamiento faltante debido a actividades de mantenimiento aislamiento faltante o dañado debido a mal uso aislamiento dañado debido a accidentes desgaste normal y ruptura de la aislamiento debido a condiciones ambientes Válvulas y otros componentes no aislados

15 15 Aislamiento del sistema de vapor Para cuantificar el impacto económico del aislamiento se necesitan algunos instrumentos básicos, software y datos básicos Cámara de termografía infrarroja Pistola de temperatura infrarroja Cinta métrica Software de evaluación del aislamiento 3E Plus Información del funcionamiento horas por año Condiciones ambientales temperatura viento

16 16 Herramienta de aislamiento - 3EPlus La North American Insulation Manufacturers Association (NAIMA) desarrolló el 3EPlus, que determina el espesor óptimo del aislamiento para una amplia variedad de materiales de aislamiento Los resultados del software son: Pérdidas de la transferencia de calor de la superficie Temperatura de la superficie de aislamiento Amortización simple del proyecto de aislamiento

17 17 Software de evaluación del aislamiento Programa gratuito del NAIMA Energía Pérdida de Calor Impacto del costo Evaluación del impacto ambiental Espesor del aislamiento: consideraciones económicas Análisis del costo de la vida útil

18 18 Ejemplo de sistema de vapor - Aislamiento faltante Se ha observado que hay un cabezal de 10 bares con una sección de 10 metros sin aislamiento. Diámetro nominal 25,4 cm Temperatura del vapor ~ 362 C Estime el impacto económico del aislamiento. Fuente: US DOE ITP Steam BestPractices Program

19 Evaluación del aislamiento 19

20 Evaluación del aislamiento 20

21 21 Evaluación del aislamiento ( ) año Nm año Nm Ahorros año Nm kj Nm yr GJ CombustibleAhorrado año GJ año hr hr s s kj CombustibleAhorrado kw Q saved $ $ 1, , ,0 81, ,

22 22 Carga térmica del intercambiador de calor Demanda equivalente de vapor Suministro de vapor Material calentado Pérdida de transferencia de calor por una tubería sin aislamiento El suministro total de energía térmica total incluye la carga del intercambiador de calor y la carga de las tuberías sin aislamiento

23 23 Carga térmica del intercambiador de calor Demanda equivalente de vapor Suministro de vapor Material calentado Pérdida de transferencia de calor por una tubería sin aislamiento La carga térmica total disminuirá si se aíslan las tuberías - disminuye la demanda de vapor del intercambiador de calor

24 24 Pérdida de energía convertida en pérdida de vapor Si se calcula el impacto energético como "costo de vapor": Q total q per length L total Q total W W ( ,7 )( 10 m) m m Q total 81,0 kw

25 25 Pérdida de energía convertida en pérdida de vapor Ubicación Temperatura (⁰C) Volumen específico (m3/kg) Entalpía (kj/kg) Calidad (%) Presión (bar [g]) Vapor 362 0, ,0 **** 10,00 Vapor saturado 184 0, ,0 100,0 10,00 Líquido Saturado 184 0, ,5 0,0 10,00 m ( ) ( ) kj kj ,5 h Q h total condensate 81,0 kg kw kg m 0,033 kg s 121,5 kg hr

26 26 Pérdida de energía convertida en pérdida de vapor K m k Si sabemos el costo del vapor K 121,5 kg hr $ ( 93,16 ) tonelada tonelada kg K 11.3 $ hr ( hrs ) $ año año 1 También se puede usar el proyecto de demanda de vapor del SSAT

27 Proyecto 1 del SSAT: Aislamiento Project 1 - Steam Demand Savings (Changing the process requirements) Current use - HP: 20 t/h (12273 kw) MP: 40 t/h (26660 kw) LP: 70 t/h (50091 kw) Do you wish to specify demand savings? Yes If yes, enter HP saving 0 t/h If yes, enter MP saving t/h If yes, enter LP saving 0 t/h Note: A negative saving can be entered to model an increase in demand Note: The savings have been converted to heat duties of 0 kw (HP), 81 kw (MP) and 0 kw (LP) based on current header enthalpies Note: These heat duties are then used to determine the actual flow change in the Projects Model based on the calculated header enthalpies Results Summary SSAT 3 Header Experts Training Example Model Status : OK Cost Summary ($ '000s/yr) Power Cost Current Operation 4,380 After Projects 4,380 Reduction 0 0.0% Fuel Cost 110, , % Make-Up Water Cost % Total Cost (in $ '000s/yr) 115, , % On-Site Emissions Current Operation After Projects Reduction CO2 Emissions t/yr t/yr 198 t/yr 0.1% SOx Emissions 0 t/yr 0 t/yr 0 t/yr N/A NOx Emissions 439 t/yr 439 t/yr 0 t/yr 0.1% 27

28 Evaluación del aislamiento 28

29 Evaluación del aislamiento 29

30 30 Problemas comunes del aislamiento Aislamiento faltante debido a actividades de mantenimiento Aislamiento faltante debido a mal uso Aislamiento dañado Válvulas y otros componentes no aislados

31 31 Evaluación del aislamiento en sistemas sin cogeneración En los sistemas que producen únicamente energía térmica (sin cogeneración), el costo del vapor es básicamente el costo del combustible dividido por la eficiencia de la caldera Se puede usar el 3E-Plus para calcular los ahorros generados por el aislamiento en el caso de sistemas sin cogeneración

32 32 Proyecto 18 del SSAT: pérdida del aislamiento Do you wish to model the impact of improved insulation? Project 18 - Improved Insulation Currently modeled based on percentage heat loss on each header Note: Model will assume that heat losses are reduced to 10% of the current value by improving insulation No NO use este proyecto

33 33 Proyecto 18 del SSAT: pérdida del aislamiento El cálculo del aislamiento del SSAT es únicamente una estimación aproximada del impacto de la mejora del aislamiento del sistema de vapor Se basa en reducir la pérdida de transferencia de calor en un 90 % en comparación con el escenario del caso "básico" actual El 3EPlus ofrece una metodología muy precisa y hay que usarlo junto con el proyecto 1 del SSAT de ahorros de la demanda de vapor para determinar el impacto real de la mejora del aislamiento

34 34 Puntos más importantes / Acciones recomendadas 1. Hay varias razones por las que el aislamiento se estropea o falta 2. Esas áreas provocan pérdidas significativas de energía. Habría que implementar un programa de evaluación (auditoría) del aislamiento basado en la mejora continua en todas las plantas industriales 3. Para cuantificar el impacto económico provocado por el aislamiento faltante o dañado, se necesitan algunos instrumentos básicos, modelos de transferencia de calor y datos de los procesos

35 Distribución - mejores prácticas habituales Reparar las fugas de vapor Minimizar el venteo de vapor Asegurarse de que las tuberías de vapor, válvulas, empalmes y vasijas estén bien aislados Aislar el vapor de las líneas fuera de uso Minimizar los flujos que pasan por las estaciones de alivio de presión Reducir la caída de presión en los cabezales Drenar el condensado de los cabezales de presión Fuente: US DOE BestPractices Steam System Sourcebook 35