Acessórios e Montagens da Caldeira

Uma visão geral dos acessórios necessários, complementos e controles para uma caldeira, desde placas de identificação e válvulas de segurança até visores de nível e controles de nível.

Placa de identificação da caldeira

Na segunda metade do século XIX, explosões de caldeiras a vapor eram comuns. Como consequência disso, uma empresa foi formada em Manchester com o objetivo de reduzir o número de explosões submetendo caldeiras de vapor a exames independentes. Esta empresa foi, na verdade, o início da atual Safety Federation (SAFed), o órgão cuja aprovação é necessária para controles e acessórios de caldeiras no Reino Unido.

Após um período comparativamente curto, apenas oito das 11 000 caldeiras examinadas explodiram. Isso comparado a 260 explosões de caldeiras a vapor em caldeiras não examinadas pelo programa. Este sucesso levou ao Boiler Explosions Act (1882) que incluía um requisito para uma placa de identificação da caldeira. Um exemplo de uma placa de identificação da caldeira é mostrado na Figura 3.7.1.

O número de série e o número de modelo identificam exclusivamente a caldeira e são usados ao encomendar peças sobressalentes do fabricante e no livro de registro principal da caldeira.

A figura de saída citada para uma caldeira pode ser expressa de várias maneiras, conforme discutido em Módulos anteriores dentro deste Bloco.

Válvulas de segurança Um acessório importante da caldeira é a válvula de segurança. Sua função é proteger o casco da caldeira contra sobrepressão e subsequente explosão. No Reino Unido:

Na Europa, os assuntos relacionados à adequação das válvulas de segurança para caldeiras de vapor são regidos pela norma europeia EN 12953. Nos EUA e em algumas outras partes do mundo, tais assuntos são cobertos pelas normas ASME. Muitos tipos diferentes de válvulas de segurança são instalados em plantas de caldeiras a vapor, mas geralmente devem atender todos os seguintes critérios:

A capacidade total de descarga da(s) válvula(s) de segurança deve ser pelo menos igual à capacidade ‘de e a 100°C’ da caldeira. Se a evaporação ‘de e a’ for usada para dimensionar a válvula de segurança, a capacidade da válvula de segurança sempre será maior do que a capacidade real máxima de evaporação da caldeira.
A capacidade total nominal de descarga da(s) válvula(s) de segurança deve ser alcançada dentro de 110% da pressão de design da caldeira.
O diâmetro interno mínimo de uma válvula de segurança conectada a uma caldeira deve ser de 20 mm.
A pressão máxima de ajuste da válvula de segurança deve ser a pressão de design (ou pressão máxima de trabalho permitida) da caldeira.
Deve haver uma margem adequada entre a pressão de operação normal da caldeira e a pressão de ajuste da válvula de segurança.

Regulamentos de válvulas de segurança (Reino Unido)

Uma caldeira deve ser equipada com pelo menos uma válvula de segurança dimensionada para a saída nominal da caldeira - Consulte a EN 12953 para detalhes. A tubulação de descarga da válvula de segurança deve ser desobstruída e drenada na base para evitar o acúmulo de condensado. É uma boa prática garantir que a tubulação de descarga seja mantida o mais curta possível com o menor número de curvas, para que a contrapressão permitida indicada pelo fabricante da válvula não seja excedida. Será bastante normal que o diâmetro interno da tubulação de descarga seja maior do que o diâmetro interno da conexão de saída da válvula de segurança, mas em nenhuma circunstância deve ser menor.

Válvulas de retenção da caldeira

Uma caldeira de vapor deve ser equipada com uma válvula de retenção (também conhecida como válvula coroa) que isola a caldeira de vapor e sua pressão do processo ou planta. É geralmente uma válvula globo angular do tipo de fechamento por rosca. A Figura 3.7.3 mostra uma válvula de retenção típica deste tipo. No passado, estas válvulas foram frequentemente fabricadas em ferro fundido, com aço e bronze sendo usados para aplicações de alta pressão. No Reino Unido, BS 2790 (eventualmente a ser substituído por EN 12953) estabelece que válvulas de ferro fundido não são mais permitidas para esta aplicação em caldeiras de vapor. Ferro nodular ou grafita esferoidal (SG) não deve ser confundido com ferro fundido cinzento, pois tem propriedades mecânicas que se aproximam do aço. Por esta razão, muitos fabricantes de caldeiras usam válvulas de ferro SG como padrão. A válvula de retenção não é projetada como uma válvula de estrangulamento e deve estar totalmente aberta ou fechada. Deve sempre ser aberta lentamente para evitar qualquer aumento súbito na pressão a jusante e golpe de aríete associado, e para ajudar a restringir a queda de pressão da caldeira e qualquer possível arraste associado. Para cumprir os regulamentos do Reino Unido, a válvula deve ser do tipo ‘volante ascendente’. Isso permite que o operador da caldeira veja facilmente a posição da válvula, mesmo do nível do chão. A válvula mostrada é equipada com um indicador que torna isso ainda mais fácil para o operador. Em aplicações com múltiplas caldeiras, uma válvula de isolamento adicional deve ser instalada em série com a válvula coroa. Pelo menos uma dessas válvulas deve ser travável na posição fechada. A válvula adicional é geralmente uma válvula globo do tipo de fechamento por rosca, não-retornável, que impede que uma caldeira pressurize outra. Alternativamente, é possível usar uma válvula de fechamento por rosca, com uma válvula de retenção de disco sanduichada entre as flanges da válvula coroa e ela mesma.

Válvulas de retenção de água de alimentação

A válvula de retenção de água de alimentação (conforme mostrado nas Figuras 3.7.4 e 3.7.5) é instalada na linha de água de alimentação da caldeira entre a bomba de alimentação e a caldeira. Uma válvula de retenção de alimentação da caldeira é instalada no casco da caldeira. A válvula de retenção inclui uma mola equivalente à coluna de água no tanque de alimentação elevado quando não há pressão na caldeira. Isso impede que a caldeira seja inundada pela coluna estática do tanque de alimentação da caldeira. Em condições normais de geração de vapor, a válvula de retenção opera de maneira convencional para impedir que o fluxo de retorno da caldeira entre na linha de alimentação quando a bomba de alimentação não está funcionando. Quando a bomba de alimentação está funcionando, sua pressão supera a mola para alimentar a caldeira normalmente. Como uma vedação boa é necessária e as temperaturas envolvidas são relativamente baixas (geralmente menos de 100°C), uma válvula de retenção com assento macio de EPDM (Etileno Propileno) é geralmente a melhor opção.

Controle de qualidade da água da caldeira

A manutenção da qualidade da água é essencial para a operação segura e eficiente de uma caldeira de vapor. A medição e controle dos vários parâmetros é um tópico complexo, que também é coberto por uma série de regulamentos. Portanto, é coberto em detalhes mais adiante neste Bloco. O objetivo das próximas seções é simplesmente identificar os acessórios a serem vistos em uma caldeira.

Controle de TDS

Isso controla a quantidade de Sólidos Totais Dissolvidos (TDS) na água da caldeira e às vezes também é referido como ‘blowdown contínuo’. A conexão da caldeira é tipicamente DN15 ou DN20. O sistema pode ser manual ou automático. Qualquer que seja o sistema usado, o TDS em uma amostra de água da caldeira é comparado com um ponto de ajuste; se o nível de TDS estiver muito alto, uma quantidade de água da caldeira é liberada para ser substituída por água de alimentação com um nível de TDS muito menor. Isso tem o efeito de diluir a água na caldeira e reduzir o nível de TDS. Em um sistema de TDS controlado manualmente, a água da caldeira seria amostrada a cada turno. Um sistema típico de controle de TDS automático é mostrado na Figura 3.7.6

Blowdown de fundo

Isso ejeta a lama ou sedimento do fundo da caldeira. O controle é uma válvula grande (geralmente DN25 a DN50) operada por chave. Esta válvula pode normalmente ser aberta por um período de cerca de 5 segundos, uma vez por turno. A Figura 3.7.7 ilustra uma válvula de blowdown de fundo manual operada por chave, enquanto a Figura 3.7.8 ilustra uma válvula de blowdown de fundo automatizada e sua posição típica em um sistema de blowdown.

Manômetro

Todas as caldeiras devem ser equipadas com pelo menos um indicador de pressão. O tipo usual é um manômetro simples construído de acordo com EN 12953. O mostrador deve ter pelo menos 150 mm de diâmetro e ser do tipo tubo de Bourdon, deve ser marcado para indicar a pressão de trabalho normal e a pressão máxima de trabalho permitida / pressão de design. Os manômetros são conectados ao espaço de vapor da caldeira e geralmente têm um tubo sifão tipo anel que se enche de vapor condensado e protege o mecanismo do mostrador de altas temperaturas. Manômetros podem ser instalados em outros recipientes de pressão, como vasos de blowdown, e geralmente terão mostradores menores conforme mostrado na Figura 3.7.9.

Visores de nível e acessórios

Todas as caldeiras de vapor são equipadas com pelo menos um indicador de nível de água, mas aquelas com classificação de 100 kW ou mais devem ser equipadas com dois indicadores. Os indicadores são geralmente referidos como visores de nível em conformidade com EN 12953. Um visor de nível mostra o nível atual de água na caldeira, independentemente das condições de operação da caldeira. Os visores de nível devem ser instalados de modo que sua leitura mais baixa mostre o nível de água a 50 mm acima do ponto onde o superaquecimento ocorrerá. Devem também ser equipados com um protetor ao redor, mas isso não deve dificultar a visibilidade do nível de água. A Figura 3.7.10 mostra um visor de nível típico. Os visores de nível são propensos a danos de várias fontes, como corrosão dos produtos químicos na água da caldeira e erosão durante o blowdown, particularmente na extremidade do vapor. Qualquer sinal de corrosão ou erosão indica que um novo visor é necessário. Ao testar a conexão de vapor do visor de nível, a torneira de água deve ser fechada. Ao testar as conexões de água do visor de nível, a torneira de vapor deve ser fechada. Para testar um visor de nível, o seguinte procedimento deve ser seguido:

Feche a torneira de água e abra a torneira de drenagem por aproximadamente 5 segundos.
Feche a torneira de drenagem e abra a torneira de água. A água deve retornar ao seu nível de trabalho normal relativamente rápido. Se isso não acontecer, então um bloqueio na torneira de água pode ser a razão e ação corretiva deve ser tomada o mais rápido possível.
Feche a torneira de vapor e abra a torneira de drenagem por aproximadamente 5 segundos.
Feche a torneira de drenagem e abra a torneira de vapor. Se a água não retornar ao seu nível de trabalho normal relativamente rápido, um bloqueio pode existir na torneira de vapor. Ação corretiva deve ser tomada o mais rápido possível. O atendente autorizado deve sistematicamente testar os visores de água pelo menos uma vez por dia e deve ser provido de proteção adequada para o rosto e mãos, como salvaguarda contra queimaduras em caso de quebra do visor. Nota: que todas as alças das torneiras do visor de nível devem apontar para baixo quando na condição de operação.

Proteções de visor de nível

A proteção do visor de nível deve ser mantida limpa. Quando a proteção estiver sendo limpa no local, ou removida para limpeza, o visor deve ser temporariamente fechado. Certifique-se de que há um nível de água satisfatório antes de fechar o visor e tenha cuidado para não tocar ou bater no visor de nível. Após a limpeza, e quando a proteção for substituída, o visor deve ser testado e as torneiras devem ser colocadas na posição correta.

Manutenção

O visor de nível deve ser completamente revisado em cada inspeção anual. A falta de manutenção pode resultar em endurecimento da vedação e travamento das torneiras. Se uma alça de torneira ficar torta ou distorcida, cuidado especial é necessário para garantir que a torneira esteja totalmente aberta. Um acessório danificado deve ser renovado ou reparado imediatamente. Os visores de nível frequentemente se descoloram devido às condições da água; eles também ficam finos e desgastados devido à erosão. Os visores, portanto, devem ser renovados em intervalos regulares. Um estoque de visores sobressalentes e vedação cônica deve sempre estar disponível na casa de caldeiras. Lembre-se:

Se as passagens de vapor estiverem obstruídas, um nível de água falso alto pode ser indicado no visor de nível. Após o visor ser testado, um nível de água falso alto ainda pode ser indicado.
Se as passagens de água estiverem obstruídas, um nível de água artificialmente alto pode ser observado devido ao vapor condensando no visor. Após o teste, o visor tenderá a permanecer vazio a menos que o nível de água na caldeira seja mais alto que a conexão superior, caso em que a água poderia fluir para o visor por esta conexão.
Os níveis do visor de nível devem ser tratados com o máximo respeito, pois são o único indicador visual das condições de nível de água dentro da caldeira. Qualquer nível de água percebido como anormal deve ser investigado assim que for observado, com ação imediata para desligar o queimador da caldeira se necessário.

Controles de nível de água

A manutenção do nível correto de água em uma caldeira de vapor é essencial para sua operação segura e eficiente. Os métodos de detecção do nível de água e o subsequente controle do nível de água é um tópico complexo coberto por uma série de regulamentos. As próximas seções fornecerão uma visão geral breve e o tópico será discutido com muito mais detalhes posteriormente.

Câmaras externas de controle de nível

As câmaras de controle de nível são instaladas externamente nas caldeiras para a instalação de controles ou alarmes de nível, conforme mostrado na Figura 3.7.11. A função dos controles ou alarmes de nível é verificada diariamente usando as válvulas de purga sequenciais. Com a volante totalmente girada no sentido anti-horário, a válvula está na posição ‘trabalho normal’ e um assento traseiro fecha a conexão de drenagem. O mostrador da volante pode ser semelhante ao mostrado na Figura 3.7.12. Algumas volantes não têm mostrador, mas dependem de um mecanismo para operação correta.

O seguinte é um procedimento típico que pode ser usado para testar os controles quando a caldeira está sob pressão e o queimador está disparando:

Gire a volante lentamente no sentido horário até que o ponteiro indicador esteja na primeira posição de ‘pausa’. A conexão da câmara do flutuador é defletida, a conexão de drenagem é aberta e a conexão de água é purgada.
Pause por 5 a 8 segundos.
Mova a volante mais lentamente no sentido horário para o curso total. A conexão de água é fechada, a válvula de drenagem permanece aberta e as câmaras do flutuador e as conexões de vapor são purgadas. Os controles da caldeira devem operar como para nível de água reduzido na caldeira, ou seja, bomba funcionando e/ou alarme sonoro tocando e corte do queimador. Alternativamente, se a câmara de controle de nível estiver equipada com um segundo ou alarme extra de nível baixo de água, a caldeira deve desligar.
Pause por 5 a 8 segundos.
Gire a volante lentamente totalmente no sentido anti-horário para fechar contra o assento traseiro na posição ‘trabalho normal’.
As válvulas de purga sequenciais são fornecidas por uma série de fabricantes diferentes. Cada um pode diferir no procedimento de operação. É essencial que as instruções do fabricante sejam seguidas em relação a esta operação.

Controles de nível montados internamente

Sistemas de controle de nível com sensores (ou sondas) que se encaixam dentro do casco da caldeira (ou tambor de vapor) também estão disponíveis. Estes fornecem um grau mais alto de segurança do que aqueles instalados externamente. Os sistemas de alarme de nível também podem fornecer uma função de auto-verificação na integridade do sistema. Por serem montados internamente, não estão sujeitos aos procedimentos necessários para purgar câmaras externas. A operação do sistema é testada por um teste de evaporação para a posição de ‘1º nível baixo’, seguido de purga para a posição de ‘2º nível baixo’. Tubos de proteção são instalados para desencorajar o movimento de água ao redor do sensor.

Purgadores de ar e rompedores de vácuo

Quando uma caldeira é iniciada a frio, o espaço de vapor está cheio de ar. Este ar não tem valor calorífico e afetará adversamente o desempenho da planta de vapor devido ao seu efeito de isolamento das superfícies de troca de calor. O ar também pode dar origem à corrosão no sistema de condensado, se não for adequadamente removido. O ar pode ser purgado do espaço de vapor usando uma simples torneira; normalmente isso seria deixado aberto até que uma pressão de cerca de 0,5 bar esteja mostrando no manômetro. Uma alternativa à torneira é um purgador de ar de pressão equilibrada que não apenas alivia o operador da caldeira da tarefa de purgar ar manualmente (e assim garante que isso seja realmente feito), mas também é muito mais preciso e ventilará gases que podem se acumular na caldeira. Purgadores de ar típicos são mostrados na Figura 3.7.14. Quando uma caldeira é retirada de operação, o vapor no espaço de vapor condensa e deixa um vácuo. Este vácuo faz com que a pressão seja exercida sobre a caldeira de fora e pode resultar em portas de inspeção da caldeira vazando, danos às placas planas da caldeira e o perigo de superencher uma caldeira desligada. Para evitar isso, um rompedor de vácuo (veja Figura 3.7.14) é necessário no casco da caldeira.