Quemadores de Pared Radiante / Patrones de Flama
El uso más común de los quemadores de pared radiante es para calentadores/hornos en Plantas de Etileno. Estos quemadores son solo para premezcla de gas y normalmente se encienden en posición horizontal. El nombre “Pared Radiante” proviene de la configuración del calentador/horno. Habría docenas, o incluso cientos, de quemadores montados en la pared del calentador. La idea es que toda la pared del calentador se caliente uniformemente e “irradiaría” calor a los tubos de proceso en el centro del calentador/horno. Esto se logra debido a la cantidad de quemadores y la forma de la flama/llama. Estos quemadores tienen una forma de flama/llama radial que “abraza” la pared y es muy eficiente para transferir el calor de la reacción de combustión a la superficie caliente de la pared del calentador/horno.
Efecto en las Operaciones
Los dos problemas más comunes con los quemadores de pared radiante son el Retroceso de flama/llama o “Flashback” y el Despegue de flama/llama o “Lift-Off”.
El Retroceso de flama/llama (flashback) es una condición donde la flama/llama está ardiendo dentro de la boquilla de gas o mezclador del quemador. Operar en esta condición puede arruinar el quemador y reducir el calor que se suministra al proceso.
El Despegue de flama/llama (Lift-Off) ocurre cuando la flama/llama se separa de la boquilla de gas. Esto puede causar inestabilidad en la flama/llama y un posible impacto en los tubos de proceso. Una vez que la flama/llama se ha despegado de la boquilla del gas, normalmente hay una pulsación cuando intenta volver a unirla a la boquilla del gas. Esto causa un ruido de “resoplido” y puede hacer que la flama/llama se apague.
Acciones Correctivas / Preventivas
El retroceso de flama/llama se debe generalmente a la cantidad de hidrógeno en el combustible. Cuando la concentración de hidrógeno aumenta por encima del 30%, por volumen, es muy posible que se produzca un retroceso de flama/llama. La razón por la que el hidrógeno presenta un problema se debe a la velocidad de la flama/llama. El hidrógeno se quema más rápidamente que cualquier otro combustible. Cuando la velocidad de la mezcla de aire / combustible en el Venturi es demasiado baja, la flama/llama puede retroceder. El flashback generalmente producirá un ruido muy fuerte, como un disparo de rifle, cuando ocurre.
Se pueden utilizar varios ajustes de diseño y operativos para superar un Retroceso de Flama/Llama:
- La boquilla para gas puede diseñarse con un área de flujo reducido para aumentar la velocidad de salida. Esto puede disminuir la capacidad del quemador cuando se utiliza gas natural.
- Los orificios en la boquilla se pueden reducir de tamaño para aumentar la presión de combustible requerida. Esto aumenta la cantidad de aire arrastrado en el Venturi, lo que resulta en mayores velocidades de salida en la boquilla del gas.
- Aunque el retroceso de flama/llama va en función de la velocidad de la flama/llama y la velocidad de la mezcla, en algunos casos simplemente reducir la cantidad de aire primario resolverá el problema. Al reducir el contenido de aire en la mezcla, hay menos oxígeno para promover el retroceso de flama/llama. Como el flashback solo puede ocurrir en los quemadores de premezcla, reducir el aire primario desplaza al quemador más al tipo de quemador de “flama/llama de difusión”.
- Otra solución fácil podría ser poner algunos quemadores fuera de servicio si el calentador/horno está funcionando a baja capacidad. Esto aumentará la presión de combustible en los quemadores en funcionamiento y arrastrará más aire.
El Despegue de flama/llama (Lift-Off) también se puede abordar con ajustes de diseño y operativos:
- La causa más frecuente del despegue de la flama/llama es la posición de la boquilla de gas con respecto al crisol/mufla del quemador. El dibujo del quemador mostrará la dimensión requerida para ubicar la boquilla de gas. Esto se anotará como una dimensión desde la cara del crisol/mufla hasta la parte posterior de las ranuras o, en algunos casos, hasta el final de la boquilla de gas. Esta dimensión es crítica para el funcionamiento correcto del quemador.
- El aire primario puede tener un impacto significativo en la estabilidad de la flama/llama. Demasiado aire primario puede apagar la flama/llama de la boquilla de gas. Esto sucede con frecuencia en la puesta en marcha en un calentador/horno frio. Durante el apagado, puede que sea necesario cerrar el aire primario y abrir el aire secundario para establecer la flama/llama y calentar el crisol/mufla. Una superficie de crisol/mufla caliente es el factor clave para mantener la flama/llama unida a la boquilla del gas y en la pared.
- El gas natural puede ser un desafío para muchos tipos de quemadores, incluidos los diseños de paredes radiantes de premezcla. Aunque el gas natural se quema limpiamente, tiene una temperatura de ignición relativamente alta y la estructura molecular resiste la disociación. En algunos casos, la adición de un anillo de estabilidad colocado en la boquilla del gas ayudará a estabilizar la flama/llama cuando se quema gas natural.
- La suciedad de las boquillas de gas, obstrucciones en orificios y mezcladores es un problema muy común en las instalaciones de Plantas de Etileno. La mayor parte del taponamiento se debe a la presencia de “aceite verde” en el gas combustible. Este aceite proviene de los compresores de gas que forman parte del sistema de combustible. Un programa de mantenimiento regular ayudará a mantener los quemadores limpios y funcionando correctamente.
Effective and Safe Troubleshooting.
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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