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Products Solutions Services

Sistemas de medición y control - Generación de vapor

Endress+Hauser ArgentinaPeople for Process Automation

Slide 1 Denise Amboage

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Introducción

Ing. Anibal Mazzone ‒ Endress+Hauser• Industry Manager Oil&Gas• Product Manager Caudal

Ing. Maximiliano Muñoz ‒ Arbaite SRL• Managing Director



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Endress+Hauser

Denise AmboageSlide 3

Nuestra oferta de productos y servicios

Proveemos instrumentos y sistemas para tareas de medición en:

• Medición de caudal

• Medición de nivel

• Medición de presión

• Medición de temperatura

• Análisis de líquidos

• Adquisición de datos

Nuestra gama de servicios y soluciones ayudan a hacer que los procesos denuestros clientes funcionen con una eficiencia óptima:

• Mantenimiento

• Puesta en marcha

• Calibración

• Reparación

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Endress+Hauser Argentina


Oficinas RegionalesLitoral: Rosario ‒ Santa Fe

NOA: San Miguel de Tucumán - Tucumán

Sur: Bahía Blanca ‒ Buenos Aires

Mendoza: Godoy Cruz - Mendoza

Oficina CentralSan Isidro ‒ Buenos Aires

Oficinas ZonalesNEA: Resistencia ‒ Chaco

MDP: Mar del Plata ‒ Buenos Aires

CDR: Comodoro Rivadavia

Buenos Aires

Tucumán

Rosario

Bahía Blanca

Mendoza

Córdoba

Resistencia

Representantes de VentasCórdoba ‒ Córdoba

Neuquén - Neuquén

NeuquénMar del Plata

Comodoro Rivadavia

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Agenda


• Mecanismos de falla en la generación de vapor y la importancia delcontrol de calidad del agua

• Parámetros de control

• Sistemas de medición y control

• Puntos de control de caudal


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Generación de vapor

Mecanismos de falla


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Mecanismos de falla en la generación de vapor


Falla Efecto básico

Ruptura por esfuerzo- Sobrecalentamiento repentino- Sobrecalentamiento prolongado- Soldadura de metales diferentes

Corrosión lado agua- Corrosión cáustica- Daño por hidrógeno- Corrosión localizada (Pitting)

Corrosión lado fuego- Corrosión a baja temperatura- Corrosión a alta temperatura

Erosión- Ceniza volante- Precipitación de escoria- Erosión por sopladores de hollín o partículas decarbón

Fatiga- Vibración- Vibración térmica

Falta de control de calidad- Daños por productos químicos- Defectos de material- Defectos de soldadura

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Mecanismos de falla – Ruptura por esfuerzo


• Sobrecalentamiento repentino• Sucede por bloqueo interno del tubo, pérdida de

circulación de refrigerante, bajo nivel de agua,excesiva temperatura en gases de combustión.

• Sobrecalentamiento prolongado• Restricción de flujo refrigerante, reducción de

capacidad de transferencia de calor, bloqueo depaso de gases de combustión, adelgazamientode pared, material no adecuado.

• Soldadura de metales diferentes• Diferencias excesivas en expansión térmica,

soportes inadecuados, procedimiento desoldadura inadecuado.

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Mecanismos de falla – Corrosión lado agua


• Corrosión cáustica• Sucede por alta concentración de NaOH, depósitos

en zonas de alto flujo térmico, arrastre deproductos de corrosión del sistema precaldera.

• Daño por hidrógeno• Agua con pH ácido, contaminación por limpieza,

inadecuado control químico, contaminación porfugas de condensador.

• Corrosión localizada (Pitting)• Alta concentración de oxígeno disuelto en agua en

superficie interna. Depósitos de combustión ensuperficie externa.

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Mecanismos de falla – Corrosión lado fuego


• Corrosión a baja temperatura• Alto contenido de óxido de azufre en los gases de combustión• Operación con temperaturas de metales abajo del punto de rocío ácido• Operación con temperaturas de gases inferiores al punto de rocío ácido

• Corrosión a alta temperatura• Combustibles con alto contenido de Sodio, Vanadio y Azufre• Alta temperatura de metal en la tubería

En ambos casos las fallas producen un adelgazamiento de la pared delas tuberías provocando rupturas de las mismas.

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Mecanismos de falla - Erosión


• Erosión por ceniza volante• Causada por flujo irregular de los gases de combustión, el deslizamiento

de tuberías obstruyendo el paso de flujo de gases, combustibles con altocontenido de cenizas.

• Erosión por ceniza de fondo• Arrastre de escoria en tolvas de recolección, propiedades físicas del carbón

utilizado.

• Erosión por sopladores de hollín• Deficiente ubicación del soplador de hollín o su operación inadecuada.

Soplado con alto contenido de condensado o presión excesiva.

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Mecanismos de falla - Fatiga


• Fatiga por vibración• Causada por diferentes patrones de flujo en los gases de combustión,

cargas cíclicas inducidad por el equipo circundante.

• Fatiga térmica• Cambios frecuentes en la temperaturadel metal, salpicaduras de agua provenientesde sopladores, soportería inadecuada.

Los efectos son generalmente la fisura de la cañería, en distintas partesy de diferentes características según el tipo de fatiga.

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Mecanismos de falla – Falta de control de calidad


• Daños por productos químicos• Limpieza química inadecuada, tratamiento

del agua incorrecto.

• Material defectuoso• Inadecuado tratamiento térmico durante la

fabricación, laminación en el espesor delmaterial, deformaciones por mal manejo dematerial.

• Defectos de soldadura• Exceso o falta de penetración, porosidad,

inclusiones no metálicas, etc.


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Parámetros de control


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Impurezas y consecuencias


Impureza Dificultades y problema

TurbidezApariencia indeseable, causa depósitos en tuberías y equipos.

ColorInterferencia en análisis colorimétrico de otros parámetros yen sistemas de precipitación de hierro.

DurezaPrincipal fuente de incrustación en equipos de intercambio decalor, calderas, tuberías.

AlcalinidadEspuma y arrastre de sólidos en la producción de vapor.Fragilización del acero en calderas. En altas temperaturasformación de gases corrosivos.

Acidez Corrosión

pH Indicación de acidez o alcalinidad del agua.

CO2Corrosión en líneas de agua y especialmente en vapor ycondensado.

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SulfatosIncremento de sólidos de caracter corrosivo como sales.Combinado con Calcio es incrustante.

NitratosIncremento sólidos en el agua. Util para controlarfragilizaciones en caldera.

SíliceIncrustación y depósitos en el agua de enfriamiento y decalderas. Vaporización en caldera y depósito en álabes deturbinas.

Hierro Coloración y precipitación en agua. Depósitos.

Manganeso Mismas consecuencias que Hierro.

Aceites y grasas Depósitos, lodos y espumado en calderas, impide transmisiónde calor, indeseables.

Oxígeno Corrosión en líneas de agua, equipo de intercambio de calor,calderas, retorno de condensado, etc.

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Sulfuro de HidrógenoOlor, corrosión. Tóxico.

ClorurosIncrementa el carácter corrosivo y sólidos en el agua.

AmoníacoCorrosión de algunos metales y formación de iones solublescomplejos.

ConductividadIndicación de sólidos ionizables en solución. Conductividadalta implica riesgo de corrosión.

Sólidos suspendidos Taponamiento de líneas, causa depósitos en equipos detransferencia de calor, calderas, condensadores, etc.

Sólidos totales Suma de sólidos disueltos e insolubles.

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¿Qué se debe controlar?


• Sistema de vapor• pH, conductividad, Sílice

• Sistema de agua• Agua de condensado

• pH, conductividad, Sílice Amoníaco

• Agua de alimentación• pH, conductividad, Sílice, (Hidrazina)

• Agua de caldera• pH, conductividad, Sílice, Cloruros, alcalinidad, Hidrazina

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Consecuencias en la falta de control


• Generador de vapor• Corrosión por gases, agentes químicos (sales y álcalis), pH ácido.• Depósitos por incrustaciones (Calcio, Carbonatos, Sulfatos, Silicatos,

Oxidos de hierro) disminuyendo la transferencia de calor.• Depósitos de lodos por Fosfatos de Calcio, Magnesio, Oxidos de Cobre.


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Muestreo y análisis


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Puntos de muestreo


• Se busca determinar las características de los distintos fluidos verificando ymonitoreando las condiciones normales y anormales, proporcionando los parámetrospara la alimentación de reactivos, cuando sean necesarios, con el fin de disminuir laincrustación y corrosión en los sistemas antes mencionados.

• El sistema de análisis consta de una etapa de acondicionamiento de la muestra y luegode las celdas de medición.

Puntos de muestreo:• Vapor en domo de caldera• Drenaje de calentadores a alta presión• Purga de caldera• Agua de entrada al economizador• Vapor sobrecalentado• Salida de desgasificador• Descarga de bombas de condensado

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Paneles SWAS (Steam Water Analysis System)


Acondicionamiento Mediciones analíticas

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Mediciones en línea:

• pH / ORP• Conductividad específica, catiónica o diferencial• Silicatos, Sodio• Distintos metales y no metales según

requerimientos (Hierro, Manganeso, Cloruros,Amonio, Fosfatos, etc)

Aplicación en área NO Explosiva.

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pH / ORP Conductividad Oxígeno ConcentraciónpH ORP Combinado

Aliment.externa

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Acondicionamiento de muestra

Tipo de muestra P máx (bar) T máx (°C) Demanda de muestra

Agua 65 200 0,33 l/min

Agua de alimentación 130 / 320 400 0,83 l/min

Vapor 320 575 0,83 l/min

• El sistema de acondicionamiento de muestra debe seleccionarse de acuerdo a lascondiciones de la muestra asegurando que la muestra que alcance las condicionesoperativas aptas para los equipos de medición analítica en términos de presión ytemperatura.

• En todos los casos se requiere como servicio agua de enfriamiento.

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Conductividad – el parámetro clave

Conductividad específica

Indicación de la pureza del agua, nivel de aditivos y álcalisprovenientes del tratamiento.

Conductividad catiónica

Monitoreo de impurezas sin aditivos cáusticos en aplicaciones devapor. Todas las impurezas se transforman en ácido luego de lacolumna de intercambio iónico.

Conductividad diferencial

Indicador de concentración de álcalis en agua ultrapura. Se utilizatambién para calcular el valor de pH para protección de corrosión.


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Puntos de control de caudal

Tecnologías disponibles


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La instrumentación y sus asuntosSistemas de medición y control - Generación de vapor

1] Caudalímetro de vapor inc. T

2] Transmisor de presión

3] Caudalímetro de combustible

4] Caudalímetro de agua concompensación de temperatura

5] Temperatura de agua alimentación

6] Medición de temperatura del airede ingreso a combustión

7] Contenido de oxigeno en la salidade gases

8] Temperatura de salida

9] Purga SDT (continua)

10] Purga inferior (barros)

11] Medición continua de nivel

12] Switchs de nivel (limite)Source: Dr. Ian Roberts, Bradford

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Anibal Mazzone

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Caudalímetro de vapor incluyendo temperatura

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Ventajas

Presión diferencial Vórtex

• Tradición y experiencia• Amplio rango de aplicación• Bajo costo para grandes diámetros• Sin electrónicas en el punto de medición• Opciones de calibración• Amplio rango de materiales• Es posible lograr relativa buena

exactitud

• Simple y robusto• Libre de mantenimiento• Rango de medicion >10:1• Instalación económica• Ideales para alta P y T• Se puede usar en gases contaminado• Buen precio para diámetros chicos• Las deformaciones influyen poco


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Caudalímetro de vapor/agua incluyendo temperatura


Desventajas

Presión diferencial Vórtex

• Rango de medición 8:1• Instalación costosa• Tramos rectos grandes• La exactitud depende del proceso• Requiere mantenimiento• Aplicaciones limitados en gases sucios• Las deformaciones influyen mucho

• Sensor en contacto con el proceso• Requerimientos mínimos de caudal• Rango de medición pequeño con bajas

densidades• Costo elevado para diámetros grandes• Tramos rectos de entrada salida grandes


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1 Caudalímetro de vapor incluye temperatura

• En conjunto con el transmisor de presión y temperatura se usa paradeterminar la producción de la caldera.

• Combinado con el caudalímetro de agua de alimentación se puedenhacer cálculos de eficiencia y consumo

• El caudalímetro de vapor junto con el control de nivel y elcaudalímetro de alimentación puede formar un sistema de controlpara optimizar la operación de la caldera. Esto reduce lasfluctuaciones de presion y dismunuye los arrastres de agua.

• La temperatura y la presión definen la densidad y la entalpía delvapor


Slide 31 Anibal Mazzone

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4 Agua de alimentación con compensación de temp.

• Se usa para determinar la eficiencia en conjunto con el caudalímetrode vapor.

• Para dosificación proporcional de químicos a la caldera (se reduce lasobre/sub dosificación, se reduce la corrosión en la caldera y seoptimizan las purgas)

• El caudalímetro de alimentación junto con el control de nivel y elcaudalímetro de vapor pueden formar un sistema de control paraoptimizar la operacion de la caldera. Esto reduce las fluctuaciones depresión y dismunuye los arrastres de agua.

• Algunos caudalimetros magneticos pueden informar la conductividaddel agua, lo que puede indicar problemas de tratamiento primario delagua o contaminación del condensado



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3] Caudalimetros de combustible


5] Temperatura de agua alimentacion

6] Medición de temperatura del airede ingreso a combustion





11] Medicion continua de nivel


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Caudalímetro de combustible


Ventajas

Presióndiferencial

Vórtex Termicos Ultrasonicos Coriolis

• Tradición yexperiencia

• Amplio rango deaplicacion

• Bajo costo paragrandesdiametros

• Sin electronicasen el punto demedicion

• Opciones decalibración

• Amplio rango demateriales

• Es posible lograrrelativa buenaexactitud

• Simple y robusto

• Libre demantenimiento

• Rango demedicion >10:1

• Instalacióneconómica

• Ideales para altaP y T

• Se puede usar engasescontaminado

• Buen precio paradiametros chicos

• Deformacionesinfluyen poco

• Rango demedicion 1:100

• Medicióndirecta demasa

• Sin perdida decarga

• Version deinserción paralos diametrosmas grandes

• Apto paracaudales bajos

• Instalaciónsimple

• Sistemas multi-caminos < 0.5%

• Opciones decalibracion

• Rango demedición 100:1

• Sin pérdida decarga

• Medicióndirecta demasa

• Máximaexactitud

• No lo afecta lainstalación

• Mide desdecaudales muybajos

• Mediciónbidireccional


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Caudalímetro de combustible


Desventajas

Presióndiferencial

Vórtex Termicos Ultrasonicos Coriolis

• Rango demedicion 8:1

• Instalacióncostosa

• Tramos resctosgrandes

• La exactituddepende delproceso

• Requieremantenimiento

• Aplicacioneslimitades engases sucios

• Lasdeformacionesinfluyen mucho

• Sensor encontacto con elproceso

• Requerimientosminimos decaudal

• Rango demedicon pequeñocon bajasdensidades

• Costo elevadopara diametrosgrandes

• Tramos rectos deentrada salidagrandes

• Solo para gasesdefinidos

• Tramos rectoslargos

• P y T limitados• Sensor en

contacto con elproceso

• Sensible a lasprop. y cond.del gas

• Limitados agases limpios ysecos.

• Los sistemasprecisos soncostosos

• Pocodifundidos

• Fluidos sucioscausanproblemas

• Tramos rectoslargos

• Densidadesbajas sondificiles demedir

• Son un pocomas caros

• Generanperdida decarga


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3 Caudalímetros de combustible

• Se usan en el calculo total de consumo de combustible y costos y en elcalculo de eficiencias directas e indirectas

• Deben compensar el combustible para poder utilizarse en lso calculosde consumo especifico, por ejemplo, Nm3 / tonelada de vapor, etc



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3] Caudalimetros de combustible


5] Temperatura de agua alimentacion

6] Medición de temperatura del airede ingreso a combustion





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Muchas Gracias por su atención


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