Distribución de vapor - Spirax Sarco -

Este documento comprende cálculos, tablas y diagramas a usar en un sistema de vapor. Para dominar la distribución de vapor en una industria se sugiere estudiar este documento de la Spirax Sarco.

Dimensionamiento del sistema de vapor en planta de fosfatados parte 1

 

 

 

Una planta de fosfatados utiliza 25,000 libras de vapor por hora para su operación. Se mantiene en servicio por 6,460 horas al año. Esto equivale a 9 meses de operación ininterrumpida, es decir, 24 horas al día, 7 días a la semana (269 días de operación continua).

La caldera tiene una capacidad de 1,000 BHP y genera vapor a una presión de 125 psi absoluto, saturado.

El combustible que se utiliza para operarla es búnker con un costo por galón de US$ 3.00. Posee una eficiencia de caldera del 78%. Los gases de chimenea contienen 8% de oxígeno a 500°F. El resto de la energía que no se aprovecha de la combustión es perdida a través de la purga y radiación y convección. La pérdida por purga es el 80% de la pérdida por radiación y convección. Adicional a esto, se utilizan US$.30,000.00 por cada año de operación por concepto de tratamiento químico del agua para la caldera.

La distribución de la demanda de vapor en el sistema es la siguiente:

10% se utiliza para dilución y lavado.

10% se utiliza en un secado con dos entradas de vapor a 80 psia absoluto, la descarga es de 30 psia

50% es utilizado por 3 intercambiadores de calor, ingresando a 100 psig y la descarga, tras las trampas de vapor, es de 30 psia

El 30% del vapor restante se utiliza en intercambio de calor a través de marmitas a 40 psig, la descarga es de 25 psig.

Ubicación del equipo:

La caldera está localizada en un primer nivel, hacia el lado derecho se encuentra un manifold de distribución de vapor que envía el vapor a las diferentes secciones.

Los intercambiadores de calor se encuentran siempre del lado derecho, pero en un segundo nivel a 3 metros hacia arriba. En el segundo nivel, un intercambiador está a 30 metros de distancia con respecto al manifold, los otros dos restantes se encuentran a 15 metros de distancia.

Los equipos de dilución se encuentran en un tercer nivel a 25 metros, del lado derecho de la caldera.

Las marmitas se encuentran en el primer nivel a 28 metros de la caldera. Éstas están, a su vez, del lado derecho de la caldera.

El secador se encuentra a 15 metros de las marmitas hacia el lado derecho.

Se ha calculado que el 8% del vapor se pierde por radiación hacía el exterior de las líneas de vapor.

Con los datos obtenidos de la caldera y el proceso en general se obtiene información suficiente para calcular lo siguiente:

  1. El costo de 1,000 libras de vapor
  2. Un balance de materia y energía para la caldera
  3. Un balance completo de todo el sistema de vapor:

Vapor flasheado. Pérdidas. Vapor por línea. Manifolds. Sistema de retorno de condensados para todos los equipos y central. Agua fresca hacia la caldera. Requerimiento térmico y de vapor de los equipos.

Con el propósito de analizar de una mejor forma el sistema se realiza un diagrama del proceso y así poder ver de una manera más clara las longitudes de la tubería para poder determinar su diámetro en las diferentes líneas de distribución de vapor.

Datos del problema

  • Capacidad de la caldera: 1,000 Bhp
  • Flujo de vapor a la salida de la caldera: 25,000 lb/hr
  • Salida de vapor: 125 psia, Saturado
  • Combustible: Bunker a US$ 3.00/gal
  • ηcaldera= 78%
  • Gasto en tratamiento químico: US$ 30,000/anuales
  • Gases poseen: 8% de oxígeno a 500°F
  • Perdida por purga: 80% de la pérdida por radiación y convección

Usos del vapor

  • Uso de vapor en dilución y lavado: 10% del vapor
  • Uso de vapor en secador con dos entradas de vapor a 80 psia: 10% del vapor, descarga a 30 psia
  • Uso de vapor en 3 intercambiadores de calor a 100 psig: 50% del vapor, descarga a 70 psig
  • Uso de vapor en intercambiador de calor en marmitas a 40 psig: 30% del vapor, descarga a 25 psig

Solución:

Diseño de sistema de retorno de condensado:

El sistema generador de vapor cuenta con cuatro procesos que utilizan el vapor. Para el proceso de dilución y lavado no se utilizara tanque de retorno de condensado, debido a que se utiliza el vapor de forma directa, para el resto de procesos si se utilizará tanque de retorno de condensados para un total de 3.

Por último, se utilizará un tanque de retorno de condensados que reunirá el contenido de los tres tanques mencionados con anterioridad y el agua de reposición. Este tanque estará a la presión del tanque de retorno de condensado de proceso con la presión más alta.

 


 

Para la obtención de vapor flasheado se utilizó la siguiente tabla:

Tabla.No.1: tabla de obtención del porcentaje de gas flasheado.