Geração de energia

Colocados ao longo de linhas de vapor superaquecidas, os acumuladores de gotejamento de condensado (ou purgadores) coletam partículas de umidade e drenam o condensado acumulado. Empregado como uma medida preventiva contra a indução da água da turbina, os acumuladores de gotejamento podem ser colocados ao longo das principais linhas de vapor, reaquecimento a quente e a frio e linhas de extração de vapor. Quando um interruptor de nível detecta o nível superior em um acumulador de gotejamento, ele abre uma válvula de descarga para remover o condensado acumulado. Desafio Se partículas de umidade escaparem aos sistemas de coleta de condensado e entrarem nas turbinas, poderão ocorrer danos significativos. Os controles de nível usados nos acumuladores de gotejamento de condensado devem lidar com as altas temperaturas e pressões associadas a esses dispositivos.

Aquecedores de água de alimentação usam vapor de extração da turbina para elevar a temperatura da água destinada à caldeira. A água passa primeiro pelos aquecedores de baixa pressão e pelo deaerator, onde o excesso de oxigênio é removido. A água de alimentação passa então para os aquecedores de alta pressão, onde é aquecida e pressurizada. Dois circuitos de controle de nível separados devem gerenciar cada aquecedor de água de alimentação de acordo com os padrões ASME. Desafio O nível do aquecedor de água de alimentação é controlado para (1) evitar que o nível suba para a linha de extração; (2) manter as superfícies dos tubos na zona de condensação imersa; e (3) mantenha o resfriador de dreno inundado. A instrumentação de nível deve suportar temperaturas e pressões moderadas a altas e condições turbulentas.

Quando o nível do poço quente do condensador atinge o ponto alto, uma válvula de descarga abre para drenar o excesso de condensado do poço quente para um tanque de armazenamento de condensado. Quando a perda de condensado do ciclo da turbina é refletida em um nível baixo no poço quente, uma válvula de compensação abre no tanque de armazenamento para fornecer água de reposição para o poço quente do condensador. Desafio O funcionamento adequado do controle de nível de líquido no tanque de armazenamento de condensado garante o fornecimento adequado de água de reposição.

A amônia vaporizada é usada em sistemas de redução catalítica e não-catalítica para controle de emissões. A amônia é injetada na corrente de gás de combustão e atua como agente redutor. Ele também é usado para aumentar a eficiência do precipitador no controle de partículas. A amônia pura é armazenada em um vaso de pressão classificado para 250 a 300 psig. Amônia aquosa (70 a 80% de água) é armazenada em um tanque com capacidade de 25 a 30 psig. Os requisitos de armazenamento para amônia aquosa são três a quatro vezes maiores do que a da amônia pura. Desafio A liberação atmosférica acidental de vapor de amônia puro pode ser perigosa, portanto medidas de segurança e ambientais podem ser necessárias, afetando o controle de nível selecionado.

Ignitores alimentados por combustível iniciam a chama da caldeira em usinas movidas a carvão usando gás natural ou óleos combustíveis atomizados, como grau leve # 2 ou grau pesado # 6. Gás natural e propano também podem ser usados. Nas usinas de ciclo combinado, as turbinas a gás costumam usar gás natural e óleos combustíveis líquidos como combustível de ignição. As grandes turbinas a gás são projetadas para operar alternadamente ou simultaneamente com combustíveis líquidos e a gás. Em usinas de combustível duplo, um Tanque de Partida Falsa manterá temporariamente o óleo diesel após uma tentativa frustrada de disparar a turbina. Desafio Os óleos crus com pontos de inflamação menores representam um risco maior de incêndio e exigem sistemas de proteção contra incêndio mais extensos. Interruptores e transmissores devem ter certificação de segurança.

As torres de resfriamento de sistema aberto rejeitam o calor residual do ciclo de vapor expondo a água de resfriamento diretamente à atmosfera. A maior parte do calor removido é devida à evaporação e a água resfriada remanescente cai em uma bacia de coleta. Aplicações de controle de nível incluem um interruptor de alto nível para evitar condições de transbordamento na bacia da torre de resfriamento. Em um sistema de resfriamento de passagem única, a estrutura de entrada de água é geralmente uma bomba de poço úmido vertical que requer alta e baixa detecção de nível e possível controle da bomba. Desafio Os níveis de alimentação da água e da bacia da torre de resfriamento exigem detecção e controle de nível. Em climas frios, um interruptor de nível pode trabalhar em conjunto com um aquecedor de resistência para proteger a água parada na bacia da torre de resfriamento contra o congelamento.

As torres de destilação de larga escala usam um sistema de refluxo para alcançar uma separação de produto mais completa. O refluxo é a porção do produto líquido suspenso condensado de uma torre que é reciclado de volta para o topo da torre, onde flui para baixo para fornecer resfriamento e condensação dos vapores ascendentes. Desafio O tambor de refluxo, ou acumulador, serve como um ponto de distribuição para refluxo e destilado. O líquido condensado deixa o tambor de refluxo sob controle de nível. O controle de nível de tambor é crítico para garantir que a quantidade adequada de refluxo retornará à torre de destilação. A baixa indicação do nível de líquido pode causar problemas operacionais dispendiosos e degradação do produto.

O vapor entra no condensador onde resfria e condensa na água antes de ser enviado para o aquecedor de água de alimentação de baixa pressão. O hotwell do condensador serve como um reservatório de água para o ciclo da turbina. Quando o nível do poço quente atinge o ponto baixo, uma válvula abre para fornecer água de reposição ao ciclo. Quando o nível do poço quente atinge a extremidade mais alta da faixa de nível, uma válvula de descarga abre para mover o condensado do poço quente para um tanque de armazenamento de condensado. Desafio Perda de água no ciclo da turbina devido a vazamento, ventilação com vapor ou outro uso esgota a água de reposição. O controle de nível no hotwell garante que a água de reposição adequada seja fornecida ao ciclo ou desviada para o armazenamento.

O desareador é um aquecedor de água aberto que remove os gases não condensáveis ??da água de alimentação. Além do poço quente do condensador, o tanque de armazenamento do desareador é o reservatório remanescente no ciclo da turbina. Posicionado abaixo do deaerator e antes das bombas de alimentação da caldeira, o tanque de armazenamento do deaerator serve como um tanque de surto para a água de alimentação da caldeira. O nível do tanque é geralmente controlado por uma válvula de controle na linha de fornecimento de condensado para o desareador. Desafio As flutuações de pressão são extensas no tanque de armazenamento do desareador e resultam em piscar. Os controles de nível devem lidar com as temperaturas e pressões flutuantes do tanque.

Gerador de vapor de recuperação de calor (HRSG) de gases rachados para geração adicional de vapor e energia. Desafios Melhorando a eficiência da taxa de calor através do controle de nível do aquecedor de água de alimentação Sistema de recuperação de vapor e condensado de utilidades Otimização do tratamento de água de maquiagem, gerenciamento de energia, ciclo de geração de vapor, condensado e recuperação de calor residual

A torre de resfriamento hiperbólica que libera nuvens de vapor de água é a imagem icônica da energia nuclear. A água quente do condensador é bombeada para a torre de resfriamento natural, distribuída para remover calor residual para a atmosfera ambiente por evaporação e coletada em uma bacia antes de ser reciclada de volta ao condensador. Desafio A estrutura de admissão da torre de resfriamento, normalmente uma fossa úmida vertical, requer detecção de nível e controle da bomba. Os controles de nível de bacia hidrográfica mantêm o nível através da adição de água de reposição e são frequentemente configurados com alarmes de nível alto e baixo.

Localizado no trem de pré-aquecimento da coluna de destilação, um sistema de tambor de pré-flash separa os vapores gerados pelo pré-aquecimento antes de entrar no aquecedor ou na coluna principal. Isso evita disparos mais altos de aquecedores ou quedas de pressão e reduz a carga de vapor da coluna para evitar inundações. Desafio Os tambores de pré-flash criam uma espuma moderada que pode afetar a precisão da medição dos níveis de líquido e diminuir a produção de destilados na coluna atmosférica. Um nível muito baixo de um cilindro pré-flash causará a cavitação da bomba do petróleo bruto. Um nível muito alto fará com que o líquido seja transportado para a coluna de destilação.

Reboilers, ou vaporizadores, são trocadores de calor que fornecem calor para o fundo de uma torre de destilação. Eles fervem o líquido inferior para gerar vapores que são devolvidos à torre para conduzir o processo de separação de destilação. O reboiler pode vaporizar parcialmente ou completamente o fluxo que recebe do fundo da torre. Desafio Excesso de líquidos de reboiler (fundos ou purga) transbordam um defletor onde o nível é controlado por meio de um controlador de nível. Se o nível do reinicializador ficar muito baixo, isso afetará a taxa máxima de fluxo do produto inferior que pode ser retirado. Nível incorreto de reboiler também pode degradar o controle de composição para configurações de controle de balanço de material.

A água de serviço é utilizada para serviços gerais de usinas que incluem água de vedação de bombas e instrumentos, água de incêndio, desmineralização, resfriamento e fornecimento de água de reposição. Tanques de armazenamento com capacidade para suportar de três dias a uma semana de operação, permitem operações continuadas na planta caso o fornecimento de água seja interrompido. Coletores e tanques de armazenamento são tipicamente tanques de aço cilíndricos verticais de telhado fixo. Desafio Os dispositivos de medição de nível e detecção de fluxo são cruciais para o gerenciamento eficaz da fonte de água. Os intervalos de medição típicos são de 24 a 50 pés.

O tambor de vapor é a principal interface entre a água e o vapor. Em uma usina de carvão, a água de alimentação da caldeira passa pelo economizador e entra no tambor, onde o vapor se separa da água de alimentação e é arrastado para o superaquecedor. Em operações de ciclo combinado, um gerador de vapor de recuperação de calor (HRSG) serve o mesmo propósito de uma caldeira. É um trocador de calor gás-água que extrai energia dos gases de exaustão da turbina a gás e a utiliza para criar vapor para o gerador de vapor. Os tambores HRSG podem ser de alta ou baixa pressão. Desafio Manter um nível de líquido constante na parte superior do tambor é necessário para fornecer a qualidade adequada do vapor. A instrumentação deve suportar altas temperaturas e pressões.

A água altamente purificada é essencial no processamento de produtos premium e altamente purificados nas indústrias química, farmacêutica, de bebidas, cosmética e eletrônica. A deionização (DI) é frequentemente usada para remover minerais da água, passando a água através de dois leitos de íons separados – cátion e ânion – seguidos por saturação de leito misto. Desafio As unidades DI de leito múltiplo possuem pares de tanques onde um degaseificador de CO2 opcional pode ser colocado entre eles. As unidades DI de cama individual incorporam ambos os trocadores de cátions e ânions misturados em um único tanque. Além de monitorar a água de alimentação, um controle de nível no tanque de mistura operará a bomba de transferência para direcionar a água purificada para o armazenamento.

Como as modernas caldeiras de alta pressão evaporam vários milhões de libras de água a cada hora de trabalho, a pureza da água de alimentação que circula dentro da caldeira é essencial. O tratamento químico reduz materiais formadores de incrustações e teor de oxigênio corrosivo. Um evaporador de água de alimentação pode ser usado como um método alternativo para produtos químicos através da remoção de impurezas através da evaporação de água bruta com vapor de extração. Na maioria das vezes, a pureza da água de alimentação é alcançada por tratamento químico. Desafio Como os produtos químicos de suporte para o tratamento de água podem incluir produtos cáusticos, hipoclorito de sódio, ácido sulfúrico ou outros aditivos, os requisitos individuais de química e armazenamento ditarão a instrumentação de nível selecionada.

O compressor de uma turbina a gás ingere uma grande quantidade de ar contendo material particulado, aerossóis de hidrocarbonetos e outros compostos orgânicos e gases. Embora o material particulado maior seja filtrado, os outros compostos são depositados nas lâminas do compressor. A lavagem do compressor remove esta incrustação depositada e restaura o perfil aerodinâmico e a eficiência do compressor. Também utilizado para limpeza de geradores ou outros componentes de máquinas e equipamentos, a lavagem com água é descarregada periodicamente como água residual. Desafio A lavagem com água é coletada em um tanque de coleta dedicado monitorado para níveis com capacidades típicas de 50 a 100 galões.

A concentração de sólidos indesejáveis na água da caldeira pode ser reduzida através do uso de um sistema de purga ou purga contínua. Um tanque de purga recebe uma descarga contínua do tambor de vapor e purga de temperaturas e pressões variáveis do gerador de vapor. Um tanque de descarga também pode funcionar como um dreno de alimentação por gravidade para o gerador de vapor quando o gerador é drenado para manutenção. Desafio Boas práticas de descarga da caldeira podem reduzir muito as necessidades de tratamento de água e os custos de operação da caldeira. Misturas combustíveis deixadas em uma caldeira devido a purgas impróprias, no entanto, são conhecidas por causar explosões catastróficas. Controles adequados do nível do tanque são essenciais para garantir um sistema de purga da caldeira seguro e eficaz.

O vapor gerado na caldeira de recuperação é usado para executar muitas partes de um moinho. Concentração de licor e secagem de papel são os maiores usuários de vapor, seguidos por digestão, branqueamento e vaporização de cavacos. (O vapor também aciona um sistema de cogeração de turbina se um moinho estiver equipado). Um sistema de condensação de vapor na seção de secagem da máquina de papel coleta água para reutilização no moinho. Desafio O condensado de vapor dos tambores do secador entra em até meia dúzia de tanques receptores do sistema de retorno de condensado. Os controles de nível nesses tanques garantem que a água seja devolvida à usina para reutilização, desviada para armazenamento ou descarregada para o esgoto. Quando o controle detecta o nível superior no tanque, ele acionará uma válvula de descarga para remover o condensado acumulado.

Um tanque flash serve como um sistema de coleta para uma variedade de linhas de drenagem de condensado. Tanques de flash recebem condensado de alta pressão que é então exposto a uma fonte de vapor de baixa pressão. Quando isso ocorre, uma determinada porcentagem de condensado “pisca” para vapor na pressão mais baixa. Este vapor pode ser “reciclado” em outros dispositivos de transferência de calor a vapor de baixa pressão. Menores em tamanho do que os tanques de flash tradicionais, os separadores de flash utilizam a ação ciclônica para separar instantaneamente vapor e condensado. Desafio A medição de nível é necessária para controlar o nível do tanque de flash. Os desafios são temperaturas e pressões elevadas.