12 8 1 Filosofia de Control Del Sistema de Calderas

THERMODYNAMICS & ENGINEERING LTDA A Thermal Engineering Co.

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THERMODYNAMICS & ENGINEERING LTDA

A Thermal Engineering Compan

y


Proyecto: Facilidades de Producción Caracara Fase 1

Subproyecto: Estacion: Jaguar

Documento: Lógica de control

C4 18/11/2011 Revisión del cliente T&EE T&EE T&ED



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Orden de Compra: 2107004363

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El uso, reproducción y circulación del docum ento y la inform ación consignada en éste, depende de autorización escrita y expresa por parte de Thermodynamics & Engineering Ltda.

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TABL A DE CONTENIDO

1. INTRODUCCION 2. OBJETIVOS 3. CONDICIONES GENERALES 3.1 ESTACIÓN SUAVIZADORA (DESMINERALIZADOR) 3.2 TANQUE DESAIREADOR 3.3 TANQUE DIARIO DE COMBUSTIBLE 3.4 CALDERAS A VAPOR 3.5 DISTRIBUIDOR DE VAPOR 3.6 TANQUE DE PURGAS 3.7 SISTEMA DE TRATAMIENTO DE GASES 3.8 SISTEMA DE TRASIEGO DE EFLUENTES 4. MODO DE OPERACIÓN 4.1 CONTROL AGUA-VAPOR 4.1.1 Control de alimentación de agua a la(s) caldera(s) 4.1.1.1 Componentes 4.1.2 Control de demanda de vapor relacionado con la presión de la(s)

caldera(s) 4.1.2.1 Componentes 4.2. CONTROL DEL AIRE DE COMBUSTIÓN 4.2.1. Componentes 4.3 CONTROL DE TEMPERATURA DE COMBUSTIBLE 4.3.1 Componentes 4.4 CONTROL DEL AIRE DE ATOMIZACION 4.4.1 Componentes 5. SISTEMAS DE SEGURIDAD DE LA(S) CALDERA(S) 5.1 SISTEMA DE SEGURIDAD DE LLAMA 5.2 SISTEMA DE SEGURIDAD POR SOBREPRESION DE VAPOR




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LISTA DE ANEXOS

ANEXO 1. DIAGRAMAS DE BLOQUES.




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1. INTRODUCCIÓN

A través de este documento se expone el funcionamiento lógico del sistema de control de las dos (02) calderas a vapor de 1200BHP c/u, tipo pirotubular, junto con los equipos periféricos (estación suavizadora de agua, tanque desaireador, tanque de precalentamiento de combustible, tanque distribuidor de vapor y de purgas y sistema de trasiego de efluentes) que lo conforman y que operaran en la estación de JAGUAR (CCS- FASE 1).

De igual modo, se menciona a grandes rasgos el funcionamiento del sistema de tratamiento de gases de combustión que operara con las calderas, cuya exposición ampliada podrá consultarse a través del dossier de dicho sistema.

Por lo demás, se realizara una descripc ión de los elementos y de los la zos de control que inter vie nen en el control de las variables de proceso, de manera que permita la operación y seguridad d e toda la instalación.

Por último, la inclusión de un diagrama de blo ques que muestra la interrelación entre los diversos equipos.




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2. OBJETIVOS

Dar a conocer el esquema de funcionamiento del sistema de generación de vapor

para las estaciones de Caracara Sur.

Identificar y describir los sistemas de control que intervienen en las calderas y sus

interrelaciones.

Identificar lazos de control, las secuencias de operación y los elementos que lo

conforman.

Identificar y describir los sistemas de seguridad de las calderas.




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3. DESCRIPCION GENERAL

A continuación se describe el funcionamiento de cada uno de los equipos que integran el sistema de generación de vapor y sus interrelaciones:

3.1 ESTACIÓN SUAVIZADORA (DESMINERALIZADOR)

Tiene como función reducir la dureza del agua de alimentación -suministrada por la estación- hacia las calderas, es decir, remover la mayor cantidad de carbonatos de calcio (CaCO3) y sulfatos de magnesio (MgSO4) presentes en el agua (< 50 ppm) a través del principio de intercambio iónico en condiciones aceptables para las calderas (< 0.3-1 ppm).

El intercambio iónico es un proceso rápido y reversible en el cual los iones impuros presentes en el agua son reemplazados por iones que despiden una resina de intercambio de iones. Los iones impuros son tomados por la resina que debe ser regenerada periódicamente para restaurarla a su forma iónica original. (Un ion es un átomo o grupo de átomos con una carga eléctrica. Los iones con carga positiva se llaman cationes y son generalmente metales, los iones con carga negativa se llaman aniones y son generalmente no metales)

Los siguientes iones son generalmente encontrados en aguas crudas:

Cationes Aniones

Calcium (Ca2+) Cloruro (Cl-)

Magnesio (Mg2+) Bicarbonato (HCO3-)

Sodio (Na+) Nitrato (NO3-)

Potasio (K+) Carbonato (CO32-)

Hierro (Fe2+) Sulfato (SO42-)

El objetivo de remover tales sustancias es ayudar a impedir la formación de incrustaciones sobre las superficies metálicas de las calderas, dado que un alto porcentaje de estas sales son sólidos disueltos que se precipitan cuándo se eleva la temperatura o presión al interior de las calderas.




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Este sistema se compone de un par de tanques suavizadores (TK-1002 A/B) de 120.000 granos de capacidad de intercambio iónico c/u, conectados en paralelo, uno en funcionamiento y otro en parada, con dos válvulas multifunción solenoides (USV1030A/B) con entrada y salida del agua en diámetro 2”, un tanque de salmuera con (TK-1001) para la regeneración de la resina, válvulas de corte y accesorios, apto para operar a alta temperatura –hasta 150ºF- y todo montado sobre un skid.

Una vez que el agua de alimentación ha sido suavizada -en cualquiera de los dos tanques- de acuerdo con la programación del controlador de flujo (FIC1030), bien sea por caudal suavizado o por tiempo de servicio, y con la ayuda del conjunto sensor (FE1030) y transmisor de flujo (FT1030), el controlador ordena la conmutación de los tanques suavizadores, de modo que el tanque saliente o saturado inicie la regeneración de la resina a través del lavado con la salmuera, mientras que su compañero entra en operación para continuar con la suavización del agua y así sucesivamente. Los caudales de agua a suavizar, de lavado, de retro-lavado, cantidad de resina y de salmuera utilizada y duración de las etapas en cada ciclo de regeneración, y demás datos de interés pueden ilustrarse en la ficha técnica y en el manual de operación de los suavizadores.

Es de anotar que la vida útil de la resina se va disminuyendo con el tiempo en la medida que cumple con su función, sin embargo, es más evidente cuando la frecuencia entre regeneraciones se va reduciendo o cuando las condiciones del agua de alimentación varían en forma apreciable de manera que afecten su desempeño. El registro de la periodicidad entre regeneraciones y de las cantidades de salmuera empleada y de agua, etc., son algunas de las variables a recomendar en su control a través de una bitácora de servicio.

Por otro lado, los efluentes producidos en el lavado de la resina (regeneración), se conducen a un drenaje abierto, a través de tubería, para ser evacuados a su destino final. Estas sustancias son de carácter inerte y no ofrecen daño algunos o potenciales conocidos. Una válvula de servicio ubicada aguas abajo de la corriente suavizada, nos permite tomar muestras de la calidad de la misma.

3.2 TANQUE DESAIREADOR

Básicamente es un tanque horizontal (TK-1003) a baja presión (5-10 psi) de 40000 lb/h de capacidad, montado sobre una estructura metálica, aislado térmicamente, provisto con boquillas para entrada de agua, vapor y condensado, y de un conjunto de cuatro bombas (P-1003A/B/C) verticales-multietapas, para suministro del agua suavizada a alta presión hacia las calderas.




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Dicho tanque no solo tiene la función de recolectar el agua suavizada, sino también, servir de punto recolector de los condensados provenientes de los equipos, de la red de condensados de la estación y de una pequeña porción de vapor –proveniente de las calderas- para calentamiento de la mezcla a fin de liberar el oxígeno contenido en la misma, contribuir a la reducción de corrosión y disminuir costos de operación.

Cuenta con un panel de control Oxymaster® el cual se encarga de monitorear y controlar las variables de nivel de agua y presión de vapor, mediante la manipulación de las válvulas actuadas según sea el caso y bajo la supervisión de un PLC.

El nivel de agua se controla a través del transmisor de nivel de radar de onda guiada (LT1030), el cual lleva la señal al controlador (LIC1030) y que de acuerdo con los niveles de operación mínimo y máximo fijados (1100-1922 gln), permite abrir o cerrar la válvula de control (LCV1030), para regular el flujo del agua de alimentación. El nivel de agua se puede visualizar en cualquier instante, a través del cristal tubular (LG1030) que dispone dicho tanque.

Por otro lado, cuando el nivel de agua es alto o bajo, se activa el switch de nivel correspondiente (LSH1030 de alta o LSL1030 de baja), que envía una señal de alarma indicando un nivel mayor al máximo o menor al mínimo fijado, según sea el caso. Dicha condición es transmitida al panel Oxymaster® para que sea comunicada al sistema de control de la estación y revisada por el operador.

La regulación de la presión de vapor para el desaireador se logra mediante el transmisor de presión (PT1034) y del controlador e indicador de presión (PIC1034) que actúa sobre la válvula de control (PCV1034), para regular la presión de entrada 70-75 psi a una presión de salida set @ 5psi (+/- 0.5).

Entre tanto las líneas de recuperación de condensados de la estación y del distribuidor de vapor (V-1013) y del tanque diario (TK-1005) son libres, es decir, que no disponen de instrumentos o de mecanismos de regulación o de control, salvo las trampas, y que llegan directamente a través de una línea colectora (8”-CL-10740-1C3-HC) al tanque desaireador en las condiciones de presión y de temperatura que entregan los equipos en un momento dado.

Otros puertos de ingreso son el final de la línea de alivio de descarga de las bombas, que conduce el agua a presión cuando las válvulas de control (LCV1032A/B) están pasando a cierre y el de los equipos de alimentación de químicos (TK-1004, P-1004) que suministran los floculantes, coagulantes, pasivantes y secuestrantes, que ayudan a prevenir la corrosión y la incrustación en las tuberías de las calderas y de las redes.




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Cuenta también con un punto de purga en diámetro 2” en la parte baja, con un punto lateral de rebose y válvula en diámetro de 3” para el desalojo del exceso de agua, que se conecta con la purga arriba mencionada, y por supuesto, con un cabezal o colector del agua a inyectar a las calderas en diámetro 6”, localizado en la parte baja del tanque. Cabe notar, que también dispone de una válvula de seguridad (PSV1030) la cual esta set @ 50psig, cuya descarga está dirigida al ambiente y de una válvula de venteo semi- cerrada, ubicadas en la parte superior del tanque y en el sobre domo, respectivamente.

De este modo, se persigue que el agua de alimentación (8.3 gpm, 140ºF y 35psi) alcance una temperatura cercana a los 210ºF, con muy bajo contenido de oxígeno, y en condiciones aceptables de dureza y de pH para ser suministrada a las calderas.

3.3 TANQUE DIARIO DE COMBUSTIBLE

Al igual que su antecesor se trata de un tanque horizontal (TK-1005) de 3360 gal de capacidad, sin aislamiento, para almacenamiento y calentamiento del crudo (oil #5-6) suministrado por la estación, el cual será inyectado a las calderas como medio de generación de calor a través del quemador.

Dicho tanque cuenta con boquillas para el ingreso y retorno de combustible en diámetros de 4 y 2”, respectivamente, un venteo en diámetro de 4”, un drenaje en diámetro 3”, un conjunto de dos boquillas –una por caldera- para la toma del crudo caliente en diámetro 2”, una boca de inspección (manhole) de 25” en el lado superior del tanque, un conjunto de boquillas en diámetro 1 ½” para la instalación de control de nivel y medidor y de plataforma para inspección. Las dimensiones del tanque son Ø 2.2m y 3.3m de longitud, el cual se encuentra soportado en un par de silletas y sobre pedestales de concreto.

El calentamiento de combustible se logra a través de un intercambiador de calor tipo serpentín, en tubería diámetro 2” sch 40, por donde circula vapor saturado a 75 psi, donde se estima aumentar la temperatura desde 165 a 170ºF. El control de la temperatura del combustible se realiza por medio de una válvula termostática (TCV- 1031), que permite el paso de mayor o menor cantidad de vapor según la temperatura fijada (170ºF) y de la temperatura que capture el bulbo cuya transmisión se realiza por capilaridad. Un termómetro análogo (TG-1033) nos ayuda a visualizar la temperatura del combustible al interior del tanque. Entre tanto, el condensado producido se conduce a través de una tubería de 1”, pasando por una estación de trampeo antes de llegar al desaireador.

Simultáneamente, un transmisor de nivel de radar de onda guiada (LT-1031) junto con un controlador (LIC-1031), permiten regular el paso de combustible mediante la válvula de control (XV-1021) y de acuerdo con niveles preestablecidos (1680-3100 gln). A su vez, un par de un par de switchs (LSL-1031 de baja y LSH-1031 de alta), permiten encender o apagar el sistema de bombeo de combustible de la estación, para alimentar




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el tanque cuando el nivel de combustible es el mínino de operación (1680 gln) o suspenderla cuando el nivel es el máximo a contener (3100 gln), respectivamente.

Cabe notar que el cableado de los citados interruptores y el traslado de las señales de la instrumentación de nivel a los equipos de bombeo y conexiones relacionadas, no está involucrado en el alcance de la presente filosofía y corresponderá al cliente final realizar dicha labor. Se recomienda que el nivel de operación mínimo sea la mitad del tanque.

Una vez que el combustible ha sido precalentado, se impulsa con las bombas (P- 1005A/B) a los precalentadores de vapor (HEV-1009A/B) o eléctricos (HEE- 2010A/B/C/D), para aumentar la temperatura de atomización. Por último, dicho tanque cumple con la norma UL142 y con las especificaciones complementarias de la ASME sección IX “Desarrollo y calificación de Procedimientos y Soldadores” y API 650 también.

3.4 CALDERAS A VAPOR

Son los equipos (B-1000A/B) encargados de transformar y transferir la energía química contenida en el combustible y cederla en calor a través de las superficies metálicas (tuberías y chapas), hacia el agua contenida en su interior para aumentar su energía interna y transformarla en vapor útil.

Una vez que el agua de alimentación ha sido suavizada, desaireada y tratada con los agentes químicos, se inyecta a la caldera a través del sistema de bombeo (P- 1003A/B/C) -una bomba por caldera- a una presión mayor que la de trabajo, para aumentar su contenido de energía.

Por otro lado, el combustible precalentado en el tanque diario sigue hacia una segunda etapa de calentamiento, desde 175ºF hasta 180ºF, la cual puede darse a través de dos vías: a) por medio del pre-calentador de vapor (HEV-2009A/B) que usa vapor a baja presión -de 75 a 5 psi- mediante la válvula reguladora de vapor (PRV-1035A/B) y cuyo control de temperatura se obtiene con la válvula de control (TCV-1032A/B), o b) en el caso que no haya vapor disponible, por ejemplo cuando arranca(n) la(s) caldera(s), el calentamiento se logra con la ayuda de los precalentadores eléctricos resistivos (HEE- 1010A/B/C/D/) –dos por caldera-, y cuyo control de encendido-apagado, está regido por los switchs de temperatura (TS-1031A de mínima y TS-1032A de alta), respectivamente. La ventaja que ofrece estos sistemas de calentamiento, es que el resistivo puede llegar a ser reemplazado por el de vapor, en la medida en que las condiciones de suministro sean constantes y generar un ahorro de costo energético.

De este modo, el combustible ya apto para su atomización se inyecta a presión con la ayuda del compresor (AC-1011A/B), y con las válvulas para direccionamiento de combustible (USV-1031A, SDY-1032A), de regulación de presión (PRV-1033A, PRV- 1034A, RV-1030A) y del aire de pre-barrido y de atomización (SDY-1032A), hacia la boquilla del quemador.


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A continuación el suministro de GLP a baja presión desde los contenedores (TK- 1007A/B) y de las válvulas de regulación (PRV-1031A) y de control (SDY-1031A), permite la combustión primaria de una llama piloto para propiciar la inflamación del combustible principal y permitir la liberación de su contenido de calor en la cámara de combustión de la(s) caldera(s).

Paralelamente, el sistema de control de nivel agua por radar de onda guiada (LT - 1032A/B), en unión con el controlador (LIC-1032A/B) y de la válvula de control (LCV-1032A/B), permite el paso controlado del agua de alimentación hacia la caldera, cuyos niveles estarán siempre vigilados por un control auxiliar warrick que detecta condiciones de bajo nivel (LSL) o de muy bajo nivel (LSLL), bien sea para arrancar la bomba de suministro de agua o para apagar la caldera, respectivamente. En cualquiera de las situaciones descritas se genera la alarma respectiva indicando dicha condición al operador de la estación.

Entre tanto, el sistema de control de presión conformado por el transmisor de presión (PT-1031A/B) y del controlador (PIC-1031A/B), permite la modulación de presión de la caldera, a su vez que el limitador de presión de vapor (PSH-2030A/B) apaga el quemador y genera un estado de alarma (PAH-2030A/B) cuando la presión máxima ha sido rebasada.

Cabe mencionar que el anterior proceso ocurre siempre y cuando el sistema de control Firemaster®, realice la verificación de las condiciones necesarias (nivel de agua, presión de vapor, interbloqueos y limites), para realizar la secuencia de encendido del quemador (temperatura y caudal de combustible y del aire de combustión) y la supervisión de las variables de proceso de la caldera (nivel del agua, presión de operación, flujo de vapor, temperatura de gases de combustión, modulación de potencia del quemador, etc.), a fin de mantener condiciones seguras de operación. Adicionalmente, cada caldera cuenta con dos válvulas de seguridad (PSV-1031A y PSV-1032A) seteadas a 150psig, para alivio de sobrepresiones las cuales son descargadas a la atmosfera.

El funcionamiento integral de la(s) caldera(s) y de sus variables podrá ser visualizado por el operador de la estación, mediante la interface de comunicación HMI que dispone el panel de control Firemaster®, dándole a conocer el estatus operacional de equipos, revisión de estados de alarma, generar reportes de estado, modificar puntos de consigna, accesibilidad completa o restringida según nivel de autorización, etc.

El conjunto de señales que está bajo el control del Firemaster® y del panel desaireador Oxymixer®, se integran en el panel Supervisory® mediante el protocolo Modbus, que permite visualizar el estatus de todos los equipos, y que entra en permanente comunicación con el sistema central de la estación, por fibra óptica mediante el protocolo Modbus TCP/IP.

Finalmente, el vapor producido -por cada caldera- se conduce por una red de tubería aislada en diámetro de 10” hasta el distribuidor de vapor, para luego ser enviado a


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Los distintos equipos de consumo. Cabe notar que una pequeña porción del vapor generado, se emplea para calentar el combustible en el tanque diario de crudo (TK-1005) y/o en el pre-calentador de vapor (HEV-1009A/B) y para el calentamiento y desoxigenación del agua en el tanque desaireador (TK-1003), cuyo gasto puede ubicarse entre el 2 y 3% aprox., de la producción total.

Dentro de los efluentes producidos por las calderas como los gases de combustión, estos son enviados al sistema de torres lavadoras de gases (V-1002) para depuración, previo a su lectura de temperatura (TG-1031A), mientras que las purgas (fondo, superficie y columnas) se conducen por tubería hasta el tanque de purgas (TK- 1006) y desde allí hasta el punto de descarga.

Las siguientes son algunas de las características más representativas de las calderas en mención:

Capacidad: 1200 BHP (41400 lb/hr a 212ºF) c/u.

Presión de diseño: 150 psig.

Presión de trabajo: 75 psig.

Marca: Hurts

Cantidad: Dos (02) unidades (una funcionando y una espera)

Tipo: Pirotubular scotch de tres pasos.

Forma: Horizontal de cámara trasera húmeda.

Combustible. Fuel oil #5 or 6 con sistema de inyección por aire atomizado.

Quemador: Tipo paquete de inyección forzada axial FD68 series.

Códigos a aplicar: Estampe ASME sección I, IV, VIII división 1, ASME B31.1, NFPA, UL, NB, CDS-1, NEC, ANSI, CSA, CGA.

Sistemas de control: Control de nivel principal por transmisor de radar de onda guiada

Control de nivel secundario por electrodos (ALW CO) Control de presión por transductor de presión Control de presión de modulación y control límite de presión, Control de alimentación de agua Control de alimentación y de temperatura de combustible, Control de llama y de operación de caldera Firemaster® integrado con PLC bajo protocolo de comunicación Modbus.


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Seguridades: Válvulas de seguridad según ASME.

Transmisor de contrapresión de cámara de combustión.

Otros: Válvulas para purgas de fondo, de columna y de servicio. Transmisor e indicador de flujo de vapor tipo vórtex Quemador de tiro forzado tipo paquete totalmente automático. Transmisor de temperatura en stack de caldera. Puertas abatibles de inspección y de mantenimiento. Aislamiento térmico de alta eficiencia. Dámper en salida de humos de caldera. Soportada sobre patín extrafuerte.

3.5 DISTRIBUIDOR DE VAPOR

Consiste en un tanque horizontal (V-1013), auto-soportado, aislado térmicamente, provisto de boquillas, válvulas y de las tuberías para la recepción de vapor de cada caldera y para distribución del mismo hacia los equipos auxiliares (tanque diario de crudo y tanque desaireador), y naturalmente para el proceso.

Dicho tanque cumple con las especificaciones de diseño para recipientes sometidos a presión según ASME.

A continuación se menciona algunas de sus características dimensionales y constructivas:

Diámetro: 18 inch (457.2 mm)

Longitud: 154.8 inch (3930mm)

Boquillas: De entrada (2 unidades - diámetro 10 inch) De salida (1 unidad - diámetro 2 ½ inch hacia desaireador)

(1 unidad - diámetro 2 inch hacia tanque diario de crudo) De purga (1 unidad - diámetro 1 inch hacia colector de condensados)

Materiales: ASTM A53/106 grado B.

Aislamiento: Fibra de vidrio con chaqueta en aluminio brillante espesor 0.7 mm.

Instrumentos: Un (01) transmisor de presión (PT2033) para monitoreo y lectura.

Códigos: ASME sección IX.

Pruebas: Hidrostática, radiográficas y tintas penetrantes.


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3.6 TANQUE DE PURGAS

Se trata de un tanque vertical (TK-1006) auto-soportado, sin asilamiento y provisto con boquillas para entrada de purga caliente y de agua de reposición y de salida de purga fría y de venteo.

Dicho tanque recibe las purgas de las calderas (columna, superficie y drenajes) y tiene como función reducir su temperatura, separar el vapor flash del agua caliente y disminuir la presión para su disposición.

Las purgas recibidas son obligadas a una circulación centrifuga por medio de placas que tiene en su interior y que propician la separación del vapor del agua caliente y la reducción de presión. Los gases generados en esta etapa son evacuados por u na válvula de venteo ubicada en la parte superior del tanque.

Entre tanto, la reducción de temperatura se logra con la válvula termostática (TCV- 1030), que permite el ingreso de agua de reposición según la temperatura que registre a salida del tanque, es decir, que a mayor temperatura del agua caliente mayor será la cantidad de agua a ingresar.

Las siguientes son algunas de sus características dimensionales y constructivas:

Diámetro: 14 inch (355.6 mm)

Altura de cuerpo: 56 inch (1422.4 mm)

Altura total: 80 inch (2032 mm)

Boquillas: De entrada (1 unidad - diámetro 2 ½ inch) de purgas (1 unidad - diámetro 1 ½ inch agua de reposición)

De venteo y drenaje (2 unidades - diámetro 6 inch) con válvula.

Materiales: ASTM A53/106 grado B.

Aislamiento: Sin.

Instrumentos: Una (01) válvula termostática diámetro 1 ½ inch.

Códigos: ASME sección VIII División I National Board of Pressure Vessel Inspector (NB).

Presión diseño: 250 psi.

Presión operación: 35-50 psi.




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3.7 SISTEMA DE TRATAMIENTO DE GASES

Se compone básicamente de una torre cilíndrica (V -1002), de un ventilador centrífugo (GC-1000) y de una bomba de recirculación de agua (P-1004) y soda (P-1005A/B), que tienen como función recibir los gases de combustión de las calderas para reducir la temperatura de los mismos y retirar las partículas de SO2 que están presentes en la combustión.

El proceso de depuración se logra químicamente a través de la inyección controla da de soda caustica -al 48% de concentración con agua de reposición -, que baña los gases de combustión en contra corriente a los mismos.

Los gases “limpios” son evacuados por la parte superior de las torres y son succionados por los ventiladores de tiro inducido, que los conducen hacia la chimenea.

Los efluentes producidos (agua y sales, en su mayor parte) son evacuados según parámetros de tiempo y de concentración, mediante la apertura de l a válvula neumática (SV-1046) que son dirigidos a los puntos o equipos destino de la estación.

La intervención de instrumentos como el transmisor de temperatura (TT - 1045), del transmisor de presión (PT - 1045), de la válvula de suministro de agua (SV -1045), del sensor de pH (AE-1045), del nivel del agua de operación en la torre (LT-1045), del nivel de soda en tote bines (LS -1045), etc., permiten el funcionamiento de la torre en condiciones seguras y de operación estable en todo el margen de operación de capacidad de las calderas.

Para obtener un mayor detalle del proceso del sistema de tratamiento de gases ofrecido en Caracara, se recomienda revisar el dossier del respectivo sistema para dicha estación.

3.8 SISTEMA DE TRASIEGO DE EFLUENTES

Este sistema tiene como función tomar las descargas de las líneas de efluentes (2”- CD-10852-J1A-SA) y (2”-CD-10853-J1A-SA) según plano P&ID 46930-PR-PL-001 del lavador de gases (V-1002), respectivamente, y enviarlas a la línea destino (12 – PW-13166-1C3) para su uso final.

Se compone de las mencionadas líneas de descarga, de un tanque de almacenamiento en fibra de vidrio reforzado (V -1008) de 2000 litros de capacidad provisto, de un switch de alto-alto nivel (LSHH-1008), un switch de nivel por alta (LSH-1008), un switch de nivel por baja (LSL-1008), de una bomba centrifuga (P-1006)




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y de la correspondiente línea colectora en la succión (3"-CD-10855-1C3-SA) y

descarga (2"-CD-10856-1C3-SA) junto con sus accesorios.

Una vez que el tanque de efluentes ha alcanzado el nivel máximo de trabajo (set @ 1500 mm), el switch de alta LSH-1008 permite el encendido de la bomba P-1006 para evacuar los efluentes a razón de 12 m3/ h (3.333 l/s) y a 90 psig.

Cuando el nivel del tanque alcanza su mínimo permisible (set @ 225mm), actúa el switch de baja LSL-1008 que ordena apagar la bomba P-1006. En el evento de un sobre nivel actúa el switch por alto-alto nivel (LSHH-1008) cuya señal es enviada al PLC del sistema de lavadores CD-1045, para generar una alarma en esta condición. Esta señal es de carácter informativa y su exportación a otros equipos (sirenas, leds, etc.) y/o paneles corresponderá al cliente.

Estos switchs son del tipo de contacto seco, de acero inoxidable y aptos para operar a alta temperatura. Relés de conmutación, transformadores, breakers de protección, guarda-térmicos y cableado harán parte del sistema de control y de potencia, y que físicamente se instalaran en los paneles de control del sistema lavador de cada estación

De esta manera se tiene un sistema sencillo del tipo on-off, donde la duración de encendido y apagado se estima en 8.5 y 53 minutos, respectivamente. Es de anotar que la línea de descarga está limitada hasta la boca de salida del cheque (2”-CK-02), cuyo tramo de conexión hasta la línea destino (12 –PW-13166-1C3) corresponderá al cliente.

Algunos detalles del tanque de almacenamiento y de las bombas de agua son los siguientes:

Para tanques

Construido con resinas de alta calidad para resistencia estructural (resina interna Deraken 411 anti-acida y resina externa ref. poliéster 805).

Método de fabricación laminado manual, filament winding y enrolado y bajo

normas ASTM D-4097 o C582 para los laminados planos, uniones y accesorios.

Espesor según norma ASTMD 3299.

Apto para temperatura de líquidos hasta 90ºC.

De forma cilíndrica, con fondo plano, tapa superior abombada, manhole circular superior y lateral con tapa de 20” y provisto con venteo tipo cuello de ganso.

Acoples de entrada en diámetro 2”, salida en diámetro 3” y desagüe en diámetro 2”, con mirilla traslucida con accesorios y escalara metálica tipo gato.




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Para bombas

Del tipo centrífugo para aplicaciones industriales.

De carcasa en espiral y de una sola etapa.

Operan hasta 1800 m3/h y con presiones hasta 16 bar (232 psi)

Admiten temperatura de trabajo hasta 170ºC.

Construidas en fundición gris nodular.

Cierre del eje con sello mecánico o con empaquetadura

Utilizadas para la mayoría de aplicaciones industriales (automotriz, alimentos y

bebidas, farmacéutica, pinturas, plásticos, papel, textil, construcción, suministro de agua y riego, y para la ingeniería en general)

De diseño horizontal apta para el desmonte de piezas sin desmonte de la tubería de

aspiración y de impulsión.

Provistas de acople de conexión.

Conexiones bridadas cuyas dimensiones depende del tamaño de la bomba

A continuación se presenta el comportamiento de caudales y de tiempos estimados para su llenado y posterior desalojo:

Datos de entrada

Las características de los efluentes a evacuar corresponden a los presentados y entregados en los PFD´s (46930-PR-PL-002-A3 y 46930-PR-HD- 001 Tabla de corrientes y 46920-PR-PL-002-A4 y 46920-PR-HD-001_A2 Tabla de corrientes) de los lavadores de gases para las estaciones de JGR y CCS, respectivamente. Se adjuntan PFD´s.

De este modo, se tienen los siguientes datos de interés:




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CARACTERISTICA DEL EFLUENTE ESTACION JGR

Identificación de corriente en PFD 9 Flujo promedio, gpm 4.79

Flujo instantáneo, gpm 33.54 Temperatura, ºF - ºC 176 – 80

Presión de descarga a la salida de torre, 3

La duración de apertura e intervalos de apertura de las válvulas actuadas para la evacuación de efluentes, en las estaciones de JGR y CCS corresponde a la filosofía de control de los lavadores de gases, según documentos (46930- IN-IN-001_A4, 46920-IN- IN-001_A4), respectivamente y cuyos estados son:

ESTADO DE VÁLVULA DURACIÓN DE ESTADO Abierta 10 Cerrada 30

Ciclo de apertura y cierre 40

Una condición especial que define la presión de trabajo es el punto destino, cuya presión de llegada no será menor a 83 psig.

Con las anteriores condiciones se realiza el siguiente tratamiento:

33.54 gal/min equivalen a 2.1158 l/s

2.1158 l/s * 10s (válvula abierta) = 21.15815 l

Dado que el ciclo total de válvula (abierto-cerrado) es de 40 segundos, se tiene que en una hora (3600s/ 40s) se producen 90 ciclos.

Luego, el caudal suministrado en una hora es 21.15815 l * 90 ciclos = 1904.2335 l. De este modo un tanque de 2000 l de capacidad es suficiente, al igual que ocupa menor espacio. Este será un tanque elevado para suplir el NPSH de la bomba.

Se estima que un 15% de efluentes (300 l) estarán en forma permanente

dentro del tanque. Esto se da para garantizar que la línea de succión este llena y para evitar cavitación en la bomba.




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Por tanto el volumen a desalojar es 2000 l – 300 l = 1700 l.

El tiempo de llenado se puede dar en dos formas, una consiste cuando el tanque se llena por primera vez, es decir:

2000 l / 1904.2335 (l /h) = 1.0502 h = 63 minutos,

Y la segunda forma, es el tiempo de llenado manteniendo los 300 l dentro del tanque que será de forma permanente, es decir,

1700 l / 1904.2335 (l /h) = 0.893 h = 53.56 minutos

Dado que el caudal de descarga de la bomba es de 13 m3 / h (3.3333 l/s), se estima que el tiempo de descarga de la bomba es,

Tiempo descarga (t, seg) = 1700 l / 3.3333 l/s = 510 s = 8.5 minutos.




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4. MODO DE OPERACIÓN

Antes de poner en funcionamiento cualquiera de las calderas, es necesario verificar con la ayuda de un operador la posición de los dámperes de los ductos de gases e n t re la s c a ld e ra s y l o s l a va d o r e s , p a r a a s e g u r a r l a a d e c u a d a c o n d u c c i ó n d e l o s g a s e s p r o d u c i d o s h a s t a l a s t o r r e s o h a s t a la chimenea directamente y luego si proceder a su encendido. Esta decisión dependerá de las condiciones de operación de las torres, actividades de mantenimiento o paradas ocasionadas en un momento dado.

Para el caso de la estación de Jaguar se tiene una funcionando (B-1000A) y una en espera (B-1000B) con un sistema de tratamiento de gases, donde se tiene la opción de operar con cualquiera de las calderas.

Una vez seleccionado el sistema de depuración con la caldera correspondiente, el panel de control de la torre envía una señal de estatus de operabilidad la cual es comunicada al panel de la caldera, indicando que está lista para operar, la cual deberá entenderse como una señal puramente informativa y que no constituye un requisito para la secuencia de encendido de la caldera.

Por otro lado, cuando se enciende la caldera, el panel de control de la misma emite y comunica una señal de esta condición al p a n e l s u p e r v i s o r y ® y a l p a n e l d e l a t o r r e i n d i c a n d o qu e v a a e n t r a r e n o p e r a c ió n . A l i g u a l qu e e l a n t e r i o r s u c e s o , e s t a s e ñ a l d e b e entenderse como una señal puramente informativa la cual no constituye un requisito para la secuencia de encendido de la torre lavadora.

Cuando la caldera y la torre lavadora han encendido, la intervención del transmisor de presión (PT-1045) localizados en los ductos de entrada de los lavadores de gases, envían señales 4-20 mA para modular la apertura del dámper de succión del ventilador de tiro inducido de la torre. Este lazo de control permite mantener el adecuado flujo y presión de los gases de combustión desde la salida de la caldera, pasando por la torre lavadora, ductos y chimenea.




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De igual manera, un transmisor de temperatura que está al lado de transmisor de presión,

protege la torre lavadora contra incrementos de la temperatura, dado que esta condición

afecta su desempeño, mas no representa daño potencial para sus componentes internos.

A continuación se dan a conocer los lazos de control de las calderas.

4.1 CONTROL AGUA-VAPOR

Este control tiene por objeto mantener el nivel de agua dentro de la caldera para su normal operación y en un mínimo permisible, a fin de garantizar el suministro continuo de vapor en las condiciones de presión y temperaturas deseadas según su proceso.

4.1.1 Control de alimentación de agua a la(s) caldera(s)

Explícitamente se trata de un control de nivel tipo columna que detecta el nivel de agua dentro de la caldera mediante un transmisor de nivel del tipo radar de onda guiada (LT-1032A/B), el cual está en activa comunicación con la electroválvula (LCV- 1032A/B) y que opera proporcionalmente con los cambios de nivel de la caldera, permitiendo el m a y o r o m e n o r ingreso de caudal de agua de alimentación proveniente de la bomba respectiva. Por sus características y modo de control este es un lazo de control simple.

A su vez, este sistema se encuentra respaldado por otro control de nivel de agua (control warrick), que actúa en el encendido y/o apagado de la bomba de alimentación de agua respectiva, según se requiera y a la vez como protección de corte por bajo nivel de agua primario, apagando el quemador cuando el nivel de agua alcance un límite bajo-bajo (LSLL-1032A/B). Este instrumento que opera eléctricamente se compone de un juego de electrodos que están sumergidos en el agua, de un nivel visible y válvulas de purga.

El funcionamiento de este control es totalmente automático cuya interconexión con los componentes de fuerza y de protección se encuentra en el panel local de cada caldera y relacionados con el panel del desaireador.

4.1.1.1 Componentes

A continuación se mencionan los elementos que integran el lazo de control simple para el control de alimentación de agua típico que utilizara cada caldera:




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Caldera de vapor (B-1000A/B)

Bomba de alimentación de agua (P-1003A/B/C).

Válvula proporcionadora para control de agua de ingreso a la caldera (LCV-1034A/B)

Control de nivel primario (LT-1032A/B)

Control de nivel secundario warrick (LSHL-1033A/B y LSLL-1032A/B

4.1.2 Control de demanda de vapor relacionado con la presión de la(s) caldera(s)

Este control tiene por objeto mantener la presión de operación de la caldera dentro de un rango establecido, para proporcionar la cantidad de vapor requerida en las condiciones de presión establecida por sus equipos y procesos.

Dicho control se trata de un transmisor de presión ( P T - 1 0 3 1 A / B ) del tipo transductor que emite las variaciones de presión dentro de valores límites previamente fijados, para modular la capacidad de potencia del quemador en un rango establecido (turndown), de acuerdo con la presión requerida. Es decir que a mayor demanda de vapor, mayor s e r á l a e xi g e n c i a d e capacidad del quemador. Por sus características y modo de control este es un lazo de control simple.

Cabe mencionar que este control minimiza el tiempo de respuesta entre la generación de potencia de la caldera y la demanda de vapor, permite un seguimiento continuo del quemador a lo largo de su curva de performance, reduce ostensiblemente las variaciones de presión entre el sistema y la caldera, y p e r m i t e l a r e g u l a c i ó n y reducción del consumo y costos de combustible.

En el evento de producirse un aumento de presión en la caldera por encima de lo establecido, existe un segundo control de presión (PSH-1030A/B) cuya función está en limitar dicha sobrepresión apagando el quemador. Una vez q u e la presión haya descendido por efectos de consumo, está retorna a sus condiciones normales y se restablece el encendido del quemador.

El funcionamiento de este control es totalmente automático cuyos componentes de interconexión, de fuerza y de protección se encuentran en el panel local de cada caldera relacionados con el respectivo quemador.




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4.1.2.1 Componentes

A continuación se mencionan los elementos que integran el lazo de control simple para el control de presión típico que utilizara cada caldera:

Caldera de vapor (B-1000A/B)

Quemador (NA)

Transmisor de presión (PT-1031A/B) Control limitador de presión de vapor de caldera (PSH-1030A/B).

El siguiente diagrama de procesos (fig. 1), muestra como la entradas de agua (control de nivel) y de aire y combustible, se transforman con la ayuda de otros mecanismos (quemador, cámara de combustión y superficie de transferencia de calor), para producir salidas como el vapor que es elemento principal, y efluentes como las purgas (superficie, columna y drenajes) y gases de combustión con material particulado.

Fig.1 – Diagrama de proceso de caldera




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4.2. CONTROL DEL AIRE DE COMBUSTIÓN

Este control tiene por objeto regular la cantidad aire de combustión en función de la cantidad de combustible que requiere el quemador, para obtener la mayor eficiencia en la combustión.

Específicamente se encarga de modular la cantidad de aire a la entrada del quemador en dos etapas: a) en la primera etapa q u e e s de encendido, la modulación se logra con la ayuda de un servomotor que acciona un dámper para garantizar la cantidad necesaria de aire de combustión, y b) la segunda etapa de regulación se logra con un variador de velocidad que controla las revoluciones del ventilador del quemador hasta su máxima operación.

Es de recordar que este control opera simultáneamente con el control de inyección de combustible, el cual regula la presión de suministro de acuerdo con la demanda de potencia exigida al quemador. De esta manera a mayor cantidad de combustible suministrado mayor será la cantidad de aire de combustión a ingresar y, por su puesto, mayor será la potencia desarrollada por el quemador.

Para esta regulación se emplea la válvula solenoide de tres vías ( U S V - 1 0 3 1 A / B ) y d e l a e l e c t r o - v á l v u l a ( S D Y - 1 0 3 2 A / B / C ) , q u e d i r e c c i o n a n e l f l u j o d e c o m b u s t i b l e h a c i a l a b o q u i l l a d e l q u e m a d o r e n l o s e s t a d i o s d e b a j o y a l t o f u e g o , y h a c i a e l r e t o r n o d e l t a n q u e d i a r i o d e c r u d o cuando no hay consumo de combustible.

Por lo demás este es un lazo de control simple el cual esta resguardado con los parámetros fijados en el control de presión de vapor y de nivel de agua en la caldera.

4.2.1. Componentes

A continuación se mencionan los elementos que integran el lazo de control sim ple para el control del aire de combustión típico que utilizara cada caldera:

Caldera de vapor (B-1000A/B).

Quemador.

Variador de velocidad Válvula solenoide de tres vías para combustible (USV-1031A/B).

Válvula reguladora de presión (PRV-1033A/B).




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4.3 CONTROL DE TEMPERATURA DE COMBUSTIBLE

Este control tiene por objeto mantener y regular la temperatura del combustible en un rango definido para su dosificación y atomización en el quemador a fin de generar condiciones adecuadas para la combustión.

En este caso se realiza un primer calentamiento en el tanque diario de crudo a través de una válvula termostática (TCV-1031), que controla el ingreso de vapor para su calentamiento y facilitar su manejo y transporte hasta la bomba de inyección. El vapor es suministrado por el distribuidor de vapor (V-1013) cuyas características de flujo serán intermitentes o continuas, dependiendo de las condiciones de suministro y de consumo de combustible.

Una vez precalentado, el calentamiento f i n a l p u e d e d a r s e a t r a v é s d e en un intercambiador de calor a vapor (HEV-1009A/B) de baja presión, donde la temperatura se controla con una válvula termostática (TCV-1032A/B), o a través de un par de precalentadores eléctricos resistivos (HEE-1010A/B/C/D), d o n d e l a t e m p e r a t u r a s e r e g u l a con los termostatos (TS-1031A/B y TS-1032A/B).

Por lo demás, este es también un lazo de control simple.

4.3.1 Componentes

A continuación se mencionan los elementos que integran el lazo de control simple para el control de la temperatura de combustible típico que utilizara cada caldera:

Caldera de vapor (B-1000A/B

Tanque diario de crudo (TK-1005)

Válvulas termostáticas (TCV-1031) y (T CV-1032A/B)

Precalentador de vapor (HEV-1009A/B) Precalentadores eléctricos (HEE-1010A/B/C/D).

Termostatos (TS-1031A/B y TS-1032A/B)

4.4 CONTROL DEL AIRE DE ATOMIZACION

Este control tiene por objeto proporcionar y mantener la presión del aire requerido, para la adecuada atomización del combustible líquido en la boquilla del quemador y para purga de la boquilla.

Cabe mencionar que este control opera en coordinación con el control de inyección y dosificación de combustible, para que el proceso de combustión y su eficiencia sea la óptima en todo el margen de operación del quemador. Por lo demás, este es también un lazo de control simple.




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4.4.1 Componentes

Se compone principalmente de una unidad compresora de desplazamiento positivo que suministra aire comprimido a alta presión (AC-1011A/B), una válvula solenoide que se encarga de direccionar el flujo de aire para atomización o para realizar purgas de barrido o de post- barrido (SDY-1032A/B), un switch de presión de baja como límite mínimo de presión de trabajo (PSL-1031A/B), una válvula de retención y un medidor de presión para indicar su estado en una condición puntal de trabajo (PG- 1034A/B).

En adición a los lazos de control expuestos, se mencionan otros que están relacionados con el panel del desaireador Oxymixer® y el panel Supervisory®, los cuales se ilustran en su totalidad:

Para calderas:

Analizador de oxígeno y presión de combustión de caldera.

Nivel y temperatura del agua de caldera.

Temperatura de aire para combustión y de chimenea

Flujo de vapor.

Actuador de válvula de combustible y dámper de stack.

Temperatura y presión de combustible.

Presión de atomización de aire y válvula de control de agua de alimentación.

Actuador de válvula de combustible y comando de posición de dámper.

Válvula de control de agua de alimentación y válvula de control de retroalimentación de agua.

Para desaireador Oxymiser®:

Presión y nivel de agua en desaireador

Control del agua de alimentación.




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Para Supervisory®:

Presión de vapor del distribuidor

Los anteriores diagramas de lazo se pueden consultar en los anexos respectivos.




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5. SISTEMAS DE SEGURIDAD DE LA(S) CALDER A(S)

Los sistemas de seguridad son mecanismos empleados para limitar condiciones de operación y proteger los equipos contra c o nd i c io n e s inseguras y peligrosas

Estas seguridades detectan y supervisan condiciones de operación críticas de las variables de proceso de las calderas, para intervenir en los equipos objeto (quemador, alimentación de agua, suministro de combustible, etc.,), de modo que permita retornar a condiciones normales y seguras de operación.

Además, se convierten en v a l i o s a s herramientas de advertencia para la corrección de factores que afecten el desempeño normal y para mantener la seguridad integral de las personas e instalaciones en general.

5.1 SISTEMA DE SEGURIDAD DE LLAMA

Este sistema tiene por objeto vigilar, detectar, supervisar, mantener y controlar continuamente la llama de combustión del quemador, entre otras funciones como:

Arrancar secuencialmente el quemador a través de una lógica de control automática.

Supervisar y vigilar en forma contínua la llama durante todas las etapas de generación, estabilización, normalización, corte y reinicio.

Indicar el estatus de operación en cada etapa de su operación. Diagnosticar fallas de operación.

Generar estados de comunicación con la ayuda de módulos de interface. Controlar y monitorear válvulas de combustible líquido y actuadores de aire,

ventilador de tiro forzado, fotocelda, transformador de ignición, precalentadores eléctricos o de vapor y compresor de aire.

En la figura 2., se puede observar las entradas y salidas de un controlador primario.

Adicionalmente, este sistema de seguridad actúa en coordinación con el control de presión y el control de nivel de agua en la caldera -a través de los interbloqueos definidos para su correcta operación- a fin de asegurar una a operación continua y segura. Ver figura 3.




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Fig. 2 - Entradas y salidas de un controlador primario

Fig. 3 – Interbloqueos asociados a los controles de operación y seguridad




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Los interbloqueos asociados con el sistema de seguridad de llama son:

- Límite de alta presión de la caldera - Alarma de corte por bajo nivel de agua primario - Alarma de corte por bajo nivel de agua secundario - Encendido del quemador - Alta presión del combustible - Alta temperatura del combustible - Baja presión de atomización del aire - Presión de la recámara de combustión

Las calderas de la estación de Caracara Sur B utilizarán el controlador de seguridad de llama marca Honeywell, Serie RM7800. En la figura 4 se puede observar su diagrama de conexión preliminar.

Fig. 4 – Diagrama típico de interconexión




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En la siguiente figura se aprecia la secuencia de ignición y operación del dispositivo de seguridad de llama.

Fig.5 – Secuencia de ignición de dispositivo de seguridad de llama

Verificación del lazo de interbloqueos

Verificación del lazo de pre-ignición Encendido del motor

Verificación de los límites operación y seguridad

Realizar proceso de pre-purga Realizar proceso de purga

Realizar ignición del piloto

Comprobación de llama Apertura de válvulas de combustible

Encendido del quemador

Apagado del quemador

Post-purga Stand-by




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Cabe resaltar que antes de energizar el quemador y naturalmente la(s) caldera(s), es necesario seguir el siguiente protocolo de arranque con rigurosidad:

Verificar niveles de agua en caldera y en tanque deaireador.

Verificar nivel de combustible líquido y temperatura en tanque diario de crudo. Verificar la presión de vapor en la caldera.

Verificar que las válvulas ubicadas entre las bombas de agua y la línea de suministro de agua hacia la caldera se encuentren abiertas.

Verificar que las válvulas de sobrepresión ubicadas en la descarga de las bombas se encuentren abiertas.

Verificar que las válvulas ubicadas entre la línea de suministro y retorno de combustible líquido se encuentren abiertas.

Verificar la presión en el tanque de combustible GLP.

Verificar que las válvulas ubicadas entre la línea de gas piloto y el quemador se encuentren abiertas.

Verificar que los tableros de control de bombas y tablero de caldera se encuentren energizados y en condiciones seguras de operación.

Verificar que la válvula de suministro de vapor esté abierta.

Verificar que la caldera se encuentra apagada. Verificar por muy breve tiempo el sentido de giro de motores de bombas (agua y

combustible) y del blower del quemador.

Verificar presión de bombas de agua y de combustible.

Encender el tablero de control de la caldera.

Encender el switch principal del quemador.

5.2 SISTEMA DE SEGURIDAD POR SOBREPRESION DE VAPOR

Un segundo presóstato (PSH-1030A/B) tiene por objeto cortar el suministro de combustible y apagar el quemador, en el caso que el primer presóstato no haya actuado para realizar esta misma función. El reinicio de este presóstato es manual.

En este caso, la generación de vapor también será suspendida temporalmente, mientras se acondiciona a un estado normal de operación en forma automática, sin embargo, el sistema de control de nivel siempre estará en funcionamiento de modo que la caldera, aun en ausencia de llama, permanezca con adecuados y seguros niveles de agua.

Si por algún motivo ninguno de los limitadores de presión actuara, dicha sobrepresión se aliviara con la apertura de válvulas de seguridad, hasta que la presión disminuya a valores permisibles. Estas válvulas están seteadas para dar apertura a un valor cercano a la presión máxima de operación de la caldera de 150 psi.




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ANEXOS

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12 8 1 Filosofia de Control Del Sistema de Calderas

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