Accesorios y Montajes de la Caldera

Una visión general de los accesorios, controles y equipamiento necesarios para una caldera, desde placas de identificación y válvulas de seguridad hasta indicadores de nivel y controles de nivel.

Placa de identificación de la caldera

En la segunda mitad del siglo XIX, las explosiones de calderas de vapor eran comunes. Como consecuencia de esto, se formó una empresa en Manchester con el objetivo de reducir el número de explosiones sometiendo las calderas de vapor a examen independiente. Esta empresa fue, de hecho, el inicio de la actual Federación de Seguridad (SAFed), el organismo cuya aprobación es requerida para los controles y accesorios de calderas en el Reino Unido.

Después de un período relativamente corto, solo ocho de las 11 000 calderas examinadas explotaron. Esto se comparó con 260 explosiones de calderas de vapor en calderas no examinadas por el programa. Este éxito llevó a la Ley de Explosiones de Calderas (1882) que incluía un requisito de placa de identificación de la caldera. Un ejemplo de placa de identificación de caldera se muestra en la Figura 3.7.1.

El número de serie y el número de modelo identifican de manera única la caldera y se utilizan al pedir repuestos al fabricante y en el registro principal de la caldera.

La cifra de producción citada para una caldera puede expresarse de varias maneras, como se discutió en Módulos anteriores dentro de este Bloque.

Válvulas de seguridad Un accesorio importante de la caldera es la válvula de seguridad. Su función es proteger la carcasa de la caldera de sobrepresión y la posterior explosión. En el Reino Unido:

En Europa, los asuntos relacionados con la adecuación de las válvulas de seguridad para calderas de vapor son gobernados por la norma europea EN 12953. En los Estados Unidos y algunas otras partes del mundo, tales asuntos son cubiertos por las normas ASME. Se instalan muchos tipos diferentes de válvulas de seguridad en las plantas de calderas de vapor, pero generalmente todas deben cumplir los siguientes criterios:

• La capacidad total de descarga de la(s) válvula(s) de seguridad debe ser al menos igual a la capacidad ‘desde y a 100°C’ de la caldera. Si la evaporación ‘desde y a’ se usa para dimensionar la válvula de seguridad, la capacidad de la válvula de seguridad siempre será mayor que la capacidad evaporativa real máxima de la caldera.
• La capacidad total nominal de descarga de la(s) válvula(s) de seguridad debe lograrse dentro del 110% de la presión de diseño de la caldera.
• El diámetro mínimo de entrada de una válvula de seguridad conectada a una caldera será de 20 mm.
• La presión de ajuste máxima de la válvula de seguridad será la presión de diseño (o presión de trabajo máxima permisible) de la caldera.
• Debe haber un margen adecuado entre la presión de operación normal de la caldera y la presión de ajuste de la válvula de seguridad.

Regulaciones de válvulas de seguridad (Reino Unido)

Una caldera debe estar equipada con al menos una válvula de seguridad dimensionada para la producción nominal de la caldera - Consulte EN 12953 para detalles. La tubería de descarga desde la válvula de seguridad debe ser despejada y drenada en la base para prevenir la acumulación de condensado. Es buena práctica asegurar que la tubería de descarga se mantenga lo más corta posible con el mínimo número de curvas, para que no se exceda la contrapresión permitida indicada por el fabricante de la válvula. Será bastante normal que el diámetro interno de la tubería de descarga sea mayor que el diámetro interno de la conexión de salida de la válvula de seguridad, pero bajo ninguna circunstancia debe ser menor.

Válvulas de cierre de la caldera

Una caldera de vapor debe estar equipada con una válvula de cierre (también conocida como válvula corona) que aísla la caldera de vapor y su presión del proceso o planta. Generalmente es una válvula de globo angular del tipo de cierre por rosca. La Figura 3.7.3 muestra una válvula de cierre típica de este tipo. En el pasado, estas válvulas a menudo se fabricaban de hierro fundido, con acero y bronce siendo utilizados para aplicaciones de mayor presión. En el Reino Unido, BS 2790 (que eventualmente será reemplazado por EN 12953) establece que las válvulas de hierro fundido ya no están permitidas para esta aplicación en calderas de vapor. El hierro nodular o esferoidal (SG) no debe confundirse con el hierro fundido gris ya que tiene propiedades mecánicas cercanas a las del acero. Por esta razón, muchos fabricantes de calderas utilizan válvulas de hierro SG como estándar. La válvula de cierre no está diseñada como válvula de estrangulación, y debe estar completamente abierta o cerrada. Siempre debe abrirse lentamente para prevenir cualquier aumento repentino en la presión aguas abajo y el golpe de ariete asociado, y para ayudar a restringir la caída de presión en la caldera y cualquier posible cebado asociado. Para cumplir con las regulaciones del Reino Unido, la válvula debe ser del tipo ‘volante ascendente’. Esto permite al operador de la caldera ver fácilmente la posición de la válvula, incluso desde el nivel del suelo. La válvula mostrada está equipada con un indicador que hace esto aún más fácil para el operador. En aplicaciones de múltiples calderas, se debe instalar una válvula de aislamiento adicional, en serie con la válvula corona. Al menos una de estas válvulas debe poder cerrarse con llave en la posición cerrada. La válvula adicional es generalmente una válvula de globo del tipo de cierre por rosca, de retención, que evita que una caldera presurice a otra. Alternativamente, es posible usar una válvula de cierre por rosca, con una válvula de retención de disco intercalada entre las bridas de la válvula corona y ella misma.

Válvulas de retención de agua de alimentación

La válvula de retención de agua de alimentación (como se muestra en las Figuras 3.7.4 y 3.7.5) se instala en la línea de agua de alimentación de la caldera entre la bomba de alimentación y la caldera. Una válvula de cierre de alimentación de caldera se instala en la carcasa de la caldera. La válvula de retención incluye un resorte equivalente a la carga de agua en el depósito de alimentación elevado cuando no hay presión en la caldera. Esto evita que la caldera sea inundada por la carga estática del depósito de alimentación de la caldera. Bajo condiciones normales de vaporización, la válvula de retención opera de manera convencional para detener el flujo de retorno desde la caldera que entra en la línea de alimentación cuando la bomba de alimentación no está funcionando. Cuando la bomba de alimentación está funcionando, su presión supera el resorte para alimentar la caldera normalmente. Debido a que se requiere un buen sellado, y las temperaturas involucradas son relativamente bajas (generalmente menos de 100°C), una válvula de retención con asiento blando de EPDM (Etileno Propileno) es generalmente la mejor opción.

Control de calidad del agua de la caldera

El mantenimiento de la calidad del agua es esencial para la operación segura y eficiente de una caldera de vapor. La medición y control de los varios parámetros es un tema complejo, que también está cubierto por una serie de regulaciones. Por lo tanto, se cubre en detalle más adelante en este Bloque. El objetivo de las siguientes secciones es simplemente identificar los accesorios que se ven en una caldera.

Control de TDS

Esto controla la cantidad de Sólidos Disueltos Totales (TDS) en el agua de la caldera, y a veces también se conoce como ‘purga continua’. La conexión de la caldera es típicamente DN15 o DN20. El sistema puede ser manual o automático. Cualquier sistema que se use, el TDS en una muestra de agua de la caldera se compara con un punto de ajuste; si el nivel de TDS es demasiado alto, se libera una cantidad de agua de la caldera para ser reemplazada por agua de alimentación con un nivel de TDS mucho más bajo. Esto tiene el efecto de diluir el agua en la caldera y reducir el nivel de TDS. En un sistema de TDS controlado manualmente, el agua de la caldera se muestrearía cada turno. Un sistema típico de control automático de TDS se muestra en la Figura 3.7.6

Purga inferior

Esto expulsa el lodo o sedimento del fondo de la caldera. El control es una válvula grande (generalmente DN25 a DN50) operada por llave. Esta válvula normalmente se abriría por un período de aproximadamente 5 segundos, una vez por turno. La Figura 3.7.7 ilustra una válvula de purga inferior manual operada por llave, mientras que la Figura 3.7.8 ilustra una válvula de purga inferior automática y su posición típica en un sistema de purga.

Manómetro

Todas las calderas deben estar equipadas con al menos un indicador de presión. El tipo usual es un manómetro simple construido según EN 12953. El dial debe tener al menos 150 mm de diámetro y ser del tipo tubo de Bourdon, debe estar marcado para indicar la presión de trabajo normal y la presión de trabajo máxima permisible / presión de diseño. Los manómetros están conectados al espacio de vapor de la caldera y generalmente tienen un tubo sifón tipo anillo que se llena de vapor condensado y protege el mecanismo del dial de altas temperaturas. Los manómetros pueden instalarse en otros recipientes a presión como vasos de purga, y generalmente tendrán dials más pequeños como se muestra en la Figura 3.7.9.

Indicadores de nivel y accesorios

Todas las calderas de vapor están equipadas con al menos un indicador de nivel de agua, pero aquellas con una capacidad de 100 kW o más deben estar equipadas con dos indicadores. Los indicadores generalmente se conocen como indicadores de nivel que cumplen con EN 12953. Un indicador de nivel muestra el nivel actual de agua en la caldera, independientemente de las condiciones de operación de la caldera. Los indicadores de nivel deben instalarse de manera que su lectura más baja muestre el nivel de agua a 50 mm por encima del punto donde puede ocurrir sobrecalentamiento. También deben estar equipados con un protector alrededor de ellos, pero esto no debe dificultar la visibilidad del nivel de agua. La Figura 3.7.10 muestra un indicador de nivel típico. Los indicadores de nivel son propensos a daños de múltiples fuentes, como la corrosión de los químicos en el agua de caldera, y la erosión durante la purga, particularmente en el extremo de vapor. Cualquier signo de corrosión o erosión indica que se necesita un vidrio nuevo. Al probar la conexión de vapor del indicador de nivel, la llave de agua debe cerrarse. Al probar las conexiones de agua del indicador de nivel, la llave de vapor debe cerrarse. Para probar un indicador de nivel, se debe seguir el siguiente procedimiento:

1. Cerrar la llave de agua y abrir la llave de drenaje por aproximadamente 5 segundos.
2. Cerrar la llave de drenaje y abrir la llave de agua. El agua debe volver a su nivel de trabajo normal relativamente rápido. Si esto no sucede, entonces un bloqueo en la llave de agua podría ser la razón, y se debe tomar acción correctiva lo antes posible.
3. Cerrar la llave de vapor y abrir la llave de drenaje por aproximadamente 5 segundos.
4. Cerrar la llave de drenaje y abrir la llave de vapor. Si el agua no vuelve a su nivel de trabajo normal relativamente rápido, puede existir un bloqueo en la llave de vapor. Se debe tomar acción correctiva lo antes posible. El asistente autorizado debe probar sistemáticamente los indicadores de agua al menos una vez cada día y debe tener protección adecuada para la cara y las manos, como salvaguarda contra quemaduras en caso de rotura del vidrio. Nota: que todos los mangos de las llaves del indicador de nivel deben apuntar hacia abajo cuando estén en condición de funcionamiento.

Protectores de indicadores de nivel

El protector del indicador de nivel debe mantenerse limpio. Cuando el protector se limpia en su lugar, o se retira para limpieza, el indicador debe cerrarse temporalmente. Asegúrese de que haya un nivel de agua satisfactorio antes de cerrar el indicador y tenga cuidado de no tocar o golpear el indicador de nivel. Después de la limpieza, y cuando el protector ha sido reemplazado, el indicador debe probarse y las llaves deben colocarse en la posición correcta.

Mantenimiento

El indicador de nivel debe ser completamente revisado en cada inspección anual. La falta de mantenimiento puede resultar en el endurecimiento del empaquetado y el agarrotamiento de las llaves. Si el mango de una llave se dobla o deforma, se debe tener especial cuidado para asegurar que la llave esté completamente abierta. Un accesorio dañado debe ser renovado o reparado inmediatamente. Los indicadores de nivel a menudo se decoloran debido a las condiciones del agua; también se vuelven delgados y desgastados por la erosión. Por lo tanto, los vidrios deben renovarse a intervalos regulares. Siempre debe haber un stock de vidrios de repuesto y empaques cónicos disponibles en la sala de calderas. Recuerde:

• Si los pasajes de vapor están obstruidos, se puede dar un nivel de agua alto falso en el indicador de nivel. Después de que el indicador ha sido probado, aún se puede indicar un nivel de agua alto falso.
• Si los pasajes de agua están obstruidos, se puede observar un nivel de agua artificialmente alto debido al vapor condensándose en el vidrio. Después de la prueba, el vidrio tenderá a permanecer vacío a menos que el nivel de agua en la caldera sea más alto que la conexión superior, en cuyo caso el agua podría fluir hacia el vidrio desde esta conexión.
• Los niveles de los indicadores de nivel deben tratarse con el máximo respeto, ya que son el único indicador visual de las condiciones del nivel de agua dentro de la caldera. Cualquier nivel de agua percibido como anormal debe investigarse tan pronto como se observe, con acción inmediata para apagar el quemador de la caldera si es necesario.

Controles de nivel de agua

El mantenimiento del nivel de agua correcto en una caldera de vapor es esencial para su operación segura y eficiente. Los métodos de detección del nivel de agua, y el control posterior del nivel de agua es un tema complejo que está cubierto por una serie de regulaciones. Las siguientes secciones proporcionarán una breve visión general, y el tema se discutirá con mucho más detalle más adelante.

Cámaras externas de control de nivel

Las cámaras de control de nivel se instalan externamente en las calderas para la instalación de controles o alarmas de nivel, como se muestra en la Figura 3.7.11. La función de los controles o alarmas de nivel se verifica diariamente usando las válvulas de purga secuencial. Con el volante girado completamente en sentido antihorario, la válvula está en la posición de ‘trabajo normal’ y un asiento trasero cierra la conexión de drenaje. El dial del volante puede verse similar al mostrado en la Figura 3.7.12. Algunos volantes no tienen dial, pero dependen de un mecanismo para la operación correcta.

El siguiente es un procedimiento típico que puede usarse para probar los controles cuando la caldera está bajo presión, y el quemador está disparando:

• Gire lentamente el volante en sentido horario hasta que el puntero indicador esté en la primera posición de ‘pausa’. La conexión de la cámara de flotador está deflectada, la conexión de drenaje se abre, y la conexión de agua se sopla a través.
• Pausa de 5 a 8 segundos.
• Mueva lentamente el volante más en sentido horario hasta el recorrido completo. La conexión de agua se cierra, la válvula de drenaje permanece abierta, y las conexiones de la cámara de flotador y vapor se soplan a través. Los controles de la caldera deben operar como para nivel de agua bajo en la caldera, es decir, bomba funcionando y/o alarma sonora sonando y corte del quemador. Alternativamente, si la cámara de control de nivel está equipada con una segunda alarma de nivel bajo adicional, la caldera debe bloquearse.
• Pausa de 5 a 8 segundos.
• Gire lentamente el volante completamente en sentido antihorario para cerrar contra el asiento trasero en la posición de ‘trabajo normal’.
• Las válvulas de purga secuencial son proporcionadas por varios fabricantes diferentes. Cada una puede diferir en el procedimiento de operación. Es esencial que se sigan las instrucciones del fabricante respecto a esta operación.

Controles de nivel montados internamente

Los sistemas de control de nivel con sensores (o sondas) que se ajustan dentro de la carcasa de la caldera (o tambor de vapor) también están disponibles. Estos proporcionan un mayor grado de seguridad que los montados externamente. Los sistemas de alarma de nivel también pueden proporcionar una función de autoverificación en la integridad del sistema. Debido a que están montados internamente, no están sujetos a los procedimientos requeridos para purgar las cámaras externas. La operación del sistema se prueba mediante una prueba de evaporación a la posición de ‘1er nivel bajo’, seguida de purga a la posición de ‘2do nivel bajo’. Se instalan tubos de protección para desalentar el movimiento del agua alrededor del sensor.

Purgadores de aire y rompedores de vacío

Cuando una caldera arranca desde frío, el espacio de vapor está lleno de aire. Este aire no tiene valor calórico, y afectará adversamente el rendimiento de la planta de vapor por su efecto de envolver las superficies de intercambio de calor. El aire también puede causar corrosión en el sistema de condensado, si no se elimina adecuadamente. El aire puede purgarse del espacio de vapor usando una llave simple; normalmente se dejaría abierta hasta que se muestre una presión de aproximadamente 0,5 bar en el manómetro. Una alternativa a la llave es un purgador de aire de presión equilibrada que no solo libera al operador de la caldera de la tarea de purgar manualmente el aire (y por lo tanto asegura que realmente se haga), sino que también es mucho más preciso y purgará los gases que puedan acumularse en la caldera. Purgadores de aire típicos se muestran en la Figura 3.7.14. Cuando una caldera se saca de línea, el vapor en el espacio de vapor se condensa y deja un vacío. Este vacío causa que se ejerza presión sobre la caldera desde el exterior, y puede resultar en que las puertas de inspección de la caldera tengan fugas, daño a las placas planas de la caldera y el peligro de sobrellenar una caldera apagada. Para evitar esto, se requiere un rompedor de vacío (véase la Figura 3.7.14) en la carcasa de la caldera.