auditorías de vapor
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CONTROL DE FLUIDOS
Felipe Balbontín López
AUDITORAUDITORÍÍAS ALAS AL
SISTEMA DE VAPORSISTEMA DE VAPOREnfocados en su Eficiencia
Queremos colaborar con nuestros clientes mas
importantes en la búsqueda de oportunidades innovadoras de optimización, ahorro energético
y revalorización en sus procesos productivos.
TEMARIOA.- POTENCIALES FOCOS DE AHORRO
1- Reutilización de revaporizados o vapor flash.
2- Aumento de la temperatura del agua de alimentación.
3- Economizadores.
4- Reducción de la potencia del ventilador de Caldera.
5- Aumento de la Temperatura del aire de combustión.
6- Minimizar y recuperar las purgas desde la caldera.
7- Utilización de desgasificadores presurizados y ambientales.
8- Aislación de válvulas y fitting.
B.- IMPORTANCIA DE LAS AUDITORIAS ENERGÉTICAS
C.- TEMAS DE INTERÉS FUERA DEL ÁMBITO DEL VAPOR
Pero antes…
Un repaso de lo ya visto…
Pero antes…
Un repaso de lo ya visto…
Pero antes…
Un repaso de lo ya visto…
Considerar la presencia de vapor flash en la tuberias de retorno de condensado.
Problemas de presurizaciónde lineas
La utilización de Flash debeestar lo más cerca de la fuente como sea posible.
Ejemplo
EjemploDatos
Condensado: 2000 [kg/hr]Presión Condensado: 8 [barg]Presión tanque flash: Atmosfera
Solución
Porcentaje Revaporizado:14%Vapor Flash: 0.14x2000 = 280 [kg/hr]
Extra
Calentar 4000[kg/hr] agua blanda, Tin = 10[C]
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 200
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
Flash [%]
Pres
ion
Abs
olut
a [b
ar]
1 [bar]
2 [bar]3 [bar]
4 [bar]
Presiones Absolutas Aguas Abajo
Entrega ra e l % de vapor fl ash generado po r cada kg de
condensado que llega al tanque d e expans ió n
1.5 [bar]
Gráfico de Vapor FlashGráfico vapor flash
Flujo Flash: 280 [kg/hr]
0 50 10 0 150 20 0 250 300 350 400 450 500 550 60010
15
20
25
30
35
40
45
50
55
60
65
70
75
80
85
90
95
100T
Salid
a A
gua
[C]
Aprovechamiento Vapor Flash (P = 1atm)/Calentamiento Make Up
m vapor,flash [kg/hr]
m w = 4000[kg /hr]
mw = 3000 [kg/hr]
mw = 5000 [kg/hr]
m w = 6000 [ kg /hr]
Temperatura Entrada: 10 [C]
mw = 2000 [kg/hr]
mw = 1000 [kg/hr]
m w = 7000 [ kg /hr]
mw = 8000 [kg/hr]
mw = 9000 [kg/hr]
mw = 10000 [kg/hr]
Tsalida = 48 [C]Ahorro Combustible = 7% consumo inicial
10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65 70 75 80 85 90 95 100244246248250252254256258260262264266268270272274276278280282284286288290292294296298300302304
Tw,out [C]
mco
mb
[kg/
hr] P = 2 [bar]
mw = 4000 [kg/hr]
P = 4 [bar]P = 6 [bar]P = 8 [bar]P = 10 [bar]P = 12 [bar]P = 14 [bar]
P = 1 [bar]
Consumo de Combustible v /s Pre sión Calde ra
Poder Calorifico: 43[MJ/kg]DieselFuel Oil
Flujo Combustible: 281 [kg/hr]
0 50 100 150 200 250 300 35 0 400 450 50 0 550 600 650 7000
5000100001500020000250003000035000400004500050000550006000065000700007500080000850009000095000
100000105000110000115000120000125000130000135000140000145000150000155000160000165000170000175000180000185000190000195000200000
m co m b [kg/hr]
Cos
to C
ombu
stib
le x
hor
a [$
/hr]
C osto Ope ra ción se gún pre cio Com bustib le
Costoc om bus tible = 200 [$ /kg]
Costoc om bus tible = 300 [$ /kg]
Costoc om bus tible = 100 [$ /kg]
Costoc om bus tible = 400 [$ /kg]
Costo Operación x hora
$56.200
T° SALIDA ~ 10 [°C] COSTO OPERACIÓN: 60.000 [$/hr]
T° SALIDA ~ 48 [°C] COSTO OPERACIÓN: 56.200 [$/hr]
AHORRO REAL: 3800[$/hr]
TIEMPO OPERACIÓN ANUAL: 5.760 [hr/año]
$ 21.888.000 AHORRO ANUALMENTE
Sistema Alimentación Ideal
Sistema Alimentación Ideal
Recuperación de EnergíaPremisas
1. La temperatura de los gases de escape de las calderas oscilan entre los 170 [°C] y 300 [°C].
2. Generalmente, la eficiencia de la caldera puede ser incrementada en 1% por cada 4,5 [°C] de disminución de la temperatura de los gases.
3. Recuperación de energía desde los gases de escape puede significar una reducción de 5% a 10% del consumo de combustible.
Observación: La mínima temperatura a la cual los gases de escape puede ser enfriada para evitar condensación y corrosión depende del tipo de combustible
GN: 120[°C], GLP: 135[°C], Diesel: 150 [°C], Carbón: 150[°C], Petróleo 5 o 6: 180[°C]
Recuperación de Energía
Instalar un Economizador en una caldera de alta presión (17 bar) con capacidad generativa de 9.500 [kgv/hr].
Consideremos un costo del vapor de 20 [$/kgv]Utilizando petróleo Diesel, la T°min de descarga de los G.E. sería de 150
[ºC], por lo que el margen para el salto térmico es de 75 [ºC], que con un flujo de gases de 7.800 [m3
N/hr], resulta en una potencia aprovechable de alrededor de 700 [MJ/hr], equivalente a 295 [kgv/hr], lo que se traduce en un ahorro monetario de ~5.900 [$/hr].
Valor Neto del sistema: $39.835.000.-
Ahorro ANUAL: $49.056.000.-
Tiempo Recuperación: 6.750 [hr]
Economizadores
Enfriamiento del aire antes del Ventilador
0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 200
1000
2000
3000
4000
5000
6000
7000
8000
9000
10000
11000
12000
0
200
400
600
800
1000
1200
1400
1600
m [kg/s]
Pote
ncia
Ven
tilad
or [W
]
PotenciacPotenciac
PotenciahPotenciah
ΔPo
tenc
ia [
W]
h: Temp Aire 40 [°C]
c: Temp Aire 0 [°C]
5
Teoría• Precalentar el aire de combustión antes de entrar al quemador, es uno de los más potentes medios de mejorar eficiencia y productividad.
Una de las fuentes de energía para precalentar, son los gases de escape, los cuales son liberados a altas temperaturas.
EJEMPLO
Un quemador opera a 1000 [F] por 8000 [hr/año] a un promedio de 10[MMbtu/hr], usando aire a temperatura ambiente. A 5[US$/MMbtu] costo anual de energía
R: Costo Anual: 10 [MMBtu/hr] x 8000[hr/año] x 5[US$/MMbtu]
US$400.000
Según tabla, al usar aire precalentado a 600 [F] 13% ahorro.
US$52.000
200 300 400 500 600 700 800 900 1000 11000.08
0.085
0.09
0.095
0.1
0.105
0.11
0.115
0.12
2000
2100
2200
2300
2400
2500
2600
Tair
Fluj
o Vo
lum
etric
o [m
3 /s]
Gas NaturalGas Natural
Flam
a A
diab
atic
a [K
]
TemperaturaTemperatura
To Gas Natural: 20 [C]20% exceso Aire
Consumo Combustible v/s T° Aire Combustión
Calentar desde 300[K] a 500[K]
Implica un ahorro de 8% de consumo de GN
Minimizar purgas de calderas
Beneficios
- Reduce la pérdida de energía (Tº del agua purgada = Tº del vapor)
- Reduce la cantidad de agua blanda de reposición.
- Reduce los costos de tratamiento químico.
Recuperar Energía de Purgas
• Se puede recuperar Energía utilizando un IC para calentar el agua de reposición o “make up”
• Cualquier caldera con purga continua es buena candidata de estudio para recuperación de calor, pero no se debe descartar una discontinua
• El potencial de ahorro es proporcional a la presión de la caldera.
EJEMPLO
En una planta con costo de combustible de 8[US$/MMBtu], una purga continua de 750 [kg/hr] es mantenida para evitar la concentración de sólidos disueltos (TDS). La caldera de 80% eficiencia produce 15[ton/hr] a 150[psig]. Operación 8.000 [hr/año]
RESPUESTA
i) Tasa de Purga: 900 / (900 + 15.000) 6%
ii) Calor recuperble 1,7 [MMBtu/hr]
iii) Ahorro Anual Energía:
1,7[MMBtu/hr] x 8.000[hr/año] x (15.000[kg/hr]/45.359[kg/hr]) /0,8
iv) Ahorro Anual $$$ 5621,8 [MMBtu/año] x 8 [US$/MMBtu]
5621,8 [MMBtu/año]
44974.5 [US$/año]
Definiciones
- Equipos mecánicos que remueven gases disueltos desde el agua de alimentación.
- Protege los sistemas de vapor de los efectos corrosivos de los gases.
-Esto es realizado reduciendo la concentración de oxígeno y dióxido de carbono a niveles donde la corrosión es minimizada.
- Instalar equipos de monitoreo continuo que midan la cantidad de oxígeno disuelto.
EjemploFlujo Vapor: 10.000 [kg/hr] - Tiempo Operación: 6.000 [hr] - P: 10 [barg]
Costo Sulfito de Sodio: 1 [US/kg]
CASOS: 1- Temperatura Tanque Alimentación: 50 [°C]
2- Temperatura Tanque Alimentación: 95 [°C]
Ahorro Energético:1- Temperatura Tanque Alimentación: 50 [°C]
Energía total producir 1 [kg] vapor: 2.572 [kJ/kg]
2- Temperatura Tanque Alimentación: 95 [°C]
Energía total producir 1 [kg] vapor: 2.383 [kJ/kg]
AHORRO ENERGETICO: 5,7[%]
Ahorro Monetario:
1- Temperatura tanque Alimentación: 50 [°C]
Oxígeno contenido en el agua: 6 ppmCantidad Sulfito de Sodio: 6x8 +4 = 52 ppm
Costo Anual Sulfito: 3.120 [kg/año] x 1[US/kg] 3.120 [US/año]
2- Temperatura tanque Alimentación: 95 [°C]
Oxígeno contenido en el agua: 2 ppmSulfito Anual: 1.200 [kg]Costo Anual: 1.200 [US/año]
AHORRO MONETARIO: 61,5[%]
Válvula de control
Controlador y sensor de temperatura
Inyector de vapor
Rompedor de vacío
Capilar
Inyector de Vapor
Inyector de Vapor
Desgasificador
Desgasificador
PORQUE AISLAR
Cualquier cañería o equipo debe ser aislado para prevenir pérdidas de calor y mejorar la seguridad del personal.
Existen cubiertas aislantes para superficies irregulares como válvulas, flanges, filtros, etc., además de poder incluir barreras contra el sonido.
EJEMPLO
Calcular el ahorro de combustible al aislar con 1’’ de espesor una válvula de compuerta de 6’’. Vapor a 17 [barg] . Combustible gas natural a 4.5 [US$/MMbtu]. Eficiencia caldera 80%.
R: Ahorro Fuel: 5800[btu/hr] x 8760 [hr/año] x (1/0.8) = 63.5 [MMbtu/año]
R: Ahorro Económico: 63.5 [MMbtu/año] x 4.5 [US$/MMbtu]= 286 [US$/año] x cada válvula
LINEA DE RETORNODE CONDENSADO
¿Porqué es importante el condensado?
El CONDENSADO conserva alrededor del 15% al 30% de la energía calórica que fue aportada durante la generación del vapor.
Contenido mínimo de sólidos disueltos, que aprovechado reduce costos de tratamiento del agua de alimentación.
El condensado al despresurizarse libera energía formando vapor flash, el cual puede aportar al sistema una carga energética adicional.
POTENCIAL DE AHORRO
Un rápido ejercicio permite calcular el porcentaje de energía contenida en el condensado.Tº Entrada Caldera = 20 [°C]
Tº Salida Caldera = 165 [°C]
CALOR SENSIBLE = 697,3 [kJ/kg]
CALOR LATENTE = 2.066 [kJ/kg]
ENERGIA = CALOR SENSIBLE + CALOR LATENTE = 2763,3 [kJ/kg]
Ratio = 25.2 [%]Precio = 12 [$/kg] 3 [$/kg Condensado]Flujo = 5.000 [kg/hr]; Retorno 30%
DESPERDICIO: 10.500 [$/hr]
Plan de Eficiencia Energética
¿Ha realizado Auditoria o Diagnostico Energético?
¿Sabe cuanto consume?
¿Qué porcentaje de energía es Térmico y Eléctrico?
¿Tiene un presupuesto para este ítem?
¿Sabe como está con respecto a su competencia?
¿Tiene metas de consumo energético?
¿Ha capacitado a sus empleados?
Alcances Globales
- Evaluar mínima demanda de energía térmica y cuantificar el potencial para reducir el consumo de energía.
- Definir proyectos de ahorro de vapor en los procesos actuales de la planta.
- Examinar factibilidad económica de reducir consumo de agua y disminuir temperaturas de descarga.
- Identificar oportunidades de reducir la compra de energía mediante cogeneración .
Plant Wide Energy Efficiency Assessment
Objetivos:
- Crear diagramas de flujo de los procesos o Flowsheet
- Revisar todos los set point, alterar magnitudes y evaluar resultados (Indicadores de Rendimiento).
- Identificar oportunidades para reutilizar el agua.
- Utilizar los PFD para crear modelos de simulación en operación normal (balances másicos y de energía).
- Definir el mínimo requerimiento de energía térmica necesario para operar el sistema.
AUDITORIA PLANTA DE YODO
Región de Tarapacá
Balances térmicos y Energéticos de la planta de Yodo.
Ambiente de alta seguridad por riesgos químicos.
AHORRO COMBUSTIBLE : 30 [kg/hr] Fuel Oil. 6.314 $/hr]INVERSION: 36 Millones
TIEMPO RECUPERACIÓN: 9 Meses
Otros temas tales como…
• Escape de Motores
• Aire Caliente (hornos, secadores)
• Energía en los RILes
• Calentamiento desde Enfriamiento
• Paneles Solares al Interior
• Recuperación de Frío
Otros temas tales como…
• Escape de Motores
• Aire Caliente (hornos, secadores)
• Energía en los RILes
• Calentamiento desde Enfriamiento
• Paneles Solares al Interior
• Recuperación de Frío
Otros temas tales como…
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• Aire Caliente (hornos, secadores)
• Energía en los RILes
• Calentamiento desde Enfriamiento
• Paneles Solares al Interior
• Recuperación de Frío
Otros temas tales como…
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• Aire Caliente (hornos, secadores)
• Energía en los RILes
• Calentamiento desde Enfriamiento
• Paneles Solares al Interior
• Recuperación de Frío
MuchasMuchasGracias.Gracias.
TERMODINAMICAC o n t r o l d e F l u i d o s