Evaluación y Control de Calidad del Proceso de Obtención de Vapor en Calderas

Autores:Darialys Martínez BetancourtNorelys Martínez DíazMaría de Lourdes Bueno Coronado
Supervisores: Dr. Jesús Luis Orozco, Ing. Pablo R Pérez, Estévez, M. Sc., Ing. Elina M. Pérez Moré
Este artículo presenta el proyecto de curso de la Asignatura de Ingeniería de Procesos II, y tiene como objetivo conocer las causas que provocan el aumento del consumo de agua en la caldera de la Empresa Comercializadora de Combustibles Matanzas, ubicada en la Zona Industrial, km. 4.3 Versalles Matanzas. Por lo que se realiza un estudio para evaluar el funcionamiento de este proceso, así como del control de su calidad para de esta forma poder determinar las causas principales que conllevan al elevado consumo de agua de esta caldera.Una vez conocidos todos estos aspectos se podrá llegar a través de cada análisis de resultados que se realice, a una conclusión final y es a través de esta que se podrán aportar todas las recomendaciones necesarias para un mejor funcionamiento del proceso de generación de vapor.
INTRODUCCIÓN
El propósito de toda caldera es producir vapor, el cual se utilizará para diferentes procesos en cada planta particular. En este proyecto se abordará el proceso de producción de vapor en la caldera de la Empresa Comercializadora de Combustibles Matanzas, que se utiliza para el traslado del combustible hacia sus diferentes destinos porque el mismo debido a su alta viscosidad, se necesita que esté a una temperatura determinada que facilite su traslado para sus diferentes destinos con mayor rapidez y calidad.La caldera es un recipiente cerrado en el cual el calor es producido al quemar el combustible, transformado en vapor a presión. El vapor se forma cuando el agua se calienta a su temperatura de ebullición. El calor es producido al quemarse el combustible, el cual puede ser algún derivado del petróleo, cascarilla de algún derivado del petróleo, cascarilla de algún tipo de semilla, fibra, bagazo de caña, madera, etc. El diseño de las calderas permite que por lo general el combustible se queme por completo y que una gran parte del calor producido se aproveche para calentar agua y producir el vapor. El sistema de distribución de vapor lo lleva a diferentes puntos de utilización además del control de la presión y la temperatura que son necesarias en los procesos, antes de que se consuma la energía calórica y la consecuente disminución de la temperatura y condensación del vapor.
Problemática:El sistema de distribución de vapor de la Empresa Comercializadora de Combustibles Matanzas está, desde hace algún tiempo consumiendo más flujo de agua para producir la misma cantidad de vapor.Problema: determinación las causas principales que influyen en el elevado consumo de agua.Hipótesis: realización de un estudio con el uso de las herramientas para el control de la calidad, se determinarán las causas que influyen en el elevado consumo de agua.Objetivo: determinar cuales son las principales causas que producen a este elevado consumo de agua en la caldera mediante métodos estadísticos y de control total de calidad.
Para cumplir este objetivo se realizarán las siguientes tareas:1. Caracterización Tecnológica del Proceso.2. Análisis de los Parámetros de Control de la Calidad del Proceso.3. Elaboración del Diagrama Causa-Efecto.4. Elaboración de las Cartas de Control.5. Análisis Estadístico de las variables del proceso.
DESARROLLO
1. Análisis Bibliográfico
1.1 Control de la Calidad
Política de Calidad de la EmpresaLa Empresa Comercializadora de Combustibles Matanzas tiene como principio brindar servicios que satisfagan las necesidades y expectativas de los clientes, cumpliendo las Regulaciones Nacionales e Internacionales vigentes.El consejo de Dirección de la Empresa declara que ¨ Lo primero es la Calidad ¨, y es por ello que prioriza:- Continuar el trabajo de formación y desarrollo de las personas, por su importancia en la mejora de la cultura de la Empresa.- Mantener proveedores de calidad que aseguren la continuidad de los procesos tecnológicos.- Desarrollar tecnologías para ofrecer servicios con calidad, de acuerdo a las tendencias del mercado.- Garantizar la protección de la vida humana y trabajar por la preservación del medio ambiente.La estructura organizativa de la Empresa, las funciones de sus trabajadores, así como los objetivos trazados, responden al interés de garantizar la calidad de los servicios, aplicando la mejora continua a través del Sistema de Gestión de la Calidad.
La NC/ISO 9001/2000 Norma de Procesos y Mejora, que es la que certifica a la Empresa, establece una serie de conceptos de Calidad que ayudan, como su nombre lo indica, al mejoramiento de los procesos que ocurran en la Empresa, por lo que se citarán algunos de estos conceptos a continuación:
CalidadNivel en el que un conjunto de características inherentes cumple con los requisitos.
Sistema Gestión de la CalidadEs todo conjunto formado por las estructuras, las responsabilidades, los procesos y los recursos conjugados de tal forma que permite a las personas, trabajando colectivamente, alcanzar con eficiencia un conjunto de características inherentes de un producto, sistema o proceso para cumplir los requisitos de los clientes y de otras partes interesadas.En nuestra Empresa está basado el Sistema de Gestión de Calidad en Procedimientos e instrucciones que implica todo el trabajo a desarrollar en todas las áreas de lo Empresa.
¨ El control de la calidad se establece a través del Sistema de Gestión de Calidad ¨.
1.2 Tecnología del Proceso:Las clases de aguas corrientemente utilizadas con fines industriales, son las aguas superficiales (lagos, ríos mares) y las aguas subterráneas (pozos, manantiales). Estas dos clases de agua pueden ser muy diferentes en cuanto a la proporción y cantidad de impurezas presentes. Las aguas superficiales son por lo general más altas en sólidos en suspensión y más bajas en sólidos disueltos que las aguas de pozo.
El sistema de tratamiento requerido para eliminar o disminuir impurezas se escogerá basado en las características del agua que se va a utilizar, debiendo también tomar en cuenta las condiciones de operación de cada caso en particular.
El tratamiento de agua puede ser Externo e interno:1. Tratamiento externo: Es el tratamiento del agua para cierta aplicación antes que la misma llegue al punto de utilización.
En términos generales, el propósito del tratamiento externo es reducir la dureza del agua causada por presencia de calcio y magnesio, eliminar el oxígeno disuelto y los sólidos en suspensión (turbidez). La cantidad y tipo de equipo a emplearse, variará de acuerdo con la aplicación del agua y con las características de la misma. Clarificadores, filtros, ablandadores y desaereadores, son piezas esenciales en el tratamiento externo.
2. Tratamiento interno: Es el tratamiento dado al agua en el punto mismo de su utilización.El mismo, es particularmente importante en sistemas de calderas (generación de vapor) en los cuales el agua de alimentación debería ser siempre de una calidad estable.En sistemas de calderas, el tratamiento interno tiene como propósito evitar la formación de incrustaciones, contrarrestar la acción corrosiva del agua y mantener la pureza del vapor. Parte muy importante del tratamiento interno son los controles de operación que se establecen para mantener la constancia del trabajo diario sin interrupciones.
En el análisis de una muestra de agua es necesario determinar la presencia de varias sustancias, las cuales por lo general se encuentran en cantidades sumamente pequeñas. Es por esta razón que no utiliza dar los resultados en porcentajes, sino que se expresan en ppm (partes por millón). No tiene importancia las unidades en que se presente la relación siempre y cuando se refiera a una misma.
Dentro de las propiedades del agua podemos destacar las siguientes:pH: Es una propiedad no una impureza o contaminante. Tanto el agua pura como el agua contaminada tienen pH, el cual en muchos casos puede ser similar por lo tanto, el pH es un indicador de pureza. El control de pH es importante para mantener las condiciones deseables del agua en un área específica. En general se puede decir que un agua con un pH bajo (menor de 7.0) es más corrosiva que un agua que tiene un pH alto (mayor de 7.0). Sin embargo conforme aumenta el pH de un agua mayor es la tendencia para formar incrustaciones. Por lo tanto un cambio de pH, ya sea para abajo o hacia arriba del pH recomendado para un sistema en particular, puede causar problemas.
Alcalinidad: La alcalinidad es una medida de la capacidad de un agua para absorber o neutralizar ácido. Por lo general se acepta considerar la alcalinidad como efecto de la presencia de iones bicarbonato, carbonato o hidroxilo. El contenido de alcalinidad excesivamente alto en el agua de alimentación de calderas, no es muy deseable, ya que esto provoca la presencia de alta cantidad de dióxido de carbono en el vapor. El CO2 provoca corrosión. La alcalinidad de un agua de caldera deberá ser suficientemente alta para proteger el metal de la corrosión ácida, sin ser excesivamente alta una condición de arrastre en el vapor provocado por la formación de espuma.
Conductividad: La conductividad es una medida de capacidad para conducir la corriente eléctrica, y también un indicador de la totalidad de sólidos disueltos en el agua. La prueba o determinación de la conductividad mide la concentración total de iones. La conductividad del agua de la caldera se utiliza como un método de control de la purga.
Dureza: La presencia de sales de calcio y magnesio en un agua, la acredita como un agua dura. Un sistema de generación de vapor requiere que haya muy poca dureza en el agua, ya que el calcio y el magnesio formarán incrustaciones una vez dentro de la caldera. Las incrustaciones se forman porque la temperatura del agua se eleva hasta un punto en que la dureza ya no es soluble y se precipita, depositándose en la superficie de los tubos. Estos depósitos ocasionan pérdidas de energía por su capacidad aislante y en áreas críticas de la caldera, pueden causar rupturas debido al recalentamiento del metal.
- Dentro del tratamiento externo del agua existen tres etapas fundamentales:
a) Filtración: Es el proceso de hacer pasar un líquido que contiene sólidos en suspensión a través de un metal poroso, eliminando así los sólidos en suspensión.
b) Ablandamiento por intercambio iónico: El segundo paso en el tratamiento externo del agua de alimentación de la caldera, involucra la remoción de otros contaminantes como son algunos sólidos disueltos. Este tratamiento no elimina todos los sólidos disueltos, sino que elimina algunos que son potencialmente dañinos específicamente el calcio y el magnesio (iones de dureza).El proceso de ablandamiento reemplaza los iones de calcio y magnesio por iones de sodio que son solubles y no causan incrustaciones.
c) Desaereación: El sulfito de sodio es el producto químico utilizado a mayor escala como secuestrante de oxígeno. La reacción sulfito – oxígeno es bastante rápida a temperaturas por encima de 100 0C. Para asegurar una adecuada Desaereación química en forma permanente deberá dosificarse en forma continua.La principal función de un desaereador es la eliminación de gases no condensables tales como: el oxígeno y dióxido de aguas que utilizan para alimentar sistemas de generación de vapor.
Teoría de intercambio iónico:Cuando los minerales se disuelven en agua, ellos se separan en sus diferentes componentes, algunos con carga eléctrica positiva (cationes) y otros con carga eléctrica negativa (aniones) todos conocidos como iones, se debe tener presente que el número de iones positivos como negativos es igual.
Existe un fenómeno natural, el cual consiste en que cargas eléctricas opuestas se atraen, por lo tanto si existe un material que tiene muchos sitios o puntos con carga negativa, el mismo servirá de atracción para iones con carga opuesta (cationes), este material se conoce como resina catiónica. Las resinas catiónicas que se utilizan en la actualidad, tienen el aspecto de esferas plásticas de un diámetro un poco más grande que el de la arena. La resina normalmente se utiliza en recipientes cerrados conocidos como suavizadores.
Reacción de suavizar:El agua que se va a suavizar, pasa en contacto con la resina y el intercambiador de iones de sodio por iones de calcio y magnesio, se puede presentar de acuerdo con la siguiente reacción:
RNa + Ca2+ --> RCa2+ + Na1+Mg2+ Mg2+
R: Representa compleja formación de la resina.
La reacción arriba descrita sucede debido a la selectividad de la resina para atraer iones de más alta carga.
Cuando la resina se agota, el nivel de dureza aumentará rápidamente y será necesario regenerar la resina. La regeneración se lleva a cabo invirtiendo la reacción anterior. La resina agotada se trata con una solución concentrada de sal (aproximadamente al 10%) y la regeneración procede de la siguiente manera:
RCa2+ + NaCl --> RNa + Ca2+Mg2+ Mg2+
La regeneración comprende cuatro pasos fundamentales:1-Retrolavado.2-Introducción de la salmuera.3-Enjuague lento.4-Enjuague rápido.
La adición de productos químicos del tratamiento está gobernada por los análisis de las aguas de caldera que toda planta debe hacer por lo menos una vez al día. En nuestro caso a la caldera se le añaden aditivos para mejorar su eficiencia tales como:VAPEN 220: La adición se controla por los valores de pH.VAPEN 300: La adición se controla por los valores de fosfatos.
Para el control de la calidad del agua de caldera se realizan en el laboratorio de dicha empresa distintos métodos de ensayos que se rigen por normas cubanas utilizadas en las termoeléctricas José Martí y Antonio Guiteras, las cuales garantizan un control real del agua utilizada en este proceso.
Dentro de los ensayos realizados se destacan:Sulfitos, pH, Conductividad, Dureza total, Alcalinidad parcial, Alcalinidad total, ClorurosFosfatos.1.3. Problemas derivados de la utilización del agua en calderas:Los problemas mas frecuentes presentados en calderas pueden dividirse en dos grandes grupos:1.Problemas de corrosión2. Problemas de incrustaciónAunque menos frecuente, suelen presentarse ocasionalmente: Problemas de ensuciamiento y/o contaminación.Corrosión: Para que esta aparezca, es necesario que exista presencia de agua en forma líquida, el vapor seco con presencia de oxígeno, no es corrosivo, pero los condensados formados en un sistema de esta naturaleza son muy corrosivos.En las líneas de vapor y condensado, se produce el ataque corrosivo más intenso en las zonas donde se acumula agua condensada. La corrosión que produce el oxígeno, suele ser severa, debido a la entrada de aire al sistema, a bajo valor de pH, el bióxido de carbono abarca por si mismo los metales del sistema y acelera la velocidad de la corrosión del oxígeno disuelto cuando se encuentra presente en el oxígeno.El oxígeno disuelto ataca las tuberías de acero al carbono formando montículos o tubérculos, bajo los cuales se encuentra una cavidad o celda de corrosión activa: esto suele tener una coloración negra, formada por un óxido ferroso- férrico hidratado.Incrustación: La formación de incrustaciones en el interior de las calderas suelen verse con mayor frecuencia que lo estimado conveniente.El origen de las mismas está dado por las sales presentes en las aguas de aporte a los generadores de vapor, las incrustaciones formadas son inconvenientes debido a que poseen una conductividad térmica muy baja y se forman con mucha rapidez en los puntos de mayor transferencia de temperatura.Por esto, las calderas incrustadas requieren un mayor gradiente térmico entre el agua y la pared metálica que las calderas con las paredes limpias.Otro tema importante que debe ser considerado, es la falla de los tubos ocasionadas por sobrecalentamientos debido a la presencia de depósitos, lo que dada su naturaleza, aíslan el metal del agua que los rodea pudiendo así sobrevenir desgarros o roturas en los tubos de la unidad con los perjuicios que ello ocasiona.Las sustancias formadoras de incrustaciones son principalmente el carbonato de calcio, hidróxido de magnesio, sulfato de calcio y sílice, esto se debe a la baja solubilidad que presentan estas sales y algunas de ellas como es el caso del sulfato de calcio, decrece con el aumento de la temperatura. Estas incrustaciones forman depósitos duros muy adherentes, difíciles de remover, algunas de las causas más frecuentes de este fenómeno son las siguientes:• Excesiva concentración de sales en el interior de la unidad.• El vapor o condensado tienen algún tipo de contaminación.• Transporte de productos de corrosión a zonas favorables para su precipitación.• Aplicación inapropiada de productos químicos.Ensuciamiento por contaminaciónSe consideran en este rubro como contaminante, distintas grasas, aceites y algunos hidrocarburos, ya que este tipo de contaminación son las más frecuentes vistas en la industria.Dependiendo de la cantidad y característica de los contaminantes existentes en el agua de aporte a caldera, la misma generará en su interior depósitos, formación de espuma con su consecuente arrastre de agua concentrada de caldera a la línea de vapor y condensado, siendo la misma causante de la formación de incrustaciones y depósitos en la sección post-caldera.La formación de espuma, suele ocurrir por dos mecanismos, uno de ellos es el aumento del tenor de sólidos disueltos en el interior de la unidad, los que sobrepasan los límites aceptados de trabajo, la presencia de algunos tipos de grasas y/o aceites (como ácidos orgánicos) producen una saponificación de las mismas dada la alcalinidad, temperatura y presión existentes en el interior de la caldera.La contaminación por hidrocarburos agrega a lo visto la formación de un film aislante dificultando la transferencia térmica entre los tubos y el agua del interior de la unidad, agravándose esto con las características adherentes de este film que facilita y promueve la formación de incrustaciones y la formación de corrosión bajo depósito, proceso que generalmente sigue al de formación de depósitos sobre las partes metálicas de una caldera.Luego de un tiempo, las características físicas del film formado cambian debido a la acción de la temperatura que reciben a través de las paredes metálicas del sistema, lo que hace que el mismo sufra un endurecimiento, siendo este difícil de remover por procedimientos químicos simples.Por todas estas consideraciones, se ve como método más económico y lógico de mantenimiento de calderas, efectuar sobre el agua de aporte a las mismas los procedimientos preventivos que la misma requiera, evitando así costos de mantenimiento innecesarios y paradas imprevistas en plena etapa de producción con los costos de lucro cesantes que agravan la misma.2. Caracterización Tecnológica del Proceso.2.1. Materias Primas que se utilizan.1. Agua2. Combustible PCN ( Petróleo Crudo Nacional)3. VAPEN 220: Producto neutralizante de ácido carbónico en retornos de condensado,formulado a base de aminas neutralizantes..4. VAPEN 300: Producto Integral antiincrustante a base de terpolimeros dispersantes de alto rendimiento, polifosfatos, sulfito catalizado, antiespumantes e inhibidor de fragilidad cáustica.
2.2. Producto Terminado.Vapor.
2.3. Proceso.El agua cruda es bombeada desde una cisterna hasta los suavizadores (1 en funcionamiento y el otro de reserva), en estos suavizadores ocurre el proceso de tratamiento de agua mediante intercambio iónico pues cada suavizador contiene una resina de intercambio (de Na), el agua cruda intercambia con la resina los iones Ca y Mg por el catión Na.
RNa + Ca2+ --> RCa2+ + Na1+Mg2+ Mg2+
Cuando la resina se agota es necesario regenerarla haciéndole pasar una corriente de Na Cl, ocurriendo entonces el proceso inverso:
RCa2+ + NaCl --> RNa + Ca2+Mg2+ Mg2+
El agua que sale del suavizador tiene una dureza de 0 (contenido de Calcio y Magnesio) y es almacenada en un tanque de agua tratada, mediante una bomba automática se envía el agua a un tanque de alimentación que suministra el agua directamente a la caldera junto con esa agua se adicionan 2 productos químicos (VAPEN 220 y 300) cuya función es regular los parámetros del agua de la caldera.
Existe a su vez otro sistema de suministro de petróleo a la caldera que consiste en un intercambiador de calor por el cual pasa el petróleo procedente de los tanques de almacenamiento (T-320 y T-29), donde en este intercambiador se eleva la temperatura del combustible hasta 70 0C, el cual se almacena en un tanque cilíndrico horizontal, de ahí se bombea directamente a la caldera, pasando por un precalentador que eleva la temperatura del combustible de 1100C a 1200C.
En el interior de la caldera la energía química contenida en el combustible se convierte en energía calorífica se transmite a través de las paredes del hogar de la caldera hasta el agua. Mediante la adición de esta energía calorífica la temperatura del agua aumenta y cuando alcanza el punto de saturación hierve: generándose entonces el vapor.
El vapor es utilizado por los distintos consumidores de la Empresa y retorna poco condensado a un tanque colector que alimenta al tanque de alimentación interna de la caldera.
Ventajas de la Caldera:-Se recupera el condensado, por lo que se ahorra agua.-El condensado viene caliente, por lo que se ahorra más combustible que si estuviera frío.
3. Análisis Fenomenológico del Proceso.Equipos:1. Cisterna: No hay Operación Unitaria. Su función es almacenar el agua.2. Suavizadores: Ocurre Fenómeno Químico de intercambio iónico.3. Tanque de Agua tratada: No hay Operación Unitaria. Su función es almacenar el agua.4. Alimentación de la Caldera: Ocurre Reacción Química por la dosificación de aditivos químicos como sulfito que es para eliminar el oxígeno disuelto y el fosfato que es para eliminar los restos de Ca y Mg, que pueden quedar en el agua.5. Caldera: Ocurre reacciones químicas y físicas.Fenómeno Químico: Hay combustión del petróleo.Petróleo + Oxígeno Gases de combustiónFenómeno Físico: Hay calentamiento del agua (de 80 0C a 1000C) = calor sensible.Hay cambio de estado del agua (de líquido a vapor)=calor latente.6. Consumidores de Vapor: (Intercambiadores de la 1-1, Intercambiadores de la 2-1 y serpentines de tanques)7. Tanque de Almacenamiento de Petróleo: No hay Operación Unitaria. Su función es almacenar el combustible.8. Intercambiador de Calor: Ocurre el fenómeno Físico de transferencia de calor por el intercambio de calor entre el petróleo y el vapor con un aumento de temperatura hasta 70 0C.9. Tanque de Almacenamiento de Petróleo: No hay Operación Unitaria.10. Tanque de Alimentación de Combustible: Hay fenómeno físico pues aumenta la temperatura (por serpentines) hasta 80 0C.11. Precalentador: Ocurre fenómeno físico, pues aumenta la temperatura de 110 a 1200C.
3.1 Descripción de los EquiposCisterna de Agua potable:-capacidad: 1800 m3.
Estación de Bombas:-Cantidad de Bombas: 3-Caudal: 80 m3.-Altura de Presión: 50 m.
Suavizadores:Cantidad: 2Diámetro: 1200mmVolumen de la Resina: 1 m3.Espacio libre del tanque de resina: 630 mm.Altura del relleno: 216 mm.
Caldera de Vapor pirotubulares:(Pasan los gases de combustión dentro de los tubos y el agua por fuera)Capacidad de Producción: 16 t/h. (cada una)Presión de trabajo: 10 bar. (1.09 bar. equivale a 1 atm.)Esta caldera es de baja presión.
Tanque de Agua Tratada:Capacidad: 50 m3.
Tanque de Alimentación de la Caldera de Agua:Capacidad: 15 m3.
Tanque de almacenamiento de petróleo:Capacidad: 50 m3.
Tanque de Alimentación de la caldera de agua:Capacidad: 15 m3.
Tanque de Almacenamiento de Petróleo:Capacidad: 50 m3.
Intercambiador de calor de tubo y coraza:(Vapor por los tubos y combustible por la coraza)Capacidad: 120 ton/h de combustible.Capacidad: 1 ton/h de flujo de vapor.
Tanque de Alimentación:Capacidad: 5 m3.
Precalentador:Intercambiador de tubo y corazaCapacidad: 1.12 ton/h de combustible.Flujo de vapor: 0.2 ton/h.
4. Normas de Control de Calidad del Proceso.4.1Análisis que se realizan para el control de la calidad en el procesoa. Análisis del Agua Cruda:- Este análisis se realiza en el laboratorio de la Empresa, tomando la muestra en el tanque cisterna de agua cruda. La medición se realiza manual discontinua por medio de tomas de muestras con una llave, la toma de muestra se hace dejando correr primero el producto que se va a muestrear.
b. Análisis del Agua Suavizada:- Este análisis se realiza en el laboratorio, tomando la muestra en el tanque de agua tratada. La medición se realiza manual discontinua por medio de tomas de muestras con una llave.
c. Análisis del Agua a Alimentar:- Este análisis se realiza en el laboratorio tomando la muestra en el tanque de alimentación de agua, con el objetivo de controlar los parámetros de pH, conductividad, dureza total, alcalinidad parcial, alcalinidad total y cloruros.
d. Análisis del condensado:- Este análisis se realiza en el laboratorio tomando la muestra en tanques recolectores de condensados, con el objetivo de controlar los parámetros de pH, conductividad y dureza total.
e. Análisis de los gases:- Este análisis se realiza a los gases que salen de la chimenea con un analizador degases.
f. Análisis del combustible:- Este análisis se realiza en el laboratorio tomando la muestra al tanque de alimentación de combustible, con el objetivo de controlar los parámetros de agua y viscosidad.
g. Análisis al Agua de Calderas- Este análisis se realiza en el laboratorio tomando la muestra de la caldera, con el objetivo de controlar los parámetros de conductividad, Ph, dureza total, alcalinidad parcial, alcalinidad total, cloruros, fosfatos y sulfitos.
4.2. Normas por las que se rige el proceso.
NC 19-03. 1984. Tuberías para Vapor y Agua Caliente. Técnicas de Seguridad.
La presente norma no contempla:• Las tuberías situadas dentro de los límites de la caldera o recipiente.• Los recipientes que trabajan a presión que forman parte del sistema de tuberías y que son partes inseparables de ella (separadores de agua, colectores de impurezas y otros)• Las tuberías de las locomotoras y vagones ferroviarios, las instalaciones de transporte vial, de embarcaciones marítimas y fluviales, y de otros medios de navegación.• Las tuberías con un diámetro exterior menor que 51mm.• Las tuberías de extracción, escape y vaciado con una presión de trabajo menor que 1,6MPa.• Las tuberías de centrales electronucleares y reactores atómicos.• Las tuberías provisionales en las obras en construcción, en los equipos de perforación u otros.• Las tuberías fabricadas con materiales no metálicos.
NC 19-03-20. 1984. Calderas. Requisitos para la explotación y el mantenimiento. Sistema de Normas de Protección e Higiene del Trabajo.
Requisitos de Seguridad para la puesta en explotación:
• La primera puesta en explotación de la sala de calderas o de la caldera se realizará con la autorización de las entidades correspondientes según la legislación vigente y los Organismos Recolectores de la Protección e Higiene del Trabajo.• Las siguientes puestas en explotación de la caldera se realizarán por el responsable de calderas.• La operación de la caldera sólo se realizará bajo el control de un operador calificado y ésta se operará y mantendrá de acuerdo a lo establecido en las disposiciones legales vigentes para la explotación y las regulaciones dispuestas por la empresa donde se encuentra la caldera.• Las interrupciones y deficiencias serán informadas por el operador al responsable de la sala de calderas.• Existirá un libro, en el que se registrará por el responsable de la sala, los trabajos de mantenimiento, limpieza y reparación.• La comprobación y puesta en funcionamiento de los dispositivos e instrumentos de medición, control y seguridad se realizará solamente por trabajadores autorizados para este tipo de trabajo.
NC 19-02-28. 1984. Calderas de Vapor y Agua caliente. Requisitos generales de seguridad.La norma no se aplica a las calderas:• Destinadas a las locomotoras y vagones de material móvil del transporte ferroviario.• Que se instale en los barcos y en otros medios de navegación marítimos y fluviales.• Con un volumen interior de agua de hasta 10 L y que trabajan con presiones no mayores que 0.3 MPa (3 kg/cm2).• Con calentamiento eléctrico.
4.3 DATOS DE CONTROL DE CALIDAD DEL PROCESO
No Etapas del Proceso Variable que se controla Punto de Control Tipo de Medición Control Real Registro Rango FrecuenciaAGUA1 Cisterna TK-54 Nivel del tanque y caudal de bombeo En la misma cisterna. UDU. Medidor de nivel ruso. Escala interna (m) Sí Modelo: se registran los niveles y los m3 bombeados. 8-15 m3h 1 vez al día2 Suavizador Suavizamiento DT: Método de jabón. Presión: Control de la resina.Regeneración. Densidad al NaCl. Presión de flujo. Línea de salida, toma de muestra. -manual-manómetro-densímetro(% tabulado)-manómetro-flujo f (presión) Sí No 1kgcm2DT=0Densidad=26P=1kgcm2 1 vez al día ó dos; en dependencia de la producción.3 TK-SuavizadorDureza total, conductividad, PH. -Nivel visual (regla).
-Toma de muestra. Flujómetro y por nivel de tanque (por medio de una tabla) Sí Con el libro de incidencias (Análisis de laboratorio) en los registros para la lectura del flujómetro. 8-15 m3h 1 vez al día4 TK de alimentación DT, Conductividad PH, alcalinidad (P) y (M), cloruros y temperatura. Toma de muestra. Análisis Químicos, termómetro (manual) Sí No Temperatura 80-90 C01 vez al día. Temperatura: cada una hora.5 Caldera a- SO32-, Cd, DT, Alcalinidad (p),-Alcalinidad (n), Cl-, PO43b- Producción de vapor.-Consumo de Agua.
c-Análisis de gases de la chimenea.d- Temperatura de salida de humo.
e- Temperatura de vapor de calderas.f- Presión de la caldera.g- Presión de entrada del quemador.h- Temperatura del Quemador. a-Toma de muestra (análisis de laboratorio)b-en la caldera.c- a la salida de la chimenea.d- En un punto medio de la chimeneae- En la caldera.f- En la caldera.g- En la caldera.h- En la caldera.
a-Manual, análisis químicos.b- control de medición automático.c- Analizador de Gases.d-Automáticoe- Automático.f-Automático.g- Automático. (quemador digital)h- Automático. Sí Modelos de calderas, modelos del laboratorio. P a 10 kg.cm2
180 - 200 C0
Muestreo una vez al día cada 1 hora.6 Consumidores a-Presión de entrada del vapor.b-Temperatura de entrada y salida de losintercambiadores de calor. c- Cantidad de condensado retornado. a- En la línea de Entrada.b- En la línea de Entrada.
c- No se mide Termómetros y manómetros ubicados en los consumidores.
No se mide no hay instrumentos. Sí P=2-4 kg/cm2T=la de caldera. Cada 2 horas7 TK-Recuperación de Condensado.PH, Cd, DT, Línea de Presión.
Análisis Químicos, manómetro. SíSí, registros de laboratorio70-90 0C
1 vez al día cada 1 horaCOMBUSTIBLE1 Intercambiador de Calor a- Temperatura del PCN.b- Presión del PCN. a-Línea de Salidab- Línea de EntradaTermómetro Sí Sí 45-60 0C 1 vez al día2 Tanque deAlmacenamiento a-Temperaturab- Cantidad recibida. En el tanque
Termómetro por nivel y tabla Sí Sí a-55-65 0Cb- 15-20 m3 Cada 1 hora
3 Tanque alimentación (nodriza) Temperatura En el tanque Termómetro Sí Sí 60-80 0C Cada 1 hora4 Precalentador Temperatura En el precalentador TermómetroAutomático Sí Sí80-120 0C Cada 1 hora
5. Diagrama Causa - Efecto
Análisis de Resultado del diagrama Causa – Efecto:
Este diagrama representa el problema fundamental que tiene este proceso, y es el elevado consumo de agua que está presentando la caldera; por é se seleccionaron las posibles causas que podían influir sobre este incremento del consumo de agua, pudiéndose escoger dentro de todas estas, las causas reales que son:
1. Materia Prima:- Error en las mediciones.
2. Suavizador:- No se mide el consumo de H2O del acomodo de la resina.- No se incluyen los consumos de macizado de la línea.
3. Tanque de Alimentación y Agua tratada:- Alteración del pH que conlleva a un gasto de agua aplicando purga y extracciones de fondo.
4. Bombeo de Aditivos:- Incorrecta dosificación de aditivo (alcalinidad).
5. Caldera:- Excesivas extracciones de fondo y purgas continuas.
6. Consumidores:- No se recupera el condensado correctamente.
7. Tanque de Recuperación de Condensado:- Falta de instrumentos de medición.
8. Intercambiador de Calor:- Mala recuperación del condensado.
9. Precalentador:- Mala recuperación del condensado.
6. Cartas de Control( Las Cartas de Control de estas 3 variables se encuentran en el Anexo II ).
Para la realización de las Cartas de Control se escogieron tres de los parámetros fundamentales que inciden sobre la calidad que pueda o no tener el agua; éstos son: los cloruros, la conductividad y la alcalinidad, los se someten a un análisis de laboratorio que pueden en gran medida, según los resultados que se obtengan, contribuir a un buen o mal funcionamiento de la Caldera.Por lo que se tomó una muestra representativa de 7 días durante ocho semanas de cada una de las variables escogidas y se analizaron según los resultados obtenidos cuales de ella estaban fuera o dentro del control.
Análisis de Resultados:Para la variable Cloruros al realizar la Carta de Control tuvo una tendencia aleatoria y bajo control, ya que ningún punto se encontraba fuera de los límites superior e inferior.
Para la variable Alcalinidad la Carta de Control tuvo una tendencia aleatoria teniendo un punto ligeramente por debajo del límite inferior por lo que se puede considerar que está bajo control.
Para la variable Conductividad al realizar la Carta de Control tuvo una tendencia aleatoria y bajo control, ya que ningún punto se encontraba fuera de los límites superior e inferior.
7. Análisis Estadístico.(Los datos para la realización de los análisis estadísticos de estas tres variables escogidas se encuentran en el Anexo II).
Para el análisis estadístico, así como para las Cartas de Control se escogieron 3 variables de las que se controlan en el proceso que son: alcalinidad, conductividad y cloruros.
1. Análisis de los Cloruros:A2 = 0.419
LS = 40.35 + 0.419 * 23.5LS = 50.19
LI = 40.35 – 0.419 * 23.5LI = 30.50La desviación Standard calculada para los cloruros dió un valor de 4.92.El coeficiente de Variación dio un valor de 12.2%, lo que indica que es poco representativa, por ser este mayor que 12%.
INEL. Empresa de Ingeniería y Proyectos establece: Que los valores de cloruros tienen que estar por debajo de 82 mg/l en el agua de Calderas.
2. Análisis de la alcalinidad:A2 = 0.419
LS = 903 + 0.419 * 436.4LS = 1085.85
LI = 903 – 0.419 * 436.4LI = 720.15
La desviación Standard calculada para la alcalinidad dió un valor de 143.21El coeficiente de Variación dió un valor de 15.9%, lo que indica que es poco representativo, por ser este mayor que 12%.
3. Análisis de la conductividadA2 = 0.419
LS = 3270.5 + 0.419 * 1416.75LS = 3864.11
LI = 3270.5 – 0.419 * 1416.75LI = 2676.88
La desviación Standard calculada para la conductividad dió un valor de 512.53.El coeficiente de Variación dió un valor de 15.67%, lo que indica que es poco representativo, por ser este mayor que 12%.
Análisis de Resultados:Se escogieron primeramente 8 muestras con 7 réplicas para las 3 variables, por tanto el valor escogido para A2 para 7 réplicas = 0.419.
En el caso de los cloruros, la alcalinidad y la conductividad el límite Superior dio por encima de la media y el límite inferior dio por debajo de esta, por lo que los resultados obtenidos del límite superior e inferior son correctos, y el coeficiente de variación dio poco representativo por dar mayor a 12.
CONCLUSIONES
El estudio realizado en este proyecto sobre el elevado consumo de agua en la caldera corrobora de cierta forma el problema de hipótesis planteado.Por lo que se elaboró el diagrama Causa – Efecto con el propósito de señalar todas las posibles causas que influyen en este problema, destacando así las reales y fundamentales.Mediante la estadística de tres variables se analizó la calidad del proceso y se consumó que para las 3 variables el coeficiente de variación es poco representativo. Analizando los resultados obtenidos en las pruebas de hipótesis para cada variable se llegó a la conclusión de que no se rechazan las hipótesis nulas por lo que no se aceptan las hipótesis alternativas, las medias de los valores cumplen con la norma (hipótesis nula).
En la realización de las cartas de control se determinó que los cloruros tuvieron un proceso bajo control por estar dentro de los límites superior e inferior; para el caso de la conductividad tuvo un comportamiento aleatorio estando ésta bajo control y para el caso el proceso tuvo un comportamiento aleatorio bajo control, aunque uno de los puntos se presenta ligeramente por debajo del límite inferior.
Haciendo una recopilación de todo lo expuesto en este proyecto se puede resaltar que las tareas antes expuestas se dan por cumplidas, teniendo en cuenta que todos estos análisis revelaron una evidencia de los problemas que influyen en sentido general en este proceso; directamente relacionado con el problema planteado.
RECOMENDACIONES
Acorde al problema planteado en este proyecto se pudo proponer para las causas que originan el mismo las siguientes recomendaciones, con el objetivo dar posibles soluciones a esta problemática:
1. Situar el flujómetro de entrada de agua a la caldera en un área cercana a la entrada de los suavizadores.
2. Adquirir o reparar el totalizador de vapor de la caldera #1.
3. Hacer un sistema de recuperación de condensado del Intercambiador de Calor 118.
4. Analizar el sistema de retorno de condensado del Intercambiador que se utiliza durante las recepciones de crudo.
5. Seleccionar y capacitar a un técnico de la Empresa para el control, análisis y toma de decisiones del Régimen Químico en calderas.
6. Drenar toda el agua de calderas y reestablecer las adiciones de Vapen, según las recomendaciones del técnico de la firma Vapen SA, analizando el comportamiento de este producto.
7. Definir experimentalmente el % de abertura de la válvula de purga continua cuando se estabilice la alcalinidad y establecer un nuevo índice de consumo plan.
8. Aumentar la frecuencia de análisis a una vez por turno de pH, alcalinidad y conductividad.
9. Establecer índice de consumo para la producción de agua suavizada.
BIBLIOGRAFÍA
1. NC 19-03. 1984. Tuberías para Vapor y Agua Caliente. Técnicas de Seguridad.
2. NC 19-03-20. 1984. Calderas. Requisitos para la explotación y el mantenimiento. Sistema de Normas de Protección e Higiene del Trabajo.
3. NC 19-02-28. 1984. Calderas de Vapor y Agua caliente. Requisitos generales de seguridad.
4. VAPENSA. Vapor y Enfriamiento S.A. Catálogo de Productos y Servicios. Tratamiento de Aguas Industriales. Costa Rica.
5. VAPENSA. Vapor y Enfriamiento S.A. Manual de Tratamiento de Agua de Calderas. Código DIGV-01. Versión 1. Alajuela. Costa Rica.
6. Trujillo Daniel. Tratamiento Disperso – Solubilizante para el control del Régimen químico de Calderas de baja y media presión (TDS). AQUATEC Argentina.
7. Tanis James N. Tratamiento no convencional para aguas de calderas. AQUATEC.
8. Angel Miguel. Conceptos básicos de agua de aporte a calderas. (on line).www. ffabiano@inea.com.ar9. INEL. Empresa de Ingeniería y Proyectos de la Electricidad. Trabajo puesta en marcha de los Suavizadores en la Sala de Calderas. Supertanqueros. Matanzas.