Intercambiadores de calor de vapor y sistemas de rastreo:mejores prácticas para ingenieros de diseño

Intercambiadores de calor de vapor y sistemas de rastreo:mejores prácticas para ingenieros de diseño

Alex Chu, PYME de sistemas de vapor industrial, Swagelok Field Engineering

El diseño de un intercambiador de calor de vapor o un sistema de trazado de calor de vapor adecuado primero requiere una comprensión completa de las características operativas donde funcionará el sistema. El rendimiento inadecuado se atribuye más comúnmente a que un ingeniero de diseño no consideró todas las características del sistema de vapor. Se debe realizar una revisión exhaustiva de los parámetros operativos y la documentación del sistema de vapor. La falta de comprensión del contexto de la aplicación suele dar como resultado un control o una selección inadecuados de los componentes del sistema.

Problemas comunes de diseño y selección de productos

Se deben considerar los fundamentos básicos al diseñar un sistema de vapor industrial para evitar fallas prematuras o bajo rendimiento. Los expertos de Swagelok han revisado numerosas aplicaciones industriales de transferencia de calor en varios lugares e industrias y han encontrado que los problemas más comunes son causados ​​por una selección incorrecta de componentes o prácticas de instalación inadecuadas. Los problemas de ejemplo incluyen:

• Calidad del producto final inaceptable
• Falla prematura de los componentes
• Mal control de temperatura
• Transferencia de calor inadecuada
• Golpe de ariete
• Ensuciamiento del equipo de transferencia de calor
• Violaciones de códigos y normas

Prácticas recomendadas para el diseño de sistemas de vapor

Seguir algunas pautas simples y técnicas de campo comprobadas puede ayudarlo a evitar los problemas comunes asociados con el diseño de un sistema de vapor industrial. Las siguientes mejores prácticas enumeradas a lo largo de este artículo deben revisarse e implementarse en el programa de diseño, mantenimiento y especificación del sistema de vapor de su instalación antes de seleccionar su próximo intercambiador de calor de vapor y componentes de seguimiento.

1. Elimine la acumulación y el arrastre de condensado en el suministro de vapor

Una válvula de control de vapor está diseñada para modular el flujo de vapor entre 0 y 100%. En escenarios de flujo bajo o nulo, el condensado puede acumularse antes de la entrada de la válvula de control. La acumulación de condensado antes de la válvula puede provocar un golpe de ariete. Además, cualquier condensado que pase a través de la válvula de control de vapor puede provocar una falla prematura de la válvula de control.

Puede eliminar la acumulación de condensado de varias maneras. La instalación de una pata de goteo antes de la válvula, la mejora del aislamiento, la clasificación correcta de la línea de vapor o la instalación de un separador de vapor antes de la válvula son solo algunos de los métodos. Estos métodos previenen la condensación en primer lugar o permiten que el condensado se desvíe de la válvula de control para ser evacuado con la ayuda de una trampa de vapor.

2. Siga las pautas de relación de reducción para las válvulas de control

Los componentes de transferencia de calor requieren válvulas de control del tamaño adecuado para un control eficaz de la temperatura del proceso y la vida útil del asiento. Un factor principal en la selección de las válvulas de control es la capacidad de reducción, el rango o el rango de trabajo de la válvula.

Todas las válvulas tendrán una cierta cantidad de flujo incontrolable, particularmente en los rangos extremos de la carrera de la válvula debido a las tolerancias de sellado y la linealidad del flujo.

Las siguientes son algunas pautas de relación de reducción para válvulas de control:

• Control de jaula =relación de reducción de 40:1 proporciona el mayor grado de capacidad de control.
• Válvula de control de globo =relación de reducción de 30:1.
• Válvula reguladora =relación de reducción de 20:1.

Las válvulas de control de tamaño incorrecto pueden provocar un control deficiente de la temperatura del proceso, un desgaste prematuro de los asientos de las válvulas y un ruido excesivo.

3. Instale manómetros antes y después de la válvula de control

Los manómetros proporcionan la información necesaria para comprender las condiciones internas del sistema. Es una buena práctica instalar un manómetro antes y después de una válvula de control y en el tramo de retorno de condensado después de la trampa de vapor. Esto proporciona datos precisos para ayudar a comprender las características de presión del vapor que pasa a través del intercambiador de calor de vapor. Además, todos los manómetros deben instalarse con un sifón de bobina (coleta) para evitar daños por altas temperaturas y válvulas de aislamiento de doble bloque para permitir el mantenimiento.

4. Instalar interruptores de vacío

Cualquier sistema de vapor que pueda aislarse del suministro de vapor y que no esté abierto a la atmósfera debe instalar interruptores de vacío. Esto incluye equipos tales como líneas de vapor, calderas, intercambiadores de calor de placas o de carcasa y tubos. Cuando el vapor se enfríe dentro del equipo, se condensará. Dado que el condensado solo puede ocupar hasta 1/1700 del volumen total de su masa en comparación con la fase gaseosa, se formará un vacío.

Los interruptores de vacío protegen los sistemas de vapor de la implosión cuando un sistema se apaga al evitar que ocurra un vacío. Por lo general, se recomienda que todos los equipos de vapor tengan un venteo de aire y un interruptor de vacío instalados en los puntos designados por el fabricante del equipo.

5. Instale salidas de aire automáticas

Durante las paradas y el mantenimiento, el aire ingresa a los sistemas de vapor. Se debe purgar el aire antes de que el sistema pueda volver a funcionar. La existencia de aire en un sistema intercambiador de calor de vapor tiene varios efectos perjudiciales en la transferencia de calor y, a menudo, es la causa de arranques lentos. El aire en el sistema puede formar capas límite delgadas en las superficies de transferencia de calor, creando un efecto aislante y dificultando la transferencia de calor. Una película de aire de sólo 1/1000 de pulgada de espesor tiene el mismo efecto que 13 pulgadas de cobre o 3 pulgadas de hierro fundido.

No se debe confiar en las trampas de vapor para ventilar el aire, ya que están ubicadas en el punto más bajo del sistema y, en cambio, el aire caliente tiende a quedar atrapado en el punto más alto. Los venteos de aire automáticos son una de las formas más eficientes de eliminar el aire dentro de un sistema de vapor. Una ventilación de aire instalada en el extremo de una tubería principal de vapor, o en el punto más alto de un equipo junto con un interruptor de vacío, se abrirá cuando haya aire presente.

6. Evite la contrapresión dentro del equipo de transferencia de calor

Al diseñar equipos de transferencia de calor para su sistema de vapor, el drenaje de condensado se realiza por gravedad o por presión diferencial. Si es posible, se debe instalar equipo de transferencia de calor para promover el drenaje gravitacional sin elevación vertical antes o después de las trampas de vapor. Esto es crucial en cualquier aplicación que tenga una válvula de control de vapor de modulación. Algunas aplicaciones no permiten el drenaje gravitacional y, en estos casos, se debe tener cuidado para garantizar que no se ejerza una contrapresión indebida en los dispositivos de condensación, como trampas de vapor o válvulas de control. Pueden ocurrir fallas prematuras y problemas de rendimiento debido a una contrapresión imprevista en los dispositivos de drenaje, lo que hace que se acumule condensado en el equipo. Esto dará como resultado golpes de ariete, control de temperatura inadecuado, eficiencia reducida y problemas de corrosión.

7. Evita el vapor sobrecalentado

Las aplicaciones típicas de calefacción con vapor requieren un suministro de vapor saturado de calidad del 100 %. Este nivel de calidad se refiere al vapor que no contiene gotas de condensado arrastradas dentro del vapor. Debe evitarse que el vapor sobrecalentado, o vapor a una temperatura superior a su punto de saturación, entre en el proceso de transferencia de calor. El vapor sobrecalentado contiene menos energía por unidad de volumen que el vapor saturado y puede causar problemas de rendimiento si no se prevé en el diseño original del sistema de vapor. El suministro de vapor sobrecalentado se puede acondicionar instalando un desrecalentador.

8. Válvulas de bola de bloqueo

Las válvulas de bola pueden proporcionar una solución segura, confiable y rentable para el aislamiento hermético de fugas en un sistema de vapor. Las válvulas de bola permiten una rápida identificación del estado de aislamiento a través de la orientación de su manija. Las válvulas de bola de dos pulgadas o menos se pueden comprar con manijas de bloqueo, lo que brinda la mejor práctica de seguridad para un bloqueo o etiquetado. Asegúrese de consultar con su departamento de seguridad e inspección para garantizar el cumplimiento de las normas locales o del sitio con respecto a los procedimientos de bloqueo o etiquetado dentro de su sistema de vapor.

9. Correcta selección y dimensionamiento de trampas de vapor

Hay muchos diseños mecánicos diferentes para trampas de vapor. Diferentes diseños se adaptan a diferentes aplicaciones y algunos son más confiables que otros. Para aplicaciones de intercambiadores de calor de vapor, una trampa de vapor de tipo mecánico será la más adecuada para modular el flujo. Para el trazado calefactor de vapor, se puede seleccionar una variedad de tipos de trampas de vapor según las necesidades de la aplicación.

Otras consideraciones para la selección de trampas de vapor son el tamaño basado en el flujo máximo y mínimo, los requisitos de cebado, ventilación de aire, pruebas funcionales y opciones de montaje. Swagelok recomienda utilizar soportes universales para purgadores de vapor más pequeños para facilitar el mantenimiento y la sustitución.

La capacidad de probar trampas de vapor sin equipo especial es beneficiosa, especialmente en un sistema de retorno de circuito cerrado. Esto se puede lograr instalando un bypass aguas abajo para que una verificación visual de la descarga de condensado se pueda realizar fácil y rápidamente.

10. Instale un filtro para evitar la contaminación externa

La contaminación puede volverse frecuente en una línea de vapor debido a la corrosión y sus subproductos. Los contaminantes pueden alojarse dentro de los internos de las válvulas de control, los asientos de las válvulas de aislamiento y los asientos de las trampas de vapor, lo que provoca fallas prematuras o ensuciamiento de estos componentes. Un colador actuará como un filtro, evitando que cualquier material extraño ingrese al sistema de vapor.

Al instalar el filtro, siempre instale una válvula de purga con dispositivo de bloqueo y ventile la descarga de la válvula a un lugar seguro. Asegúrese de instalar el filtro con la sección de filtrado en posición horizontal para evitar la acumulación de condensado dentro del cuerpo del filtro.

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