Blowdown de Fundo

Fatores envolvidos na remoção de sólidos suspensos da caldeira, incluindo válvulas, tubulação e vasos de blowdown, com cálculos.

Blowdown de Fundo

Os sólidos suspensos podem ser mantidos em suspensão enquanto a água da caldeira for agitada, mas assim que a agitação parar, eles cairão para o fundo da caldeira. Se não forem removidos, se acumularão e, dado tempo, inibirão a transferência de calor dos tubos de fogo da caldeira, que superaquecerão e poderão até falhar. O método recomendado para remover esta lama é através de rajadas curtas e rápidas usando uma válvula relativamente grande no fundo da caldeira. O objetivo é permitir que a lama tenha tempo de se redistribuir para que mais possa ser removida no próximo blowdown. Por esta razão, um único blowdown de quatro segundos a cada oito horas é muito mais eficaz do que um blowdown de doze segundos no primeiro período de turno de oito horas, e então nada pelo resto do dia. A água de blowdown passará para um poço de blowdown revestido de tijolo abaixo do solo, ou para um vaso de blowdown metálico situado acima do solo. O tamanho do vaso é determinado pela taxa de fluxo de água de blowdown e vapor flash que entra no vaso quando a válvula de blowdown é aberta. As principais influências sobre a taxa de blowdown são:

• A pressão da caldeira
• O tamanho da linha de blowdown.
• O comprimento da linha de blowdown entre a caldeira e o vaso de blowdown. Na prática, um comprimento mínimo razoável de linha de blowdown é 7,5 m, e a maioria dos vasos de blowdown é dimensionada com base nisso. As linhas de blowdown conterão curvas, válvulas de retenção e a própria válvula de blowdown; e estes acessórios aumentarão a queda de pressão ao longo da linha de blowdown. Eles podem ser pensados em termos de um ‘comprimento equivalente de tubo reto’ e podem ser adicionados ao comprimento do tubo para fornecer um comprimento equivalente total. A Tabela 3.14.1 fornece comprimentos equivalentes de várias válvulas e acessórios. Na prática, um comprimento mínimo razoável de linha de blowdown é 7,5 m, e a maioria dos vasos de blowdown é dimensionada com base nisso. As linhas de blowdown conterão curvas, válvulas de retenção e a própria válvula de blowdown; e estes acessórios aumentarão a queda de pressão ao longo da linha de blowdown. Eles podem ser pensados em termos de um ‘comprimento equivalente de tubo reto’ e podem ser adicionados ao comprimento do tubo para fornecer um comprimento equivalente total. A Tabela 3.14.1 fornece comprimentos equivalentes de várias válvulas e acessórios. Na improvável hipótese de o comprimento equivalente total ser inferior a 7,5 m, o vaso deve ser dimensionado para uma taxa de fluxo mais alta. Nestes casos, multiplique a pressão da caldeira por 1,15 para calcular a taxa de blowdown a partir da Figura 3.14.1. Linhas de blowdown acima de 7,5 m podem ser lidas diretamente deste gráfico. Exemplo 3.14.1: Para uma pressão de caldeira de 10 bar g, um comprimento equivalente de linha de blowdown de 40 mm é calculado como 10 m, consequentemente, a taxa de blowdown é 6,2 kg/s (veja Figura 3.14.1). Existem dois fatores importantes a reconhecer com o blowdown de fundo: Conteúdo energético do blowdown A energia contida na água sendo descarregada é a entalpia líquida da água na temperatura de saturação à pressão da caldeira. No Exemplo 3.14.1, a pressão da caldeira é 10 bar g e, das tabelas de vapor, hf é 782 kJ/kg. Então a taxa na qual a energia está sendo liberada da caldeira é: 782 kJ/kg x 6,2 kg/s = 4,85 MW Mudança de volume Em um período de blowdown de 3 segundos, a quantidade de água descarregada é: 6,2 kg/s x 3 segundos = 18,6 kg O volume dos 18,6 kg de água descarregada é: 18,6 kg x 0,001 m3/kg = 0,018 6 m3 Dos cálculos de vapor flash, 16% da água na temperatura de saturação de 10 bar g se transformará em vapor flash quando a pressão for reduzida para atmosférica. O vapor à pressão atmosférica tem um volume significativamente maior do que a água e cada quilograma ocupa 1,673 m3 de espaço. O volume resultante de vapor flash dos 18,6 kg de água da caldeira é: (18,6 kg x 16%) x 1,673 m3/kg = 4,98 m3 Para comparação, o volume da água é reduzido para: (18,6 kg x 84%) x 0,001 m3/kg = 0,015 6 m3 A taxa de fluxo de energia muito alta e a enorme mudança de volume entre os lados a montante e a jusante da válvula de blowdown significam que forças reacionárias substanciais são desenvolvidas e que o blowdown da caldeira deve ser manuseado de forma segura.

Regulamentos e notas de orientação​

No Reino Unido, devido às forças envolvidas e ao potencial de danos ao pessoal e ao meio ambiente, o blowdown de caldeiras é coberto em vários estatutos e Notas de Orientação do Health & Safety Executive.

Os seguintes são aplicáveis no Reino Unido e têm equivalentes locais em muitas outras partes do mundo:

• Factories Act (1961).
• Health and Safety at Work Act (1974).
• Public Health Act (1936).
• Notas de Orientação de Saúde e Segurança PM60, BG01 e INDG436.
• Regulamentos de Sistemas de Pressão e Recipientes de Gás Transportáveis (1989).
• A Diretiva Europeia de Equipamentos de Pressão (PED), (2002). A conformidade pode ou não ser obrigatória, mas um incidente na planta ou ferimento a pessoal certamente envolverá inspetores de fábrica e possível litígio. Por favor, note: As ilustrações dentro deste Módulo são esquemáticas e alguns acessórios essenciais da caldeira, por exemplo, visores de nível foram omitidos para clareza. Países diferentes do Reino Unido devem confirmar os equivalentes locais dos acima, mas em qualquer caso devem enfatizar a importância de:
• Bom senso.
• Boa prática de engenharia e instalação.
• Segurança. Em todos os casos, é importante garantir isolamento adequado para fins de manutenção e prevenção de fluxo reverso. A instalação de equipamentos de controle de TDS em plantas com múltiplas caldeiras deve incluir uma válvula de retenção e uma válvula de isolamento para impedir que a pressão/fluxo de uma caldeira seja imposta sobre outra. Isso é particularmente importante quando uma caldeira é desligada, pois a válvula de controle de TDS pode não ser projetada para vedar contra pressão no lado a jusante. A boa prática de engenharia sempre consideraria o que aconteceria se a válvula de controle estivesse passando água ou vapor. No pior caso, a ausência de uma válvula de retenção e válvula de isolamento pode colocar em perigo o pessoal trabalhando na ou dentro da caldeira desligada.

Válvula de blowdown de fundo​

No Reino Unido, este tipo de válvula é coberto pelo Factories Act (1961). A Seção 34 proíbe o pessoal de entrar em caldeiras específicas, a menos que:

• Todas as entradas pelas quais vapor ou água quente possam entrar na caldeira (de qualquer outra parte do sistema) sejam desconectadas dessa parte; ou
• Todas as válvulas ou torneiras que controlam a entrada de vapor ou água sejam fechadas e trancadas com segurança. Onde há um tubo ou vaso de blowdown comum, a válvula de blowdown é construída de modo que só pode ser aberta por uma chave que não pode ser removida até que a válvula de blowdown seja fechada; e que esta é a única chave em uso na casa de caldeiras. Blowdown de fundo automático controlado por temporizador Agora é possível automatizar a válvula de blowdown de fundo usando um temporizador proprietário conectado a uma válvula de esfera operada por ar comprimido. O temporizador deve ser capaz de abrir a válvula em um horário específico e mantê-la aberta por um número determinado de segundos. O uso de blowdown de fundo automático garante que esta ação importante seja realizada regularmente e libera o atendente da caldeira para outras funções. Em instalações com múltiplas caldeiras, é necessário intertrancar as válvulas para que não mais do que uma possa estar aberta a qualquer momento, pois isso sobrecarregaria o vaso de blowdown. Isso pode ser feito de forma mais simples escalonando os horários de ajuste dos temporizadores individuais de blowdown, ou definindo os horários individuais de blowdown em sequência.

Vasos de blowdown, conforme exigido pelas normas do Reino Unido

Vasos de blowdown são uma alternativa preferida aos poços de blowdown. As seguintes informações são extraídas da Nota de Orientação PM60 do HSE e fornecem informações que podem ser úteis em locais fora do Reino Unido: Tradicionalmente, os vasos de blowdown tiveram entradas tangenciais. No entanto, isso significou que os vasos foram estruturalmente fracos no ponto onde a entrada entra. Uma alternativa preferida é trazer a linha de blowdown radialmente, fornecendo um vaso estruturalmente superior, e então instalar um difusor dentro do vaso. Este arranjo também reduz a erosão que poderia ocorrer dentro de um vaso com entrada tangencial. Norma de construção O vaso precisará estar em conformidade com a Diretiva Europeia de Equipamentos de Pressão (2002) para gases do Grupo 2. Esta diretiva instrui o fabricante a cumprir normas de design e fabricação. Como esta é uma especificação de vaso de pressão, o vaso também precisa de provisão para inspeção, incluindo uma porta de acesso e uma drenagem. Temperatura e pressão de design A pressão de design do vaso de blowdown deve ser de pelo menos 25% da pressão máxima de trabalho da caldeira e a temperatura de design deve ser maior ou igual à temperatura de saturação para a pressão de design do vaso. Tamanho Isso depende da pressão da caldeira e do tamanho da linha de blowdown, no entanto:

• A ventilação deve ser grande o suficiente para que a pressão dentro do vaso não exceda 0,35 bar g.
• O volume de água em repouso deve garantir que a temperatura da água transbordante não exceda 43°C. Operação O vaso deve operar com uma quantidade de água em repouso e a quantidade de água deve ser pelo menos o dobro da quantidade de água de blowdown. Aproximadamente metade do volume do tanque deve ser ocupada por água em repouso e o restante como espaço de ar. Ventilação A ventilação deve garantir que o vapor flash seja ventilado com segurança e que não haja arraste significativo de água na saída do tubo de ventilação. A ventilação deve ser o mais reta possível e idealmente terminada com uma cabeça de ventilação. Conexão para manômetro O vaso deve ter uma conexão para manômetro, pois o vaso é fabricado segundo especificação de vaso de pressão e testes e inspeções regulares são necessários. Sistema de resfriamento Um dispositivo de resfriamento deve ser instalado no vaso se a temperatura da água quente causar a temperatura de saída no blowdown a exceder o limite permitido. A escolha mais econômica para esta aplicação é uma válvula de controle auto-ajustável. Se a temperatura exceder a temperatura de ajuste, a válvula abrirá e permitirá que água fria da rede entre no vaso.

Instalações com múltiplas caldeiras

O arranjo de tubulação para instalações com múltiplas caldeiras é coberto pela Nota de Orientação PM60 do HSE do Reino Unido; os seguintes pontos são feitos: Operação Somente uma caldeira pode ter blowdown por vez. Na verdade, o dimensionamento do vaso de blowdown será baseado na caldeira de maior pressão com o maior tamanho de linha de blowdown. Referência também é feita ao Factories Act (1961) do Reino Unido que estabelece a mesma coisa. Tubulação A Figura 3.14.5 mostra o layout recomendado para instalações com múltiplas caldeiras onde as linhas de blowdown de fundo e TDS são levadas separadamente de volta ao vaso de blowdown. O coletor deve estar no vaso e não na caldeira. Conexões separadas são necessárias no vaso para blowdown de fundo e para linhas de retorno de blowdown de TDS. Uma terceira conexão também é necessária no vaso para cumprir as Notas de Orientação do Reino Unido (BG01 e INDG436) em relação ao controle de nível de água em caldeiras. Isso requer uma conexão para o blowdown das câmaras de controle e visores de nível. Valvulamento Onde as linhas de blowdown se conectam a um coletor de entrada no vaso, cada uma deve ser equipada com uma válvula de retenção de fechamento por rosca ou, uma válvula de retenção e uma válvula de isolamento. Isso é para impedir a possibilidade de vapor e água quente pressurizada serem soprados de uma caldeira em funcionamento para outra (dentro da qual o pessoal pode estar trabalhando) durante a manutenção. A preferência é por duas válvulas separadas. A válvula de retenção terá que trabalhar regularmente, portanto o desgaste no assento é inevitável.