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Desaireadores - Desaereador - Desgasificador

03-06-2013
  1. Este dispositivo, sirve para calentar agua de alimentación de una caldera, asimismo elimina oxígeno y gases disueltos del agua de alimentación, acontinuación los detalles:

(a) Calentador abierto del agua de alimentación que usa vapor a baja presión, elimina aceite y ventea los gases incondendables. (b) Desaireador tipo bandeja. (c) Desaireador tipo spray.

Calentador desaireador. El calentador desaireador, es un desarrollo del calentador abierto y aumenta su función de eliminación del oxígeno al trabajar a temperaturas correspondientes a presiones por encima de la atmosférica. Aunque por esta razón no es más que un calentador «abierto» es, sin embargo, un calentador de contacto directo. Se usa con excelentes resultados en plantas de tamaño medio a grande donde hay disponible un volumen suficiente de vapor a baja presión (de 5 a 50 psi = de 0,35 a 3,5 kg/cm2) para el proceso de calefacción. El oxígeno y los gases incondensables son venteados con el vapor a través de una ventilación condensadora en la parte superior del calentador. Aquí, el vapor se condensa y el condensado retorna al sistema con el oxígeno y los otros gases incondensables venteados, por medio de la bomba de vacío, a la atmósfera.



Figura de inyectores para el ingreso de agua al desaireador, el efecto lo realiza en forma de spray.

 

Figura Sección de bandejas.

 

Figura parte inferior del desaireador, ingreso al depósito de agua.


Calentadores abiertos de agua de alimentación.
Los calentadores de agua de alimentación abiertos son calentadores de contacto directo porque utilizan el calor del vapor para calentar agua a medida que se mezclan.El calentador abierto trabaja a baja presión, desde la atmosférica a 30 psig (2,1 kg/cm2) con el agua y el vapor a la misma presión. La unidad mostrada en la siguiente figura incluye un separador de vapor y aceite en la entrada. El agua gotea hacia abajo desde la entrada superior sobre unas bandejas que dividen los chorros de agua para operar una mejor mezcla con el vapor y mejorar así la transferencia térmica. El agua calentada pasa a través de un filtro de coque antes de entrar en la bomba de aspiración de la caldera.
El calentador de contacto directo tiene dos divisiones básicas, el calentador abierto normal y el calentador desaireador. El calentador abierto se diseñó originalmente para utilizar vapor de escape para el calentamiento del agua de alimentación y es esencialmente un calentador de baja presión. Está siempre situado en el lado de aspiración de la bomba de alimentación, y debe estar a una altura suficiente por encima de la aspiración de la bomba para evitar la formación de vapor. (Cuando el agua caliente está sometida a vacío, vaporiza instantáneamente («flasheado»). Así, una bomba que maneje agua caliente, debe tener su aspiración de alimentación bajo presión positiva, o no fluirá el agua a la bomba. Una bomba que aspira vapor se dañará.) La presión requerida (altura requerida) depende de la temperatura máxima del agua.
El principio del calentador abierto es pasar agua fría de alimentación desde la parte superior cayendo sobre una serie de bandejas metálicas. El vapor a baja presión entra entre estas bandejas, condensándose y mezclándose con el agua.
Además, otras funciones llevadas a cabo por el calentador abierto para elevar la temperatura del agua son:

Depósito de sólidos que causan dureza «temporal» en el agua.
Eliminación de una parte considerable del oxígeno libre al llevar el agua a su punto de ebullición y ventear los gases a la atmósfera.
Paso 1 puede reducir la formación de incrustaciones en la caldera.
Paso 2 ayuda a reducir la corrosión y el picado, que son acelerados por el oxígeno libre.
Los recientes incidentes de roturas de desaireadores en Estados Unidos, han dado como resultado una intensificación de la vigilancia y la necesidad del aumento de inspección de soldaduras de estos recipientes, y también evitar los cambios repentinos de presión en la tubería de conexión, lo que se da en el caso de los «viaje» * que se producen en los turbogeneradores. Normalmente, las líneas de extracción de una turbina de vapor suministran vapor a estos aparatos. Han existido accidentes de golpe de ariete cuando las válvulas o el calentador se cerraban. Se cerraban demasiado rápido durante la secuencia del «viaje». Otros incidentes implicaron roturas por fatiga debida a corrosión en zonas de soldadura.
El Instituto de Intercambio Térmico (Heat Echange Institute), 1300 Summer Ave., Cleveland, OH 44115, Estados Unidos, ha revisado sus normas sobre calentadores desaireadores, que ahora incluyen lo siguiente sobre los diseños de calentadores:

    * Aumentar la tolerancia por corrosión de 1/16" a 1/8".
    * Prohibir el uso del acero al carbono SA-585 en construcciones nuevas.
    * Exigir un acabado fino de las soldaduras interiores para evitar concentración de tensiones y la formación de picaduras por corrosión.
    * Exigir la eliminación de tensiones residuales de las soldaduras de los depósitos de almacenaje para eliminar tensiones residuales de las soldaduras.
    * Exigir examen total por rayos X de toda envolvente o calderín y de las soldaduras de sus fondos.
    * Exigir inspección húmeda, fluorescente y de partículas magnéticas de las soldaduras de las toberas a la envolvente o calderín.
    * La reinspección de antiguos de desaireadores ha intensificado el uso de la inspección húmeda, fluorescente y de partículas magnéticas de todas las uniones soldadas interiores, más las conexiones de toberas para suplantar toda inspección visual interior. También se recomienda que las pruebas (NDE)* sean llevadas a cabo por personal cualificado de acuerdo con la normativa SNT-TC-1. Cualquier reparación de grietas deberá ser aprobada por un inspector cualificado por el Código. Las inspecciones se han de realizar con mayor frecuencia ya que los accidentes por fallos debidos a roturas reciben mayor atención en la industria.
Los intervalos recomendados son:
Un año después de la instalación de nuevas unidades. Si no se encuentran grietas no se necesitan reparaciones: tres años de intervalo.
Las unidades con grietas reparadas: un año o menos después de la reparación.

Evaporadores. El evaporador mostrado en la Figura  es del tipo en los que el agua bruta (con impurezas) es calentada y evaporada. Este vapor se condensa en agua pura para alimentación de caldera. El condensado es a menudo rico en oxígeno, por lo que es necesario incluir en la instalación un calentador desaireador para eliminación del oxígeno.
El evaporador consiste en un depósito que se alimenta de agua bruta para mantener un nivel constante. El haz tubular a través del cual pasa el vapor de 10 a 150 psi (0,7 a 10.5 kg/cm2) está sumergido en el agua. El condensado formado en el haz tubular es conducido de nuevo al sistema de agua de alimentación. El vapor o agua evaporada proveniente del agua bruta pasa a través un condensador evaporador donde el vapor se condensa para usarlo como agua de aportación en el suministro de agua a caldera.
La mayor parte de las impurezas que forman incrustaciones se quedan en el agua de la virola evaporadora. A medida que la concentración del agua bruta crece, debería ser reducida purgando el evaporador y rellenándolo.
Con un determinado número de unidades, los evaporadores pueden instalarse en serie (efecto múltiple). Normalmente, cuatro efectos en serie (efecto cuádruple) son suficientes para producir agua pura de un agua bruta, que ya es posible utilizar e incluso ser productiva con la máxima eficiencia práctica.
El suministro de vapor para los evaporadores normalmente se extrae de las turbinas de vapor. El evaporador es más práctico en plantas medianas y grandes utilizando un pequeño porcentaje de aportación.  

Elementos auxiliares de la alimentación de agua de calderas

Calentadores cerrados de agua de alimentación.

Los calentadores cerrados de agua de alimentación, se usan mucho en las plantas de calderas de centrales para precalentar el agua de alimentación por etapas, extrayendo vapor de las turbinas, de vapor en lo que se describe como ciclo regenerativo. Sin embargo, las plantas industriales también utilizan el calentamiento de alimentación, pero los tamaños y disposición  del agua del calentador variarán, como se ve en la Figura. La transferencia térmica del vapor al agua depende de los pies (metros) cuadra­dos de superficie de calefacción, de la velocidad del flujo de agua a través del calentador y de la diferencia media de temperatura entre el agua y el vapor. Debe darse suficiente tiempo para obtener el incremento de temperatura deseado del agua de alimentación.

Los calentadores de agua de alimentación se utilizan para llevar esta agua de alimentación a la temperatura próxima a la del agua de caldera. Cada 10 °F (12 ºC) de aumento de la temperatura del agua de alimentación, el rendimiento de la caldera se incrementa en  alrededor de 1 por 100 debido al ahorro de combustible que sería necesario para calentar el agua de caldera en igual proporción. Una ventaja añadida es que las tensiones térmicas en la caldera se pueden evitar alimentando con agua a temperaturas más elevadas.

El calentador que se muestra en la Figura tiene tres zonas de transferencia térmica: (I) zona de desobrecalentamiento, en la que el vapor de extracción de una turbina maximiza la temperatura de salida del agua de alimentación, al transferir algo de calor sensible del vapor al agua de alimentación; (2) zona de condensación, donde el vapor de la zona de desrecalentamiento se condensa para calentar más el agua de alimentación; (3) zona de subenfriamiento, donde el drenaje de la zona de condensación recupera calor adicional de los drenajes del lado de la envolvente ,antes de abandonar el calentador cerrado de agua de alimentación.

El venteo es importante en estos calentadores, especialmente en la zona de con­densación, para eliminar los gases incondensables que pueden desprenderse de los productos químicos del agua de alimentación y del aire que haya podido introducir­se. La acumulación de gases incondensables puede producir problemas de corrosión en el calentador y ataques ácidos en zonas muertas del calentador. También dismi­nuye la transferencia térmica en el calentador.

En plantas industriales, el calentador cerrado del agua de alimentación se sitúa después de la bomba de alimentación; así, el agua en el calentador está a mayor presión que el agua de caldera, haciendo posible aumentar la temperatura del agua en mayor grado antes de que pueda ocurrir la vaporización instantánea. Esto también evita problemas de presión de aspiración en la bomba de alimentación de agua.

Una rotura de tubos en un calentador de alta presión que usa vapor de extracción de turbina puede afectar no sólo al calentador, sino también posiblemente a la turbina de vapor misma por el agua a alta presión que puede fluir a la turbina a través de la lí­nea de extracción de vapor. Las tensiones térmicas resultantes dentro de la tobera pue­den causar serios daños y producir una parada larga y costosa en la planta generadora.

Los calentadores de agua de alimentación tienen controles de nivel de agua y también alarmas por nivel alto y bajo para avisar a los operadores de la inundación de un calentador. Éstos deben controlarse a intervalos frecuentes para evitar depósi­tos o bolsas de gas en las conexiones del nivel que den señales o lecturas falsas o imprecisas. Las líneas de extracción deberán estar equipadas con válvulas unidirec­cionales para evitar el retroceso del agua y requieren una prueba periódica. Los numerosos casos de accidentes en turbinas de vapor, provenientes de tubos con fu­gas de los calentadores, indujeron a la ASME a publicar una línea maestra de reco­mendaciones para evitar la inducción de agua, cuyos operadores de generadores y turbinas de vapor, así como de calentadores de agua de alimentación que utilicen extracción de vapor, deberían tenerla como material de referencia y guía maestra de inspección y prueba.

La mayoría de los fallos y roturas de tubos pueden detectarse por la vibración de éstos con cargas variables, lo que produce desgastes por erosión en los soportes intermedios, corrosión por problemas de venteo de gases incondensables o fugas entradas de aire y roturas por tensiones y fuerzas corrosivas en zonas de tensiones elevadas de los tubos.

Muchos métodos de pruebas no destructivas están disponibles hoy día para com­probar calentadores de agua, normalmente en un período de cinco años después del período de trabajo inicial de un calentador. Las corrientes parásitas son el sistema más utilizado y se lleva a cabo por firmas especializadas en pruebas de tubos.

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Tipos de calentador cerrado de agua de alimentación, (a) Calentador horizontal cerrado de tubos en U, para agua de alimentación, (b) Calenta­dor vertical cerrado de cascada y tubos, para agua de alimentación, (c) Calen­tador cerrado de tres zonas, tipo alta presión, para agua de alimentación.

Los evaporadores se clasifican por el método de vaporización como:

1 Tipo flash (evaporación instantánea). El agua caliente se bombea o inyecta a una cámara sometida al vacío, donde se evapora instantáneamente.

2 Tipo pelicular. El agua en forma de película pasa sobre tubos rellenos de vapor.

3 Tipo sumergido. Los tubos llenos de vapor están sumergidos en el agua que se va a evaporar vease en la sig. fig a

Los evaporadores se utilizan a menudo en plantas generadoras que condensan el vapor de los turbogeneradores y alimentan con él la caldera, necesitando así un mínimo de agua de aportación. En plantas con grandes necesidades de agua de apor­tación, el uso de evaporadores requerirá tamaños grandes y los costes de operación serán demasiado grandes; por lo tanto, los métodos de tratamiento químico del agua se usan también para preparar el agua de aportación.

Eyectores de aire.En plantas generadoras con condensadores de virola y tubos conectados a turbogeneradores de vapor, los eyectores de aire se usan para elimi­nar el aire del condensador. Como indica la Figura b

un eyector de aire es una tobera de vapor que descarga un chorro de vapor de alta velocidad a cerca de 3.500 pies/segundo (1.050 m/s). El vapor fluye a través de una cámara de aspiración y de un tubo de compresión de tipo Venturi. El aire o los gases a evacuar entran en la cámara de aspiración del eyector donde son arrastrados por el chorro de vapor y después descargados a través de la garganta del eyector. La velocidad de la energía cinética se convierte en presión en la garganta del eyector y comprime la mezcla hasta un menor vacío o una presión absoluta más alta. Los eyectores de dos etapas tienen una relación de compresión de alrededor de 8:1 (relación entre la presión de descarga y la de aspiración). El eyector descarga a un pequeño condensador o a un calentador de aire y los gases se ventean a la atmósfera. Los dos chorros mostrados en la figura, están en serie intercondensadores entre etapas. Estos intercondensadores condensan el vapor y enfrían la mezcla de vapor – aire. Los condensadores se utilizan para el mismo propósito.

Un evaporador de tubos en U prepara el agua de aportación por evaporación y condensación del agua con gases disueltos eliminados por calor, pero los sólidos que permanecen en el evaporador requieren una eliminación periódica, mecánica o química. (b) Se utiliza un inyector de dos etapas para eliminar aire del condensador de vapor.

 

 


 

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