Steam System Modeler

Caldera de Vapor

Las calderas de vapor son hornos diseñados específicamente para generar el vapor que se va a utilizar como servicio en la planta. A la caldera se alimenta agua desmineralizada que se hace pasar por unas tuberías de intercambio de calor en el interior del horno, donde el agua se vaporiza. Existen dos sistemas de circulación de agua dentro del horno, la zona de radiacción donde se aprovecha la energía de radiación producida durante la combustión y la zona de convección, donde se aprovecha el calor de los gases de combustión a elevada temperatura. Una caldera eficiente es aquella que aprovecha la mayor parte del calor de combustión maximizando la generación de vapor. En una caldera eficiente la temperatura de los gases de escape es lo más baja posible y las pérdidas de calor al exterior son mínimas.

 Purga de las calderas (Blowdown)

Parte del agua del circuito vapor / condensado hay que purgarla de forma continua para evita que se acumulen sales que puedan precipitar en los tubos del horno y hagan perder eficiencia al horno. Además de la purga continua, hay una purga intermitente en el circuito del propio horno. Desde el punto de vista energético esta purga supone una pérdida de calor, puesto que estamos purgando condensado a temperatura. Sin embargo, por otro lado esta purga permite que no se reduzca la eficiencia del horno, y se traduce en evitar que aumente el consumo de combustible.

Desaireador

El desaireador se diseña para eliminar el oxígeno  y el CO2 disuelto del agua de alimentación a la caldera.  Ambos gases son corrosivos, pueden atacar los metales que toman contacto con el agua de alimentación de la caldera principalmente en las zonas a alta temperatura y reducir el rendimiento de la caldera.El desaireador utiliza vapor de baja presión para arrastrar gran parte de los gases disueltos en el agua y los elimina por el venteo del desaireador.  Para para eliminar las trazas de oxigeno se utilizan además  aditivos químicos . Los principales motivos para instalar un  desaireador son: Ahorro energético:

• Reduce la cantidad de químicos necesarios. La adicción de químicos requiere purgar el agua. Reducir y elminar estos químicos reduce la purga.

Otros:

• Cuando se quiere utilizar el vapor directamente en  el proceso tiene que estár libre de potenciales contaminantes para el proceso. Al reducir la adición de químicos no se  contamina el vapor.
• Reducir el nivel de oxígeno al mínimo, sin utilizar químicos. Esto elimina la corrosión del agua de caldera.
• Económicamente más rentable que utilizar químicos. Tanto más importante cuanto mayor sea la presión de vapor generado por la caldera y mayores los requerimientos de calidad del agua.

Agua de aporte

El agua de aporte repone en el circuito de vapor/ condensado de las pérdidas: - Purgas o Blowdown. - Pérdidas de vapor o condensado al exterior - Consumos de vapor, que no recuperar y retornan el condensado al circuito. No se puede utilizar cualquier tipo de agua. El agua de aporte debe estar desmineralizada, libre de sales, para evitar precipitación de sales en el circuito.

Bombas de alta presión

Las bombas de alta presión alimentan el agua del desaireador a la caldera. Estas bombas tienen que aumentar la presión del agua hasta la presión a la que se forma el vapor en la caldera, por lo que tienen un importante consumo eléctrico.  

Distribución del Vapor

El vapor se distribuye desde la caldera a los consumidores, mediante tuberías, por redes de distribución. En la caldera se produce vapor de muy alta presión. Los consumidores necesitan distintos niveles de temperatura del vapor, para ello se definen uno o varios sistemas de distribución del vapor, a distintas presión y temperatura.  Cada sistema de distribución alimentará a varios consumidores con requerimientos similares de presión y temperatura. Antes de distribuir el vapor en los consumidores se reduce a la presión de suministro en cada una de las redes de distribución del vapor, en las estaciones de laminación. La pérdida de calor de las tuberías con el exterior provoca que parte del vapor condense en el interior de las tuberías. Este condensado hay que eliminarlo para evitar problemas de golpes de ariete, esto se realiza utilizando trampas de vapor. Dependiendo de la longitud de las tuberías de distribución de vapor se instalan varias trampas a lo largo de todo el recorrido.

Laminación de vapor

Los sistemas de distribución de vapor pueden tener circuitos de vapor a diferente presiones y temperaturas. En la caldera se produce vapor de muy alta presión. Los consumidores necesitan distintos niveles de temperatura del vapor, para ello se definen uno o varios sistemas de distribución del vapor, a distintas presión y temperatura.  Cada sistema de distribución alimentará a varios consumidores con requerimientos similares de presión y temperatura. Antes de distribuir el vapor en los consumidores se reduce a la presión de suministro en cada una de las redes de distribución del vapor, en las estaciones de laminación. Las primera estación de laminación reduce la presión del vapor de mayor presión, el que viene directamente de la caldera a la presión de la siguiente red de distribución con inferior presión. Por ejemplo desde el nivel de muy alta presión al de presión de alta. Si existe un tercer nivel de presión, por ejemplo presión de mediase instala otra estación de laminación que reduzca la presión de la red vapor de alta presión a la de vapor de media presión. Los sistemas de laminación de vapor reducen la presión del vapor de más presión al requerido por cada circuito. Energéticamente estos sistemas son ineficientes. Transforman vapor de mayor poder energético en vapor de menor poder energético. La válvula de vapor que utilizan pierde gran parte de este poder energético. Las estaciones de laminación reducen la energía útil del vapor (llamada exergía), puesto que transforman un vapor de más alta presión, con mayor temperatura en otro de menor presión o temperatura. En esta transformación se desaprovecha parte de la energía del vapor de más alta presión sin obtener un beneficio a cambio. Para entender el concepto de exergía, si intentamos generar electricidad a partir del vapor instalando una turbina, se producirá mayor cantidad del vapor de mayor presión. Reducir la presión del vapor no reduce significativamente la cantidad de calor que se puede aprovechar cuando se utiliza este vapor para calentar, si en cambio se reduce significativamente la capacidad de generar electricidad o de utilizar este vapor para calentar un fluido a mayor temperatura. Se instalan redes a distintas presiones para abaratar los equipos que trabajan a menor temperatura. Y requieren vapor de presión inferior.

Atemperadores

Las estaciones de laminación producen vapor sobrecalentado. Para aumentar la producción de vapor y mejorar el funcionamiento de los intercambiadores de calor se instalan atemperadores que inyectan agua desmineralizada en las líneas de vapor para saturar el vapor.

Recuperación del condensado

El condensado que se forma en los consumidores se recoge en redes de recogida de condensado. Normalmente trabajan a presión y descargan el condensado es depósitos separadores líquido vapor, también llamado recuperadores de vapor. El condensado desde los consumidores se despresuriza parcialmente antes de alimentar a la red de recogida de condensado. Al despresurizarse parte del condensado se transforma de vapor. Los Depósitos de flaseo o de recuperación de vapor son separadores de gar líquido que recogen los condensados y recuperan el vapor formado. Dependiendo de la presión a la que trabajan pueden formar vapor de distinta presión. Normalmente el condensado de un vapor de presión superior descarga aun depósito que trabaja a la de vapor de la red de menor presión, permitiendo conectar el vapor generado a esta red de menor presión.

Bombas de condensado

Las bombas de condensado recuperan el condensado para alimentarlo de nuevo al desaireador desde donde se alimentará a la caldera. La recuperación y bombeo de condensados permite recuperar parte del calor sensible del condensado. Reduce también la cantidad de agua desmineralizada que habría que aportar al desaireador para mantener el balance de agua en sistema de vapor. El agua desmineraliza está más fría que el condensado y el calor para calentar esta agua en lugar del condensado requeriría un aumento de consumo de fuel en la caldera.

Depósitos de recuperación del condensado

Los depósitos de recuperación de condensado, o depósitos de flasheo, recogen el condensado formado por los consumidores y el formado al condensado el vapor en el circuito de distribución. Estos depósitos separan y recuperan el vapor que se ha formado al despresurizarse el condensado. Estos depósitos trabajan a la presión de la red de vapor de inferior presión y alimentan el vapor formado a esta red de distribución. Por ejemplo un vapor de media presión de 10 barg produce condensado que se recoge el un depósito de condensado que trabaja a la presión del vapor de la red de baja presión de 5 barg, el vapor formado lo descarga a la red de 5 barg. Estos depósitos recuperar parte de la energía del condensado en forma de vapor, pero este vapor formado es de un nivel de presión inferior la de la red de vapor de donde proviene el condensado. Por lo tanto posibles fugas de vapor al sistema de condensado siempre se recuperarán en la red de presión inferior y con menor energía. Normalmente existen tantos depósitos de recuperación de condensado como redes de distribución de vapor. Los depósitos de más presión alimenta el condensado recuperado al de inferior presión. Normalmente el último de los depósitos el que recoge todo el condensado del sistema trabaja a presión atmosférica. Este depósito atmosférico ventea el vapor formado a atmósfera, perdiendo parte de la energía del sistema y parte del agua del circuito.

Steam System Modeler

Permite modelizar un sistema de vapor con tres colectores de vapor a diferentes niveles de presión. Permite ajustar los elementos del sistema para analizar su comportamiento estimando la eficiencia y estabilidad del sistema. Está enfocado para personal de planta para permitirle simular en comportamiento del sistema en diferentes condiciones de operación y ajustar la operación para mejorar la eficiencia del sistema y ahorra energía.