SEMINARIO TECNICO Válvulas de control para … la caída de presión en válvula de control...
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TEMA: OPTIMIZANDO CONTROL DE NIVEL EN LAS CALDERAS
Ecuador
Noviembre 2013Seminario Técnico
Para optimizar sistemas de control en calderas acuotubulares
SEMINARIO TECNICO
Válvulas de control para
nivel en domo.
Presentado a:
ACERO COMERCIAL ECUATORIANO
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TEMA: OPTIMIZANDO CONTROL DE NIVEL EN LAS CALDERAS
Ecuador
Noviembre 2013Seminario Técnico
Para optimizar sistemas de control en calderas acuotubulares
1. Porque falla el control de nivel, causas y soluciones CN-1.0
2. Eliminando las causales de cavitación CN-2.0
2.1. Controlando presión del desaireador CN-2.1
2.2. Controlando temperatura de tanques a presión CN-2.2
atmosférica
3. Eliminando problemas de falla en válvulas derecirculación CN-3.0
3.0.1. Alternativa de recirculación CN-3.01
3.1. Reduciendo la caída de presión en válvula de
control neumático CN-3.1
3.1.1. Catalogo HBE válvula antiflasheo
3.2. Seleccionando válvulas con trim anticavitatorio CN-3.2
3.3. Operación de la válvula de 3 vías CN-3.3
3.4. Datos para selección válvula de 3 vías CN-3.4
3.5. Operación y selección válvulas de contrapresión CN-3.5
4. Optimización respuesta de válvula para control de nivel CN-4.0
4.1. Eliminando excesivo incremento del nivel CN-4.1.
CN-4.2.
CN-1
Solución problemas de control de nivel en calderas
Pág.
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Para optimizar sistemas de control en calderas acuotubulares
DESAIREADOR
Columna
Altura
Succión
CL de Vapor
Salida Válvula
NivelControl
Válvula
NivelControl
PB
RecirculaciónVálvula
PresiónDesaireador
Linea de Succión
CALDERA
De PresiónReguladora
CN-1.0
NivelVálvula /equipo
que genera el problemaProblema Causas Solución
Desaireador Cavitación
* Presión de baja y alta
temperatura del agua ocasionan
cavitación de bomba
* Presurizar el desaireador
con una válvula reguladora
de presión
Instalación de línea succión bombaCavitación* Altura insuficiente, genera
cavitacion* Subir desaireador
Instalación de línea succión bombaCavitación* Demasiados accesorios y
válvulas, generan cavitación
* Calcular pérdidas y
NPSHD, cambiar
accesorios y válvulas* Problemas de desgaste* Problemas de control
* Rotor cavitado * Eliminar cavitación
*Anillos de fricción desgastados * Reparar rotor y sellos
* Caracterización o selección
errada
* Calibración errada
* Revisar calibración del
lazo de control
* Cambiar caracterización
* Recalibrar válvula
* Reparar válvula
* Cambiar válvula
* Reducir ganancias* Recalibrar control PID
* Reselección de válvula
Válvula de recirculación
Válvula control nivel
Válvula control nivel
C
A
E
S
U
B
E
* Apertura lenta o atascamiento
* Caracterización o selección
errada. Excesiva rapidez de
apertura
* Ganancia para ambos
casos
Excesiva
variación PB
Excesivo flujo
hacia caldera
Insuficiente fujo
hacia caldera
Bomba
Válvula de alimentación
Válvula de recirculación
queda abierta
* Reparar o cambiar
válvula de recirculación
* Ahorre Demasiado
Flujo insuficiente
Flujo insuficiente
Excesivo flujo
¿Por que falla el control de nivel?
Causas y Soluciones
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El NPSHR ("Net positive succion head Required") , Cabeza neta positiva requerida, de las
bombas, determina la presión minima para evitar la cavitación destructiva. Este valor lo dan los
fabricantes de las bombas. (Ver curva).
El diseño de la instalación define la cabeza neta positiva DISPONIBLE NPSHD, según la siguiente
ecuación:
PSA = Ps + PATM (MCA)
Ps= Presión en PSI/1.42 (mca)
PATM = Presión atmosferica en (mca)
Pv = Presión parcial vapor de agua
HF= Perdidas de presión por fricción en las
tuberias y accesorios a la succión (mca).
Hs = 2 mt
Ts = 90°C
Ps = 0 PSIG
PATM = 10 mca
250 GPM
HF = 0,5
NPSHD = 10 + 2 - 7.16 -0.5
NPSHD = 4.34 mca
EJEMPLO:
Q
Pv
mca
2,04
2,55
3,18
3,94
4,83
5,90
7,16
8,63
10,35
12,11
14,58
17,46
20,28
Ts
105
65
70
75
80
110
115
120
85
90
95
100
60
°C
NPSHR = 13 Pies
13
2,31= = 5,62 mcaHs
Ts
PsPs
CN-2.0
Eliminando cavitación
por falta de NPSHD
Eliminando cavitación por falta de NPSHD
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MD = Masa máxima de agua desaireada = lb/HR
MF = Masa máxima de agua fría = lb/HR
MR = Masa mínima de reevaporadados = lb/HR
Min. Temp. Agua fria:_______°F
Máx.Temp. Agua desaireada: _______°F P1 = PSI
P2 = PSI
Presión vapor entrada a
válvula reguladora
Presión normal del
desaireador
DATOS REQUERIDOS PARA SELECCIONAR
LA VÁLVULA REGULADORA DE PRESIÓN
CN-2.1
LC
Válvula autoregulada
1
MF
Válvula Agua caliente
Válvula Recuperación
Hacia la Bomba
Agua Desaireada
MD
P
P2
Venteo GasesOrificio de
Válvula Seguridad
no Condensados
fría
MD
CONTROLANDO presión del desaireador
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P
2P
1Termostática
Válvula
la entrada de la
Regulando presión de
Válvula Termostática
P1 P2
GPM
°F
°F
PSI
PSI
D2 entrada al tanque: ......... "
D1 entrada a la válvula: ...... "
máxima: ..................................
Presión P1: ..........................
Presión P2: ..........................
Caudal max: ........................
Temperatura
inicial mínima: .................
Temperatura final
DATOS REQUERIDOS
CN-2.2
CONTROLANDO TEMPERATURAS
DE TANQUES A PRESION ATMOSFERICA
Estación reguladora
de temperatura
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Cavitación y
“flashing” ó reevaporado
a flujo sónico, son la causas
de destrucción de los “internos”
(trim) de estas válvulas.
1. Reducimos la caída de presión a través de
válvulas de control, con válvulas de antiflasheo.
2. Seleccionamos válvulas con “trim cascada”
ó multietapa, para matar la presión en varios
escalones.
CN-3.0
ELIMINANDO problemas de falla
en válvulas de recirculación
¿ Como evitamos la cavitación y flashing?
Cavitación y
“flashing” ó reevaporado
a flujo sónico, son la causas
de destrucción de los “internos”
(trim) de estas válvulas.
1. Reducimos la caída de presión a través de
válvulas de control, con válvulas de antiflasheo.
2. Seleccionamos válvulas con “trim cascada”
ó multietapa, para matar la presión en varios
escalones.
Cavitación y
“flashing” ó reevaporado
a flujo sónico, son la causas
de destrucción de los “internos”
(trim) de estas válvulas.
1. Reducimos la caída de presión a través de
válvulas de control, con válvulas de antiflasheo.
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ALTERNATIVAS DE RECIRCULACION
ACCION DIRECTA
• No requiere
electricidad
• No requiere señal
neumática
• No requiere
controlador
• Si requiere cheque
en la bomba
Si requiere que la
bomba
se sobrepresione entre
10% y 20%
ACCION DIRECTA
• No requiere
electricidad
• No requiere señal
neumática
• No requiere
controlador
• No requiere cheque
en la bomba
ACTUACIÓN
NEUMATICA
Calderas de Cualquier
Tamaño o Presión
• Si requiere electricidad
• Si requiere señal
neumática
• Si requiere controlador
• Si requiere cheque en
la bomba
J
LU
F
O
OJ
UF
L
LU
JO
F
VALVULA DE
CONTRAPRESION
VALVULA DE 3
VIAS
Si requiere que la bomba
se sobrepresione entre
1% y 5%
Calderas hasta de
1000 BHP
(38000 Lb/hr)
Presiones de retorno <
350 PSI|
Si requiere que la bomba
se sobrepresione entre
1% y 5%
CN-3.0.1
Calderas de
Cualquier
Tamaño o Presión
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DESAIREADOR
Válvula
De Circulación
Hs
P2 1P
__________ PSI
Caudal max recirculacion con
__________ PSI
__________ mts
DATOS PARA SELECCIÓN
HS= Diferencial de nivel:..........:
10% sobrepresión de..............:
P2 mínima (apertura inicial)....:
SELECCION
1. Escogemos la válvula de
control para un valor de P2
que indique “NO CAVITA”
con flujo mínimo de
recirculación.
2. Escogemos la válvula
antiflasheo para que
comience abrir en ese valor
de P2, subiendo el 10% de
ese valor para llegar a
máxima apertura, dando el
flujo máximo de recirculación
requerido.
Válvula
Antiflasheo
HBE
CN-3.1
Reduciendo la caída de presión
en la válvula de control
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CN-3.1.1
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TRIM TIPO CASCADA
P1 max: __________ PSI P1 min: __________ PSI
P2 min: __________ PSI P2 max: __________ PSI
Q min: __________ GPM Q max: __________ GPM
Temperatura: __________ °F Temperatura: __________ °F
*
* }+Presión de aire de instrumentación disponible: PSI
*
BAJO FLUJO ALTO FLUJO
Operación: N/A , N/C
Señal de control 3 - 15 PSI , 4-20 mA
COPES VULCAN GS - 700
CN-3.2
SELECCION VALVULA DE RECIRCULACION
Correr programa Copes-Vulcan:
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POSICION 2A
VÁLVULA
PRINCIPAL ABIERTA
RECIRCULACIÓN:
VÁLVULA PRINCIPAL
ENTRE ABIERTA
VÁLVULA PRINCIPAL
CERRADA
RECIRCULACION PARCIAL
RECIRCULACION TOTAL
BY PASS CEREADO
RECIRCULACION PARCIAL
BY PASS ENTRE ABIERTO
MAXIIMA RECIRCULACION
BY PASS ABIERTO TOTALMENTE
CN-3.3
OPERACION VALVULA DE 3 VIAS HBE
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Pc
PB
QB
QR
(QB max) Caudal maximo de bombeo (con PBmin): ______GPM
(PB min) Presión de bombeo mínima (con QBmax): ______PSI
(QB min) Caudal mínimo de bombeo (con PBmax): ______GPM
(PB max) Presión max de bombeo (con QBmin): ______PSI
(PC min) Contrapresión minima (con QBmax): ______PSI
(PC max) Contrapresión maxima (con QBmin): ______PSI
(QR min) Caudal de recirculación maximo (con QBmin): ______GPM
(Zero
Recirculación)
DATOS REQUERIDOS PARA SELECCIÓN
CN-3.4
DATOS PARA SELECCIÓN VALVULAS DE 3 VIAS
HBE
MODELO HPM
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Bomba
Curva válvulade contrapresión
Bomba
P. normal
BombaQ min. Q
contrapresiónVálvula de
Presion max.de bombeo
Q
Curva de Bomba
OPERACION
• La presión de bombeo
actúa bajo el diafragma.
• Cuando la presión
multiplicada por el área del
diafragma excede la fuerza
del resorte, la válvula
comienza a abrirse.
DATOS REQUERIDOS
• Curva de la bomba
• Q máxima Bombeo
• Q mínima Bombeo
• Presión máxima bombeo
Diafragma
DESAIREADOR
Caldera
Alimentación
Retorno
Válvula de
contrapresión
Circuito de
recirculación
Presión
CN-3.5
OPERACION Y SELECCION VALVULAS DE
CONTRAPRESION
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Válvulas con caracterización
“igual porcentaje” bien seleccionadas para las
condiciones de presión de entrada y salida,
con flujo máximo y mínimo, dará
excelentes resultados.
CN-4.0
% APERTURA
Apertura
ProporcionalLentaRespuesta
0 - 30%
CA
UD
AL
Lineal
30 - 60%
Respuesta
MAXIMONIVEL
NIVELA
RespuestaRápida
60 - 85%100%
NIVELMINIMO
AperturaRápida
Lenta
Apertura
Curva
Curva
Curva
OPTIMIZANDO
LA VALVULA DE CONTROL DE NIVEL
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400
Caldera
400 GPM40 Q
PB 400
500
700
Pre
sió
n d
e B
om
be
o
B(P
) CUANDO QUEREMOS
controlar máximo nivel, cerramos
parcialmente, subiendo la presión antes de
la válvula de control.
PB sube de 500 a 700 psi
P sube de 100 a 300 psi
Cv = 40 = 2.3 Apertura 2.3 %
300
1. Revisar la selección de la válvula de control nivel:
Las válvulas de caracterización Linear, cuando están expuestas a bajos
flujos (nivel por encima del “SET”), pueden experimentar cambios rápidos
de presión diferencial que desestabilizan el control, deformando la
característica Linear.
SOBREDIMENSIONAMIENTO CARACTERIZACIONY
Ejemplo: Válvula tipo linear Cvmax = 80
P a través de la válvula para Qmax = 100 PSI
Qmax = 400GPM por lo tanto
Cv requerido = 400 = 40
100
% Cv = 40 x 100 = 50 %
80
400 GPM40 Q
500
700
Pre
sió
n d
e B
om
be
o
B(P
)
400
50
40
Caudal
5
GPM800
GPM
ELIMINANDO INCREMENTO EXCESIVO DEL NIVEL
CN-4.1
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1. Revisar clase ANSI de sello, deterioro por cavitacion y
acumulación de partículas.
Las válvulas de control nivel que presentan escape
excesivo, por una o varias, de las razones enumeradas,
generan excesivo incremento de nivel.
3" 4"
Clase II (Escape 0.5% de la capacidad) 4.65 40
Clase IV (Escape 0.01% de la capacidad) 0.08 1.1
Clase V (0.0005 mL/psi/mm) 0.0015 0.04
Ejemplo: Escapes GPMANSI / FCI 70 - 2
El daño de asientos por cavitación puede
fácilmente convertir una válvula Clase V en Clase II.
El atascamiento del disco, por acumulación de partículas
entre disco y guía, puede generar escapes muy superiores
a los de la válvula Clase II.
CN-4.2
ELIMINANDO EXCESIVO INCREMENTO DE NIVEL