Cómo Balancear Un Calentador/Horno De Tiro Forzado/De Tiro Inducido (FD/ID)
La operación exitosa de un sistema FD/ID comienza con las especificaciones de diseño del calentador/horno y del quemador. Uno de los principales objetivos de este tipo de unidad debe ser el flujo de aire uniforme a todos los quemadores del sistema. Esto requiere que los fabricantes de quemadores y del calentador/horno trabajen juntos para comprender el sistema y cómo debe funcionar.
El principal problema con los ductos de aire comunes es la gran variación en el flujo de aire a lo largo de su longitud. Al comienzo del ducto, el flujo y la velocidad del aire están en su punto máximo, pero a medida que los quemadores “consumen” aire a lo largo de la longitud del ducto, el flujo del ducto principal disminuye hasta que llega a cero al final. Con la variación en el flujo de aire, hay variaciones en las velocidades del aire, que causan cambios en las presiones dinámicas y, en última instancia, en las presiones estáticas. En el punto donde la velocidad se vuelve cero, típicamente al final del ducto, la presión estática es la más alta. Esta presión se llama presión de estancamiento.
Esta variación en las presiones estáticas a lo largo de un ducto es la razón de la mala distribución del flujo a través de los quemadores. Una forma de reducir las variaciones es reducir el ducto de aire para que la velocidad del aire permanezca constante. Otro elemento clave para garantizar un flujo de aire uniforme es la caída de presión de aire en los quemadores. Si los quemadores usan suficiente pérdida de presión, las variaciones en las presiones dinámicas y estáticas dentro del ducto de aire son mucho menos importantes y tienen menos impacto en el flujo de aire del quemador. Esto ayuda a distribuir el aire de manera uniforme. Para los quemadores de proceso, un buen diseño de caída de presión es de 1.5 a 2.0 pulgadas de columna de agua. El objetivo debe ser mantener al menos 1.0 pulgada de presión positiva en el ducto aguas arriba de los quemadores.
Dado que los ductos de aire no siempre pueden ser lo suficientemente cónicos, el diseño debe incluir amortiguadores de “balanceo” en todos los ductos principales que suministran aire a los quemadores. Todos los corredores principales deben estar equipados con tomas de presión para la instalación de manómetros para tiro. Los quemadores también deben tener tomas de presión para la medición de tiro.
El uso de modelos de CFD (Dinámica de Fluidos Computacional) o un modelo de flujo en frío es esencial para diseñar el sistema correctamente. El modelo puede mostrar los errores en el diseño y cómo corregir estas deficiencias.
Efecto en las Operaciones
Un calentador/horno de tiro balanceado que tiene un flujo de aire no uniforme hacia los quemadores puede crear problemas como:
- Peligro de explosión por combustión incompleta.
- Pobres patrones de flama/llama
- Flama incidiendo en los tubos.
- Inestabilidad en la flama/llama.
- Altas temperaturas en la sección de convección.
- Monóxido de carbono e hidrocarburos no quemados en la Chimenea.
Acciones Correctivas/Preventivas
Una vez que los quemadores se hayan instalado y el sistema esté listo para la puesta en marcha, el balanceo inicial debe realizarse con aire frío sin que los quemadores estén en servicio. El ventilador de tiro forzado debe estar funcionando a una velocidad comparable a la de servicio normal del calentador/horno, si es posible. El ventilador de tiro inducido debe By-pasarse con el aire saliendo por la chimenea como un calentador/horno de tiro natural. Todas las compuertas de aire de los quemadores deben estar completamente abiertas en ese momento.
Usando las compuertas de balanceo en los ductos principales, el primer paso es lograr una presión uniforme en todos los corredores. El objetivo es lograr lecturas de presión de aire, utilizando un medidor de presión diferencial Magnehelic, que se encuentre dentro de ± 5%.
La sonda utilizada para obtener los datos debe ser un tubo de Pitot con la presión estática conectada al lado de alta presión del medidor. El medidor debe tener un rango de presión correspondiente a la caída o pérdida de presión del quemador. Normalmente, para un quemador de proceso es suficiente un medidor que tenga un rango de 0 a 5 pulgadas de columna de agua.
Una vez que se han logrado presiones de aire uniformes en los ductos principales, se pueden ajustar los quemadores individualmente. El objetivo de nuevo es lograr lecturas de presión estática que son + / – 5%. Esto requiere comenzar midiendo la presión del aire en las cámaras de los quemadores, con las compuertas del quemador completamente abiertas y registrando sus datos. En general, tendrá que ajustar los quemadores cerca del extremo del ducto del corredor. Esto fuerza más aire corriente arriba a los quemadores más cerca del conducto principal.
Una vez que se realiza este balanceo inicial y se documentan las posiciones de la compuerta, el calentador/horno está listo para el arranque. Después de que el calentador/horno esté a tasas normales y las temperaturas del aire de combustión, pueden ser necesarios ajustes adicionales para mejorar las flamas/llamas.
Se debe tener precaución al ajustar los quemadores con aire de combustión precalentado, con el calentador/horno en servicio. Las tomas de presión de aire provistos en las cámaras de los quemadores estarán bajo presión positiva. Esto significa que el aire caliente será expulsado cuando se retire la tapa.
Finalmente, recuerde siempre hacer ajustes en una progresión lenta y constante. Si realiza demasiados movimientos al mismo tiempo, el calentador/horno podría entrar en un estado de operación inestable o no constante. Después de realizar un ajuste, siempre espere de 10 a 15 minutos para que el sistema tenga tiempo de “alinearse” con las nuevas condiciones.
Resolución de problemas efectiva y segura.
Con frecuencia, el operador del calentador/horno debe estar capacitado para utilizar su conocimiento del equipo y la unidad de proceso para realizar ajustes que hacen que las operaciones vuelvan a la capacidad requerida deseada por la gerencia de la planta.
Es esencial que la solución de problemas se realice de manera sistemática y bien organizada. La solución de problemas efectiva y segura implica cuatro pasos básicos:
- Reconocer el problema.
- Observar las indicaciones del problema.
- Identificar soluciones para el problema.
- Tomar acciones correctivas.
Cuando se observa un problema, es necesario evaluar su posible efecto en el proceso o producto que se produce. Algunas soluciones pueden requerir que el calentador/horno se apague para resolver el problema.
Una vez que se ha determinado la causa, se deben seguir los procedimientos estándar para resolver el problema. Todo el personal involucrado debe conocer el problema, las acciones correctivas planificadas, las formas en que se aborda la seguridad, los resultados esperados y la acción adecuada que debe tomarse en caso de que el problema empeore o no se resuelva.
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