El martillo de arranque en frío
Lunes por la mañana, 6:00 a.m. El intercambiador de calor de PTFE- apagado durante el fin de semana tiene-tubos, cabezales y tuberías de condensado fríos, todos a temperatura ambiente. Se abre la válvula de suministro de vapor. En cuestión de segundos, una serie de fuertes golpes resuena a través de las tuberías. Todo el intercambiador se estremece. Los operadores hacen una mueca de dolor. El ruido disminuye después de 2-3 minutos a medida que el sistema se calienta, pero el daño-fatiga en los accesorios, conexiones aflojadas, micro-fisuras en las paredes de los tubos se acumula con cada arranque en frío.
Este escenario se repite en cientos de instalaciones porque el diseño del sistema de vapor y el procedimiento de puesta en marcha no tienen en cuenta las condiciones únicas de un intercambiador de calor de PTFE frío. El martillo no es una característica inherente del PTFE. Es un defecto corregible en la instalación o procedimiento operativo.
El mecanismo de acumulación de condensado
Cuando un intercambiador de calor de PTFE se apaga y se enfría, el vapor dentro de los tubos se condensa por completo. El condensado se acumula en las secciones más bajas del haz de tubos y en el cabezal de condensado. A diferencia de un intercambiador metálico, que retiene suficiente calor para mantener el condensado cerca del punto de ebullición durante algún tiempo después de la parada, la baja masa térmica del PTFE permite que los tubos se enfríen rápidamente. El condensado alcanza la temperatura ambiente en una hora.
Cuando se admite vapor en el intercambiador de frío, el vapor encuentra este charco de condensado frío. El vapor se condensa violentamente al entrar en contacto con el líquido frío, creando un vacío localizado. El condensado circundante se precipita para llenar el vacío, chocando con la pared del tubo y creando el característico golpe de martillo. Se trata de un golpe de ariete inducido por vapor-, distinto del golpe de flujo de dos-fases que se produce durante el funcionamiento constante.
El martillo persiste hasta que el condensado acumulado se calienta hasta una temperatura cercana a la saturación o se elimina físicamente de los tubos mediante el flujo de vapor. La duración del período de martillo depende del volumen de condensado acumulado y de la tasa de admisión de vapor.
| Factor de martillo | Instalación problemática | Instalación corregida |
|---|---|---|
| Acumulación de condensado después del apagado | Condensado atrapado en los puntos bajos del tubo y en el cabezal | Drenaje completo mediante tubos y válvulas de drenaje con la inclinación adecuada |
| Tasa de admisión de vapor | La presión total del vapor se aplica instantáneamente | Calentamiento gradual-con una pequeña válvula de derivación |
| Condición de la trampa de vapor durante el inicio | Trampa cerrada (fría); el condensado no puede escapar | El elemento termostático o abierto de derivación de trampa permite el drenaje |
| Configuración de la línea de condensado | Bolsas o hundimientos aguas abajo de la trampa; el condensado no puede fluir | Pendiente descendente continua hacia el receptor de condensado |
| Pendiente del haz de tubos | Tubos nivelados o-inclinados hacia atrás; el condensado no puede drenar | Pendiente mínima de 1:100 hacia el cabezal de condensado |
Las prácticas de instalación correctiva
El drenaje completo del condensado durante el apagado es la principal defensa contra el golpe de arranque en frío. El haz de tubos de PTFE debe instalarse con una pendiente continua hacia abajo de al menos 1:100 (1 cm por metro de longitud del tubo) hacia el cabezal de condensado. El propio cabezal de condensado debe inclinarse hacia la trampa de vapor. No se pueden tolerar puntos bajos, hundimientos o bolsas en ninguna parte del camino de drenaje.
Una válvula de drenaje manual o automática en el punto más bajo del sistema de condensado permite que los tubos se drene completamente después del apagado. La válvula de drenaje debe abrirse como parte del procedimiento de apagado y permanecer abierta hasta que se vuelva a admitir el vapor. Para sistemas automatizados, una válvula de drenaje termostática se abre cuando la temperatura cae por debajo de un punto de ajuste, drenando el condensado sin intervención del operador.
Una trampa de vapor con ventilación de aire termostática proporciona una vía de drenaje durante las condiciones de frío. Las trampas de flotador-y-termostáticas estándar incluyen un elemento termostático que se abre cuando está frío, lo que permite que el condensado y el aire pasen libremente durante el arranque. El elemento se cierra a medida que aumenta la temperatura, restableciendo el funcionamiento normal de la trampa.
El procedimiento de calentamiento controlado-
Incluso con un drenaje adecuado, se formará algo de condensación durante la admisión inicial de vapor. Un procedimiento de calentamiento-controlado limita la tasa de formación de condensado y evita el golpe.
La válvula de suministro de vapor se debe abrir lentamente-para admitir un pequeño flujo de vapor inicialmente. El método preferido es una válvula de derivación pequeña (15-20 mm) alrededor de la válvula de vapor principal. El bypass permite que un flujo bajo y controlado de vapor caliente el intercambiador gradualmente. El operador abre el bypass y espera hasta que la tubería de condensado se sienta caliente al tacto-lo que indica que los tubos están por encima de la temperatura de condensación, antes de abrir la válvula de vapor principal.
El período de calentamiento-normalmente requiere de 3 a 5 minutos para un intercambiador pequeño y de 10 a 15 minutos para uno grande. El tiempo se puede automatizar con un sensor de temperatura en la salida de condensado que bloquea la válvula de vapor principal, evitando que se abra hasta que la temperatura del condensado alcance un punto de ajuste.
El beneficio-a largo plazo
La eliminación del martillo de arranque en frío prolonga la vida útil del intercambiador de calor de PTFE y de los componentes conectados del sistema de vapor. El impacto repetido del golpe de ariete fatiga los accesorios de compresión, afloja las conexiones del cabezal y eventualmente puede causar grietas en las paredes del tubo en los puntos de concentración de tensión. Las trampas de vapor y las válvulas de control, sometidas a las ondas de choque, requieren un mantenimiento más frecuente.
La inversión en una pendiente de drenaje adecuada, válvulas de drenaje y un bypass de calentamiento-se recupera mediante un mantenimiento reducido y una vida útil prolongada del equipo. La eliminación de los característicos golpes de los lunes por la mañana es un bono de bienvenida para los operadores.
Resumen
El golpe de vapor durante el arranque en frío de un intercambiador de calor de PTFE es causado por la condensación violenta del vapor en el condensado frío acumulado. La corrección implica garantizar el drenaje completo del condensado después del cierre a través de válvulas de drenaje y pendiente adecuada del tubo, instalar una trampa de vapor con capacidad de drenaje en frío e implementar un procedimiento de calentamiento controlado- utilizando una pequeña válvula de derivación. Estas medidas eliminan el martillo, protegen el equipo y extienden la vida útil de todo el sistema de vapor.
El soporte de ingeniería para el diseño del sistema de vapor del intercambiador de calor de PTFE y el desarrollo del procedimiento de arranque está disponible previa presentación de la configuración actual de las tuberías, la presión del vapor, la frecuencia de apagado y los incidentes de martillo observados.
