Discusión sobre el diseño, selección y control del medidor de nivel de válvulas magnéticas en el tanque de vapor de la caldera

Thread Content

La última edición de este mensaje fue realizada por kareale88 el 2 de julio de 2019, a las 23:02. Resumen: La medición precisa del nivel del líquido en el tanque de vapor de la caldera, su control estable y su funcionamiento fiable son elementos esenciales para garantizar el funcionamiento seguro de la caldera. A través de la comparación de las ventajas y desventajas de varios tipos de medidores de nivel para vasos de presión, se considera que se deben preferir los medidores de nivel con tapas magnéticas, los medidores de nivel por diferencia de presión y los medidores de nivel con contactos eléctricos. A continuación, se determina, según las condiciones reales, si es necesario compensar el nivel del líquido en el tanque de vapor, y si es preciso utilizar métodos complejos como el control de tres impulsos. La medición precisa del nivel de líquido en el tanque de vapor de la caldera, su control estable y su funcionamiento fiable son garantías importantes para el funcionamiento seguro de la caldera. Una selección e instalación inadecuadas del medidor de nivel pueden causar que este se rompa, que el vapor caliente se escape, que la medición del nivel sea imprecisa o incluso que deje de funcionar. Un nivel de líquido en el tanque de vapor demasiado alto o con fluctuaciones bruscas puede causar una deterioración en la calidad del vapor y la presencia de agua en él. Esto provoca la formación de sales en las superficies calentadas. En casos graves, esto puede causar vibraciones debido al impacto del agua en la turbina y daños en sus palas. Un nivel de líquido demasiado bajo, por su parte, puede hacer que el sistema de eliminación de impurezas deje de funcionar. Además, los productos químicos utilizados en el horno pueden llegar al vapor, lo que incluso puede causar que los tubos de descenso contengan vapor. Todo esto afecta el funcionamiento del ciclo del agua del horno y puede provocar la rotura de grandes áreas de los mismos. Los accidentes graves causados por el nivel del líquido en el vaso de expansión siguen ocurriendo con frecuencia, o bien persisten las situaciones de riesgo. 1 Medición del nivel de líquido en el tanque de vapor 1.1 Medidores de nivel para el tanque de vapor. Para el diseño de los medidores de nivel en el tanque de vapor, generalmente se utilizan medidores de nivel de tipo flap magnético y medidores de nivel por diferencia de presión. Pero también hay quienes opinan que: ① El medidor de nivel por columnas magnéticas, aunque permite observar el nivel de forma indirecta, es resistente a altas temperaturas y presiones. Tiene una estructura completamente metálica, lo que le confiere una larga vida útil, un buen sellado y dificulta las fugas. ② Los medidores de nivel de vidrio para altas presiones, debido a su alto costo, numerosos puntos de fuga y dificultades en su mantenimiento, deberían ser gradualmente reemplazados en los calderos de presión media. ③ Los medidores de nivel con contactos eléctricos son propensos a la corrosión y la formación de incrustaciones con el paso del tiempo, lo que los hace poco fiables. ④ Los transmisores de diferencia de presión son especialmente sensibles a los cambios en la presión y la cantidad de vapor dentro del caldero. Es necesario ajustar constantemente el punto cero y el rango de medición. Además, requieren mucho mantenimiento. Incluso se considera que estos métodos de medición no son adecuados para satisfacer las necesidades de producción y seguridad. ⑤ En los medidores de nivel capacitivos, las placas de medición capacitiva pueden verse afectadas por la formación de incrustaciones en el agua. Además, durante el funcionamiento del caldero, la cantidad de vapor, la temperatura y la presión cambian rápidamente según las condiciones operativas. La constante dieléctrica de la mezcla de agua y vapor también varía constantemente. Los métodos de compensación manual no logran resolver este problema de manera definitiva, lo que puede causar lecturas erróneas del nivel [1]. Se ha sugerido utilizar como referencia los medidores de nivel con flotador magnético en el lugar donde se encuentra la caldera. Además, sería conveniente añadir funciones de vigilancia por video y visualización a distancia, para poder monitorear con precisión el nivel del agua en el tanque de la caldera desde la sala de control. Sería necesario reemplazar los medidores de nivel con contactos eléctricos por medidores de nivel magnéticos. También sería bueno sustituir los medidores de nivel basados en diferencia de presión por medidores de nivel inteligentes basados en radar de ondas guiadas. Se podrían utilizar medidores de nivel capacitivos inteligentes, los cuales permiten compensar con precisión los cambios en la constante dieléctrica del medio líquido, los cambios en la constante dieléctrica del medio gaseoso y los cambios de temperatura. Estos medidores permiten una medición precisa y continua del nivel en todas las condiciones operativas (encendido/apagado de la caldera, descarga de residuos, situaciones de emergencia, etc.). Son resistentes a altas temperaturas y presiones, tienen una larga vida útil y no presentan errores en la medición del nivel. Hasta el día de hoy, siguen publicándose artículos relacionados con la medición y control del nivel de líquido en los tanques de vapor. Por ejemplo, el artículo “Análisis de la aplicación del control PID difuso para el nivel de líquido en los tanques de calderas” señala que el control PID difuso permite una respuesta rápida, un menor desvío del valor deseado y una mayor precisión en el seguimiento del nivel [2]. El artículo “Selección e cálculo de instrumentos para medir el nivel de líquido en los tanques de calderas en plantas químicas” presenta dos métodos de compensación del nivel: la compensación estructural y la compensación por software [3]. Finalmente, el artículo “Control del nivel de líquido en los tanques de calderas basado en un PSD adaptativo de un solo neurón” permite ajustar dinámicamente los parámetros de control según las condiciones operativas del tanque, mejorando así las características dinámicas y estáticas del nivel de líquido [4]. Para el control del nivel de líquido en el vaso de expansión, la forma más común es utilizar un control de tres impulsos; también se emplean sistemas de control avanzado. 1.3 Las normativas relevantes establecen que, según las “Normas técnicas de inspección de seguridad para calderas de vapor”, cada caldera debe estar equipada con al menos 2 manómetros independientes entre sí. El reglamento no establece qué tipo de medidores de nivel en sitio deben utilizarse en el tanque de vapor de la caldera, ni proporciona indicaciones específicas sobre las estrategias de control. Pero cada caldera de vapor debe estar equipada con al menos dos manómetros de nivel de lectura directa, independientes entre sí. En ciertas condiciones, la caldera también puede tener solo un manómetro de nivel de lectura directa. El reglamento establece requisitos específicos en cuanto al diámetro interno, la longitud y la pendiente de las tuberías de conexión para las bebidas gaseosas. Además, se exige que los manómetros de las calderas subcríticas corrijan los errores de medición causados por las diferencias en la densidad del líquido. Las «Normas técnicas para los sistemas de medición del nivel de líquido en los tanques de las centrales térmicas» son regulaciones específicas para los medidores de nivel de los tanques. Aunque están destinadas a calderas de alta presión, su contenido es detallado y preciso, y se presta especial atención a la seguridad. Por lo tanto, pueden servir como referencia para calderas de presión media o inferior. La normativa establece claramente que el tanque de vapor debe estar equipado con un medidor de nivel en sitio, un dispositivo de medición de nivel por diferencia de presión y un dispositivo de medición de nivel por electrodos; además, se da preferencia al medidor de nivel por diferencia de presión. La sección de explicaciones que acompaña a las especificaciones indica además que la tecnología de los dispositivos de medición del nivel de agua basados en electrodos ha experimentado avances significativos. Numerosas aplicaciones a largo plazo han demostrado que son seguros y fiables, y que permiten eliminar la influencia de la presión en el tanque de vapor, logrando así una medición de alta precisión en todo momento. Los avances en la tecnología de los recipientes de equilibrio han garantizado que los medidores de nivel basados en diferencia de presión ofrezcan mediciones precisas y estables, además de asegurar la protección del nivel de agua durante el inicio del funcionamiento del sistema. Se establece que se presta una atención adecuada a la seguridad, con descripciones específicas, como la separación de las funciones de protección y control del nivel del tanque de vapor, canales independientes y fuentes de alimentación independientes, entre otros. No se describe la estrategia de control. 2. Aplicaciones prácticas de los medidores de nivel de líquido en los tanques de vapor. La empresa Meiant cuenta con 2 unidades de producción de ácido sulfúrico, cuya capacidad es de 400 kt/a cada una. Entre ellos, hay 2 vasos de expansión de HRS a 1,0 MPa; cada uno está equipado con 1 medidor de nivel de tipo flap magnético, 1 sensor de alarma por nivel elevado y 1 medidor de nivel por diferencia de presión. Caldera de calor residual: 4,0 MPa. Hay 2 tanques de vapor; cada uno está equipado con 2 medidores de nivel de tipo tubo de cuarzo y 2 medidores de nivel por diferencia de presión en contenedores de equilibrio de dos cámaras. La situación operativa y las modificaciones realizadas en el medidor de nivel del vaso de expansión se muestran en la Tabla 1. http://www.517mat.com/d/file/gsnews/2019-02-19/9b2f8f3ec5f505ca975200e0d3f97bea.jpg
http://www.517mat.com/d/file/gsnews/2019-02-19/ae440b6896652465c92c5885808454e5.jpg
La Figura 1 muestra una comparación entre dos medidores de nivel por diferencia de presión, ambos utilizados en el mismo tanque a una presión de 4,0 MPa. Uno de ellos está modificado, mientras que el otro no lo está. El análisis de las tendencias muestra que el método tradicional de medición de nivel por diferencia de presión puede presentar errores en la medición del nivel durante el arranque de la caldera, debido a deficiencias en el diseño o en la instalación (el nivel del 100% mostrado en la Figura 1 es, en realidad, un nivel falso). Este problema suele desaparecer automáticamente a medida que aumenta la presión en el tanque de vapor. En el ejemplo, el punto de coincidencia entre las mediciones de los dos niveles de líquido comienza en el “Punto A”; el valor de presión correspondiente es de aproximadamente 0,135 MPa. Debido a la naturaleza engañosa de este fenómeno, los problemas relacionados con la medición del nivel de líquido durante el proceso de aumento de presión en el tanque de vapor no han recibido la atención ni solución adecuadas durante mucho tiempo, en particular en lo que respecta a los ajustes necesarios en las normas de diseño correspondientes. http://www.517mat.com/d/file/gsnews/2019-02-19/7d4b304884ab9ab7db8913336a34e9b6.jpg La influencia de las fluctuaciones en la presión de vapor en el nivel del líquido en el tanque de vapor se muestra en la Tabla 1 y en la Figura 2. Método de prueba: Primero, se aumenta la presión del vaso de expansión; luego, se abre de golpe la válvula de regulación del tubo de vapor principal (siendo el propio tubo de distribución de vapor ya bajo presión). El control del nivel pasa de automático a manual, y a continuación se observan los cambios en los parámetros relevantes. Los resultados de las pruebas indican que el caudal de vapor varía dentro de ciertos límites, y eso no tiene un impacto significativo inmediato en la medición del nivel del líquido. En los ejemplos analizados, las variaciones en el nivel del líquido fueron menores a 38 mm. Tampoco se observó un retraso significativo en la medición del nivel de líquido, lo cual quizás se deba a las mejoras realizadas en el medidor de nivel. http://www.517mat.com/d/file/gsnews/2019-02-19/b656d41b5c52b37698ae97d35f8f1c59.jpg
http://www.517mat.com/d/file/gsnews/2019-02-19/d2563b36eb474304071852182a37b3b1.jpg

**3. Discusión de problemas**
1) Los medidores de nivel con placa magnética tienen una vida útil larga y no requieren mantenimiento. Son mucho más seguros y fiables que los medidores de nivel con tubo de cuarzo. Aunque es caro, desde el punto de vista de la seguridad, es mejor optar por él. 2) El medidor de nivel por diferencia de presión también es un instrumento de medición del nivel del vaso de expansión con larga vida útil, que no requiere mantenimiento y que es seguro y fiable. Debido a su amplio alcance, es fácil que se vea afectado por el diseño e instalación, lo que puede generar malentendidos. Se recomienda que los tubos de transmisión de presión se diseñen de tal manera que no sea necesario calentarlos. Si se utiliza calefacción por vapor o eléctrica, es conveniente aislar primero entre la tubería de calefacción y la tubería de presión con un material aislante como cuerda de amianto. Si se utiliza calefacción por vapor, es recomendable instalar también calefacción eléctrica de tetrafluoroetileno como medida de precaución. Dado que la válvula de descarga puede dejar de cerrarse bien después de ser utilizada varias veces, se recomienda equiparla con tapones fáciles de desmontar y montar. 3) Para los medidores de nivel del vaso de presión, se recomienda dar prioridad a los medidores de nivel con platos magnéticos, los medidores de nivel por diferencia de presión y los medidores de nivel con contactos eléctricos. Estas son todas formas de medición de nivel con una buena relación calidad-precio, que han sido probadas a través del uso por parte de numerosos usuarios y su aplicación en la práctica a lo largo de mucho tiempo. Desde el punto de vista de los principios de medición, los medidores de nivel de tipo flap magnético, capacitivo, con flotador y por radar son menos propensos a funcionar de manera estable, fiable y sin necesidad de mantenimiento a largo plazo. Si ya se cuentan con estos dispositivos, se recomienda utilizarlos como reserva. Según las “Normas técnicas para los sistemas de medición del nivel de agua en los tanques de las centrales térmicas”, el medidor de nivel seleccionado “debe tener una gran capacidad de adaptación a los diferentes tipos de materiales”. Desde que se puso en marcha este proceso, el equipo utilizado funciona correctamente, y todos los indicadores relacionados con las aguas residuales generadas cumplen con las **normas de emisión establecidas**. La situación del monitoreo del valor de pH en el proceso de neutralización de los residuos se muestra en la Tabla 4, mientras que el monitoreo de los metales pesados presentes en los productos generados por este proceso se indica en la Tabla 5. Según la Tabla 4, al tomar muestras a través de la abertura en la parte superior del tanque de reacción, y al utilizar tiras reactivas para medir el pH, se observó que el valor de pH de los materiales dentro del tanque aumentaba significativamente. Este valor coincidía con los valores medidos por el pHmetro instalado en el tubo de conexión. Según la Tabla 5, se puede observar que, tras realizar pruebas en los materiales después de la reacción en el centro de análisis, los iones de metales pesados se encuentran por debajo de los **estándares de emisión establecidos, lo cual significa que cumplen con los requisitos para la eliminación de aguas residuales industriales. http://www.517mat.com/d/file/gsnews/2019-02-19/f5685828e471e33541e3d60f5eb0b4c2.jpg
http://www.517mat.com/d/file/gsnews/2019-02-19/d6c40505d87a6aa5c181c1dc1c81a7cd.jpg

3. Conclusión: Las técnicas de tratamiento de aguas residuales ácidas mediante lechadas alcalinas presentan ventajas en comparación con los métodos tradicionales que utilizan caliza o soluciones alcalinas, en términos de inversión en equipos y costos operativos. Además, no causan contaminación secundaria en el medio ambiente. La aplicación práctica ha demostrado que esta solución técnica es fiable, que sus resultados en la gestión son óptimos y que tiene un cierto valor para su difusión.