Trocadores de calor a vapor e sistemas de rastreamento:práticas recomendadas para engenheiros de projeto

Trocadores de calor a vapor e sistemas de rastreamento:práticas recomendadas para engenheiros de projeto

Alex Chu, SME de Sistemas de Vapor Industrial, Engenharia de Campo Swagelok

Projetar um trocador de calor a vapor adequado ou um sistema de rastreamento de calor a vapor primeiro requer uma compreensão completa das características operacionais onde o sistema funcionará. O desempenho inadequado é mais comumente atribuído à falha de um engenheiro de projeto em considerar todas as características do sistema de vapor. Deve ser realizada uma revisão completa dos parâmetros operacionais e da documentação do sistema de vapor. Deixar de entender o contexto do aplicativo geralmente resulta em controle ou seleção inadequada de componentes do sistema.

Problemas comuns de design e seleção de produtos

Os fundamentos básicos devem ser considerados ao projetar um sistema de vapor industrial para evitar falhas prematuras ou desempenho insuficiente. Os especialistas da Swagelok revisaram inúmeras aplicações industriais de transferência de calor em vários locais e indústrias e descobriram que os problemas mais comuns são causados ​​pela seleção incorreta de componentes ou práticas de instalação inadequadas. Exemplos de problemas incluem:

• Qualidade inaceitável do produto final
• Falha prematura de componentes
• Má controle de temperatura
• Transferência de calor inadequada
• martelo d'água
• Incrustação do equipamento de transferência de calor
• Violações de código e padrão

Práticas recomendadas para projeto de sistemas Steam

Seguir algumas diretrizes simples e técnicas de campo comprovadas pode ajudá-lo a evitar os problemas comuns associados ao projeto de um sistema de vapor industrial. As práticas recomendadas a seguir listadas neste artigo devem ser revisadas e implementadas no programa de projeto, manutenção e especificação do sistema de vapor de sua instalação antes de selecionar seu próximo trocador de calor a vapor e componentes de rastreamento.

1. Elimine o acúmulo e o transporte de condensado no fornecimento de vapor

Uma válvula de controle de vapor é projetada para modular o fluxo de vapor entre 0 e 100%. Em cenários de baixo ou nenhum fluxo, o condensado pode se acumular antes da entrada da válvula de controle. O acúmulo de condensado antes da válvula pode causar um golpe de aríete. Além disso, qualquer condensado que passe pela válvula de controle de vapor pode causar falha prematura da válvula de controle.

Você pode eliminar o acúmulo de condensado de várias maneiras. A instalação de uma perna de gotejamento antes da válvula, a melhoria do isolamento, a classificação correta da linha de vapor ou a instalação de um separador de vapor antes da válvula são apenas alguns dos métodos. Esses métodos evitam a condensação em primeiro lugar ou permitem que o condensado seja desviado da válvula de controle para ser evacuado com a ajuda de um purgador de vapor.

2. Siga as diretrizes de relação de abertura para válvulas de controle

Os componentes de transferência de calor requerem válvulas de controle de tamanho adequado para controle eficaz da temperatura do processo e vida útil da sede. Um fator primário na seleção de válvulas de controle é a capacidade de abertura, rangeabilidade ou faixa de trabalho da válvula.

Todas as válvulas terão uma certa quantidade de fluxo incontrolável, particularmente nas faixas extremas do curso da válvula devido às tolerâncias de vedação e linearidade do fluxo.

A seguir estão algumas diretrizes de relação de turndown para válvulas de controle:

• Controle de gaiola =taxa de abertura de 40:1 fornece o mais alto grau de controlabilidade.
• Válvula de controle globo =relação de abertura de 30:1.
• Válvula reguladora =relação de abertura de 20:1.

Válvulas de controle de tamanho incorreto podem levar a um controle inadequado da temperatura do processo, desgaste prematuro das sedes das válvulas e ruído excessivo.

3. Instale manômetros antes e depois da válvula de controle

Os manômetros fornecem as informações necessárias para entender as condições dentro do sistema. É uma boa prática instalar um manômetro antes e depois de uma válvula de controle e na perna de retorno de condensado após o purgador. Isso fornece dados precisos para ajudar a entender as características de pressão do vapor que passa pelo trocador de calor a vapor. Além disso, todos os manômetros devem ser instalados com um sifão de bobina (pigtail) para evitar danos por alta temperatura e válvulas de isolamento de bloqueio duplo para permitir a manutenção.

4. Instale disjuntores de vácuo

Qualquer sistema de vapor que possa ser isolado do fornecimento de vapor e não esteja aberto à atmosfera deve instalar disjuntores de vácuo. Isso inclui equipamentos como linhas de vapor, chaleiras, trocadores de calor de placas ou casco e tubos. Quando o vapor esfria dentro do equipamento, ele condensa. Como o condensado só pode ocupar até 1/1700 do volume total de sua massa comparado quando em fase gasosa, um vácuo será formado.

Os disjuntores a vácuo protegem os sistemas de vapor da implosão quando um sistema é desligado, evitando a ocorrência de vácuo. Geralmente, é recomendado que todos os equipamentos de vapor tenham um respiradouro de ar e um disjuntor a vácuo instalados em pontos designados pelo fabricante do equipamento.

5. Instale saídas de ar automáticas

Durante as paradas e manutenções, o ar entra nos sistemas de vapor. O ar deve ser purgado antes que o sistema possa retornar ao serviço. A existência de ar em um sistema de trocador de calor a vapor tem vários efeitos prejudiciais na transferência de calor e muitas vezes é a causa de partidas lentas. O ar no sistema pode formar finas camadas limite nas superfícies de transferência de calor, criando um efeito isolante e dificultando a transferência de calor. Um filme de ar de apenas 1/1000 de polegada de espessura tem o mesmo efeito que 13 polegadas de cobre ou 3 polegadas de ferro fundido.

Os purgadores de vapor não devem ser usados ​​para ventilar o ar, pois estão localizados no ponto mais baixo do sistema e o ar quente tende a ficar preso no ponto mais alto. As saídas de ar automáticas são uma das maneiras mais eficientes de remover o ar dentro de um sistema de vapor. Uma saída de ar instalada na extremidade de uma tubulação de vapor, ou no ponto mais alto de um equipamento em conjunto com um disjuntor a vácuo, abrirá quando houver ar.

6. Evite a contrapressão dentro do equipamento de transferência de calor

Ao projetar equipamentos de transferência de calor para seu sistema de vapor, a drenagem do condensado é realizada por gravidade ou por um diferencial de pressão. Se possível, o equipamento de transferência de calor deve ser instalado para promover a drenagem gravitacional sem elevação vertical antes ou depois dos purgadores de vapor. Isso é crucial em qualquer aplicação que tenha uma válvula de controle de vapor modulante. Algumas aplicações não permitem drenagem gravitacional e, nesses casos, deve-se tomar cuidado para garantir que nenhuma contrapressão indevida seja colocada em dispositivos de condensado, como purgadores de vapor ou válvulas de controle. Falhas prematuras e problemas de desempenho podem ocorrer devido à contrapressão inesperada nos dispositivos de drenagem, o que faz com que o condensado se acumule no equipamento. Isso resultará em golpe de aríete, controle de temperatura inadequado, eficiência reduzida e problemas de corrosão.

7. Evite vapor superaquecido

As aplicações típicas de aquecimento a vapor requerem 100% de fornecimento de vapor saturado de qualidade. Este nível de qualidade refere-se ao vapor que não contém gotículas de condensado dentro do vapor. Vapor superaquecido, ou vapor a uma temperatura mais alta que seu ponto de saturação, deve ser impedido de entrar no processo de transferência de calor. O vapor superaquecido contém menos energia por unidade de volume do que o vapor saturado e pode causar problemas de desempenho se não for previsto no projeto original do sistema de vapor. O fornecimento de vapor superaquecido pode ser condicionado pela instalação de um dessuperaquecedor.

8. Válvulas de esfera de bloqueio

As válvulas de esfera podem fornecer uma solução segura, confiável e econômica para isolamento à prova de vazamentos em um sistema de vapor. As válvulas de esfera permitem a identificação rápida do estado de isolamento através da orientação do manípulo. Válvulas de esfera de duas polegadas ou menores podem ser adquiridas com alças de travamento, proporcionando a melhor prática de segurança para um travamento ou etiquetagem. Certifique-se de verificar com seu departamento de segurança e inspeção para garantir a conformidade com quaisquer regulamentos locais ou locais relativos a procedimentos de bloqueio ou etiquetagem em seu sistema de vapor.

9. Seleção e dimensionamento corretos dos purgadores de vapor

Existem muitos projetos mecânicos diferentes para purgadores de vapor. Diferentes designs atendem a diferentes aplicações e alguns são mais confiáveis ​​do que outros. Para aplicações de trocador de calor a vapor, um purgador de vapor do tipo mecânico será mais adequado para modular o fluxo. Para rastreamento de calor de vapor, uma variedade de tipos de purgadores de vapor podem ser selecionados dependendo das necessidades da aplicação.

Outras considerações para a seleção do purgador de vapor são o dimensionamento com base no fluxo máximo e mínimo, requisitos para escorva, ventilação de ar, testes funcionais e opções de montagem. A Swagelok recomenda o uso de suportes universais para purgadores de vapor menores para facilitar a manutenção e substituição.

A capacidade de testar purgadores de vapor sem equipamento especial é benéfica, especialmente em um sistema de retorno de circuito fechado. Isso pode ser feito com a instalação de um desvio a jusante para que uma verificação visual da descarga de condensado possa ser realizada de maneira fácil e rápida.

10. Instale um filtro para evitar contaminação externa

A contaminação pode se tornar predominante em uma linha de vapor devido à corrosão e seus subprodutos. Os contaminantes podem se alojar nas guarnições das válvulas de controle, nas sedes das válvulas de isolamento e nas sedes dos purgadores de vapor, causando falha prematura ou incrustação desses componentes. Um filtro atuará como um filtro, evitando que materiais estranhos entrem no sistema de vapor.

Ao instalar o filtro, sempre instale uma válvula de purga com recurso de bloqueio e ventile a descarga da válvula para um local seguro. Certifique-se de instalar o filtro com a seção de filtro na posição horizontal para evitar o acúmulo de condensado dentro do corpo do filtro.

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