Cortesía: Kelly Paffel
Las fugas son inaceptables en el actual sistema industrial de vapor y condensado. De hecho, las fugas de vapor se consideran anormales en las operaciones diarias de la planta. Sin embargo, las fugas de vapor y condensado cuestan a las plantas industriales millones de dólares en pérdidas de energía, al tiempo que aumentan las emisiones, crean riesgos de seguridad y reducen la fiabilidad de las operaciones de la planta.
Uno de los mayores beneficios de la inversión de una planta es la corrección de las fugas de vapor y condensado y el establecimiento de cambios operativos para evitar que se produzcan de nuevo fugas en el sistema. Los cambios que pueden eliminar las fugas deben incluir (pero no se limitan a) lo siguiente:
Las fugas de vapor y condensado son una de las cinco principales oportunidades para reducir la energía y aumentar la fiabilidad y la seguridad en las operaciones de la planta. Las fugas de vapor resultan en la pérdida de energía latente y sensible, mientras que las fugas de condensado son la pérdida de energía sensible. Aunque el personal de la planta debería prestar atención a todas las pérdidas de los servicios públicos, debería prestar aún más atención a los costos y problemas asociados con esas pérdidas relacionadas con el vapor.
Figura 1: Fuga de vapor en una conexión. Cortesía: Kelly Paffel
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Las fugas de vapor y condensado en el sistema pueden contribuir a significant las pérdidas de energía -hasta un 9% del consumo total de energía- en las operaciones de una planta. De hecho, debido al alto costo de estas pérdidas de energía, la corrección de las fugas de vapor y condensado ofrece ganancias muy lucrativas. El mayor benefit de un programa proactivo de corrección de fugas de vapor y condensado es que la mayoría de las fugas pueden ser corregidas sin necesidad de gastar capital.
Causas de la fuga de vapor
Inveno Engineering, LLC ha llevado a cabo cientos de auditorías de sistemas de vapor y ha descubierto que los siguientes elementos son los que más contribuyen a las fugas de vapor y condensado en las plantas.
Conexiones de tubos roscados
La causa principal de las fugas de vapor y condensado es el uso de conexiones de tubos roscados en un sistema de vapor y condensado. Los tubos roscados fueron desarrollados en 1864 y han logrado muy pocas mejoras a lo largo del tiempo. Las roscas son propensas a fallar debido a varios problemas que ocurren en un sistema de vapor/condensado.
Una cuestión es la calidad del hilo de los componentes. Todos los componentes de la rosca deben ser revisados para asegurar que el hilo cumpla con el estándar adecuado. Hay muchos estándares de rosca diferentes y cuando las plantas mezclan estos estándares, afecta negativamente a la instalación y el funcionamiento.
La expansión y contracción de las tuberías de vapor/condensado durante el arranque, el funcionamiento y la parada del sistema también puede causar fugas. La expansión y la contracción pueden superar unos pocos centímetros en algunos casos, lo que supone una mayor exigencia para la conexión roscada.
Figura 2: Fuga de la conexión roscada. Cortesía: Kelly Paffel
La corrosión del oxígeno y del ácido carbónico en el sistema atacará las conexiones roscadas. El resultado del ataque de corrosión será la pérdida del material de la rosca, lo que dará lugar a un punto de fuga.
Los gerentes deben seleccionar cuidadosamente los lubricantes para las superficies roscadas para asegurarse de que son compatibles con los medios del sistema y que pueden funcionar a las temperaturas que se encuentran en el sistema. Los lubricantes para roscas a menudo pueden afectar negativamente a los fluidos del proceso o causar problemas con los componentes del proceso durante la instalación. El uso de diferentes tipos de materiales de lubricación en las conexiones roscadas para evitar fugas tiene un éxito limitado.
Conexiones embridadas
cuando se añadan bridas al sistema de vapor, considere los siguientes tres elementos para su instalación y funcionamiento.
Válvulas estándar
Las válvulas de compuerta y de globo son uno de los estilos de válvula más comunes utilizados en todo el mundo para el control del flujo de los medios del sistema de vapor y condensado. La primera válvula de compuerta fue patentada en 1839, con el último cambio de diseño en la década de 1940. Las compras de válvulas estándar deben basarse en consideraciones operativas en lugar de en el precio.
Figura 3: Fuga de la válvula interna. Cortesía: Kelly Paffel
En los últimos años, la tecnología de las válvulas de bola y mariposa ha mejorado, permitiendo que estas válvulas funcionen a mayores presiones y temperaturas. Las válvulas de bola y mariposa también tienen tasas de fuga estándar que son extremadamente bajas comparadas con otras válvulas y son probadas o documentadas según las diferentes normas de fuga interna.
Fuga interna
La primera y más importante consideración cuando se selecciona una válvula para el servicio de vapor es la tasa de fuga de vapor interna de la válvula. Cualquier válvula en un servicio de aislamiento para vapor y condensado debe ser capaz de proporcionar un cierre hermético en una posición cerrada. La planta necesita un método aprobado y consistente para documentar la tasa de fuga interna.
Empaquetadura de la válvula
Las válvulas de compuerta y de globo estándar que utilizan un método más antiguo de sellado del vástago de accionamiento desde las áreas internas de flujo de vapor/condensado hasta el funcionamiento externo de la válvula (manija o vástago de la válvula) tienen una alta tasa de fuga durante las evaluaciones de fugas de vapor/condensado.
Figura 4: Fuga de la empaquetadura de la válvula. Cortesía: Kelly Paffel
Las válvulas de compuerta y de globo estándar no tienen soporte en ninguna otra posición que no sea la de cierre total, en cuyo caso el asiento rodea el extremo inferior de la válvula. Dado que el globo o la compuerta se apoya en la parte superior por el vástago de la válvula y no se apoya en la parte inferior, la fuerza ejercida por la presión del sistema hace que el globo o la compuerta tengan movimientos distintos de un ascenso y descenso rectos. Estos diferentes tipos de movimientos dañarán la empaquetadura de la válvula. Como la empaquetadura de la válvula está expuesta al vapor o al medio de condensación, resultará en una fuga de la válvula. La ubicación normal de la fuga de vapor o condensado presenta un riesgo de seguridad para el personal porque el flujo se dirige hacia la manija de operación de la válvula.
Figura 5: Sistema de vapor sin fugas. Cortesía: Kelly Paffel
Sin un programa de mantenimiento proactivo, la empaquetadura estándar de las válvulas de aislamiento de vapor fallará y se producirá una fuga de vapor o condensado durante el funcionamiento. Y las fallas de las válvulas de vapor conducirán a pérdidas de energía y problemas de producción.
Golpe de ariete
El golpe de ariete en el sistema de vapor y condensado puede producir fallas en la conexión de las tuberías que resulten en fugas en el sistema.
Solución: El golpe de ariete no debe ocurrir en el sistema de vapor y condensado. Si existe el golpe de ariete, el problema debe ser resuelto.
Erosión
La erosión también puede causar fugas de vapor. El vapor es muy erosivo. El término «wiredraw» se refiere a la capacidad del vapor para cortar metal. El personal de la planta debe ser muy proactivo con las fugas de vapor debido a los riesgos de erosión; a medida que el equipo se erosiona con el tiempo, las fugas de vapor aumentarán, así como el potencial de un problema aún más grave.
Otros asuntos
La fiabilidad general del sistema de vapor se ve afectada por las fugas de vapor y condensado. Se debe prestar atención a la selección de los componentes y materiales adecuados. Los administradores del sistema de vapor deben asegurarse de especificar los componentes apropiados que proporcionen un cierre hermético. Esto se hace seleccionando el estilo apropiado de conexiones, válvulas, estaciones de purga de vapor, etc., y asegurándose de que los materiales están clasificados apropiadamente para la presión y temperatura del sistema dado.
Las fugas de vapor también pueden afectar a la producción. Si no se puede mantener la presión necesaria del sistema porque la presión y la temperatura están directamente relacionadas (vapor saturado), la planta no podrá mantener las temperaturas de proceso requeridas.
Figura 6: Soldadura y bridas para una conexión sin fugas. Cortesía: Kelly Paffel
Si bien las pérdidas de energía, la productividad y la fiabilidad son muy importantes, la seguridad del personal de la planta es la más importante. Las fugas de vapor pueden arder, las condiciones de niebla pueden causar naufragios en las zonas de tráfico, y el vapor de agua que se ventila de trampas de vapor fallidas se puede asentar en superficies para caminar y conducir donde puede congelarse en clima frío.
Prevenir las fugas: 3 soluciones
Las fugas de vapor y condensado son anormales en el funcionamiento actual de los sistemas de vapor y condensado. Las soluciones para prevenir las fugas de vapor y condensado pueden lograrse fácilmente si la planta acepta cambios en el sistema. El uso de los siguientes métodos eliminará las fugas.
Las plantas también deben instituir una norma de fugas internas que establezca que todas las válvulas utilizadas en los sistemas de vapor o condensado deben cumplir con las normas, y deben establecer un análisis de causa raíz para todas las fugas de vapor y condensado.
