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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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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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







2. Seleccionamos válvulas con “trim cascada”

ó multietapa, para matar la presión en varios

escalones.

Cavitación y







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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


1% y 5%

Calderas hasta de

1000 BHP

(38000 Lb/hr)

Presiones de retorno <

350 PSI|

Si requiere que la bomba


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

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