Purga Inferior

Factores relacionados con la eliminación de sólidos suspendidos de la caldera, incluyendo válvulas, tuberías y vasos de purga, con cálculos.

Purga Inferior

Los sólidos suspendidos pueden mantenerse en suspensión mientras el agua de la caldera esté agitada, pero en cuanto la agitación se detenga, caerán al fondo de la caldera. Si no se eliminan, se acumularán y, con el tiempo, inhibirán la transferencia de calor desde los tubos de fuego de la caldera, que se sobrecalentarán e incluso podrían fallar. El método recomendado para eliminar este lodo es mediante explosiones cortas y rápidas usando una válvula relativamente grande en el fondo de la caldera. El objetivo es permitir que el lodo tenga tiempo para redistribuirse para que más pueda ser eliminado en la siguiente purga. Por esta razón, una sola purga de cuatro segundos cada ocho horas es mucho más efectiva que una purga de doce segundos en el primer período de turno de ocho horas, y luego nada durante el resto del día. El agua de purga pasará a un pozo de purga revestido de ladrillo embutido bajo tierra, o a un vaso de purga metálico situado sobre el nivel del suelo. El tamaño del vaso está determinado por el caudal de agua de purga y vapor destellado que entra en el vaso cuando se abre la válvula de purga. Las principales influencias en la tasa de purga son:

• La presión de la caldera.
• El tamaño de la línea de purga.
• La longitud de la línea de purga entre la caldera y el vaso de purga. En la práctica, una longitud mínima razonable de la línea de purga es 7,5 m, y la mayoría de los vasos de purga se dimensionan sobre esta base. Las líneas de purga contendrán curvas, válvulas de retención y la propia válvula de purga; y estos accesorios aumentarán la caída de presión a lo largo de la línea de purga. Pueden considerarse en términos de una ‘longitud equivalente de tubería recta’, y pueden sumarse a la longitud de la tubería para dar una longitud equivalente total. La Tabla 3.14.1 da longitudes equivalentes de varias válvulas y accesorios. En la práctica, una longitud mínima razonable de la línea de purga es 7,5 m, y la mayoría de los vasos de purga se dimensionan sobre esta base. Las líneas de purga contendrán curvas, válvulas de retención y la propia válvula de purga; y estos accesorios aumentarán la caída de presión a lo largo de la línea de purga. Pueden considerarse en términos de una ‘longitud equivalente de tubería recta’, y pueden sumarse a la longitud de la tubería para dar una longitud equivalente total. La Tabla 3.14.1 da longitudes equivalentes de varias válvulas y accesorios. En el improbable caso de que la longitud equivalente total sea menor de 7,5 m, el vaso debe dimensionarse con un caudal más alto. En estos casos, multiplicar la presión de la caldera por 1,15 para calcular la tasa de purga de la Figura 3.14.1. Las líneas de purga de más de 7,5 m pueden leerse directamente de este gráfico. Ejemplo 3.14.1: Para una presión de caldera de 10 bar g, una longitud equivalente de línea de purga de 40 mm se calcula en 10 m, en consecuencia, la tasa de purga es 6,2 kg/s (véase la Figura 3.14.1). Hay dos factores importantes a reconocer con la purga inferior: Contenido energético de la purga La energía contenida en el agua que se purga es la entalpía líquida del agua a temperatura de saturación a la presión de la caldera. En el Ejemplo 3.14.1, la presión de la caldera es 10 bar g, y de las tablas de vapor, hf es 782 kJ/kg. Entonces la tasa a la que se libera energía de la caldera es: 782 kJ/kg x 6,2 kg/s = 4,85 MW Cambio de volumen Durante un período de purga de 3 segundos, la cantidad de agua purgada es: 6,2 kg/s x 3 segundos = 18,6 kg El volumen de los 18,6 kg de agua purgada es: 18,6 kg x 0,001 m3/kg = 0,0186 m3 De los cálculos de vapor destellado, el 16% del agua a temperatura de saturación de 10 bar g se destellará a vapor cuando la presión se reduzca a atmosférica. El vapor a presión atmosférica tiene un volumen significativamente mayor que el agua y cada kilogramo ocupa 1,673 m3 de espacio. El volumen resultante de vapor destellado de los 18,6 kg de agua de caldera es: (18,6 kg x 16%) x 1,673 m3/kg = 4,98 m3 Para comparación, el volumen de agua se reduce a: (18,6 kg x 84%) x 0,001 m3/kg = 0,0156 m3 La tasa de flujo energético muy alta, y el enorme cambio de volumen entre los lados aguas arriba y aguas abajo de la válvula de purga, significan que se desarrollan fuerzas de reacción sustanciales, y que la purga de la caldera debe manejarse de manera segura.

Regulaciones y notas de orientación

En el Reino Unido, debido a las fuerzas involucradas, y el potencial de lesiones al personal y al medio ambiente, la purga de calderas está cubierta en una serie de estatutos y Notas de Orientación de la Ejecutiva de Salud y Seguridad.

Las siguientes son aplicables en el Reino Unido, y tienen equivalentes locales en muchas otras partes del mundo:

• Ley de Fábricas (1961).
• Ley de Salud y Seguridad en el Trabajo (1974).
• Ley de Salud Pública (1936).
• Notas de Orientación de Salud y Seguridad PM60, BG01 e INDG436.
• Regulaciones de Sistemas a Presión y Contenedores de Gas Transportable (1989).
• La Directiva Europea de Equipos a Presión (PED), (2002). El cumplimiento puede ser obligatorio o no, pero un incidente en la planta o lesión al personal ciertamente involucrará inspectores de fábricas y posible litigio. Por favor note: Las ilustraciones dentro de este Módulo son esquemáticas y algunos accesorios esenciales de la caldera, por ejemplo, indicadores de nivel, han sido omitidos por claridad. Países distintos al Reino Unido deben confirmar los equivalentes locales de lo anterior, pero en cualquier caso deben enfatizar la importancia de:
• Sentido común.
• Buena práctica de ingeniería e instalación.
• Seguridad. En todos los casos, es importante asegurar un aislamiento adecuado para propósitos de mantenimiento y la prevención de flujo inverso. La instalación de equipos de control de TDS en plantas de múltiples calderas debe incluir una válvula de retención y una válvula de aislamiento para prevenir que la presión/flujo de una caldera se imponga sobre otra. Esto es particularmente importante cuando una caldera está apagada, ya que la válvula de control de TDS puede no estar diseñada para sellar contra presión en el lado aguas abajo. La buena práctica de ingeniería siempre consideraría qué pasaría si la válvula de control dejara pasar agua o vapor. En el peor caso, la ausencia de una válvula de retención y una válvula de aislamiento puede poner en peligro al personal que trabaja en o dentro de la caldera apagada.

Válvula de purga inferior

En el Reino Unido, este tipo de válvula está cubierto por la Ley de Fábricas (1961). La Sección 34 prohíbe al personal entrar en calderas específicas a menos que:

• Todas las entradas por las que pueda entrar vapor o agua caliente a la caldera (desde cualquier otra parte del sistema) estén desconectadas de esa parte; o
• Todas las válvulas o grifos que controlan la entrada de vapor o agua estén cerrados y asegurados con llave. Donde haya una tubería o vaso de purga común, la válvula de purga está construida de manera que solo pueda abrirse con una llave que no puede retirarse hasta que la válvula de purga esté cerrada; y que esta sea la única llave en uso en la sala de calderas. Purga inferior automática controlada por temporizador Ahora es posible automatizar la válvula de purga inferior usando un temporizador propietario conectado a una válvula de bola operada neumáticamente. El temporizador debe ser capaz de abrir la válvula en un momento específico, y mantenerla abierta durante un número establecido de segundos. El uso de purga inferior automática asegura que esta acción importante se realice regularmente y libera al calderero para otras tareas. Con instalaciones de múltiples calderas, es necesario interbloquear las válvulas para que no más de una pueda estar abierta en cualquier momento, ya que esto sobrecargaría el vaso de purga. Esto puede hacerse más simplemente escalonando los tiempos de ajuste de los temporizadores individuales de purga, o estableciendo los tiempos de purga individuales en secuencia.

Vasos de purga, según las normas del Reino Unido

Los vasos de purga son una alternativa preferida a los pozos de purga. La siguiente información está extraída de la Nota de Orientación PM60 del HSE y proporciona información que puede ser útil en lugares distintos al Reino Unido: Tradicionalmente, los vasos de purga han tenido entradas tangenciales. Sin embargo, esto ha significado que los vasos han sido estructuralmente débiles en el punto donde la entrada entra. Una alternativa preferida es llevar la línea de purga radialmente, dando un vaso estructuralmente superior, y luego instalar un difusor dentro del vaso. Esta disposición también reduce la erosión que podría ocurrir dentro de un vaso con entrada tangencial. Norma de construcción El vaso necesitará conformarse a la Directiva Europea de Equipos a Presión (2002) para Gases del Grupo 2. Esta directiva instruye al fabricante a conformarse a las normas de diseño y fabricación. Como esta es una especificación de recipiente a presión, el vaso también necesita provisión para inspección incluyendo una puerta de acceso y un drenaje. Temperatura y presión de diseño La presión de diseño del vaso de purga debe ser al menos el 25% de la presión de trabajo máxima de la caldera y la temperatura de diseño debe ser mayor o igual a la temperatura de saturación para la presión de diseño del vaso. Tamaño Esto depende de la presión de la caldera y el tamaño de la línea de purga, sin embargo:

• La ventilación debe ser lo suficientemente grande para que la presión dentro del vaso no exceda 0,35 bar g.
• El volumen de agua estancada debe asegurar que la temperatura del agua que desborda no exceda los 43°C. Operación El vaso debe operar con una cantidad de agua estancada, y la cantidad de agua debe ser al menos el doble de la cantidad de agua de purga. Aproximadamente la mitad del volumen del tanque debe estar ocupada por agua estancada y el resto como espacio de aire. Ventilación La ventilación debe asegurar que el vapor destellado se ventile de forma segura y que no haya un arrastre significativo de agua en la salida de la tubería de ventilación. La ventilación debe ser lo más recta posible e idealmente terminada con una cabeza de ventilación. Toma para manómetro El vaso debe tener una toma para un manómetro, ya que el vaso está fabricado según una especificación de recipiente a presión y se requieren pruebas e inspecciones regulares. Sistema de enfriamiento Se debe instalar un dispositivo de enfriamiento en el vaso si la temperatura del agua caliente causa que la temperatura de salida durante la purga exceda el límite permitido. La opción más rentable para esta aplicación es una válvula de control de autoacción. Si la temperatura excede la temperatura de ajuste, la válvula se abrirá y permitirá que el agua de la red fría entre en el vaso.

Instalaciones de múltiples calderas

La disposición de tuberías para instalaciones de múltiples calderas está cubierta en la Nota de Orientación del HSE del Reino Unido (PM60); se hacen los siguientes puntos: Operación Solo una caldera puede purgarse en cualquier momento. De hecho, el dimensionamiento del vaso de purga se basará en la caldera de mayor presión con el mayor tamaño de línea de purga. También se hace referencia a la Ley de Fábricas del Reino Unido (1961) que establece lo mismo. Tuberías La Figura 3.14.5 muestra la disposición recomendada para instalaciones de múltiples calderas donde las líneas de purga inferior y TDS se llevan por separado al vaso de purga. Los colectores deben estar en el vaso y no en la caldera. Se requieren conexiones separadas en el vaso para purga inferior y para las líneas de retorno de purga de TDS. También se necesita una tercera conexión en el vaso para cumplir con las Notas de Orientación del Reino Unido (BG01 e INDG436) respecto al control de nivel de agua en calderas. Esto requiere una conexión para la purga de las cámaras de control e indicadores de nivel. Válvulas Donde las líneas de purga se conectan a un colector de entrada en el vaso, cada una debe estar equipada con una válvula de retención de cierre por rosca, o una válvula de retención y una válvula de aislamiento. Esto es para prevenir la posibilidad de que vapor y agua caliente a presión sean expulsados de una caldera de trabajo a otra (dentro de la cual el personal puede estar trabajando) durante el mantenimiento. La preferencia es por dos válvulas separadas. La válvula de retención tendrá que trabajar regularmente, por lo tanto el desgaste del asiento es inevitable.