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Economizando energia e melhorando o desempenho com soluções para aquecedores acionados

O custo da energia é aumentado constantemente e seu uso impacta negativamente sobre o meio ambiente sob a forma do aumento das emissões de CO2 para a atmosfera. Identificação de oportunidades de economia de energia irá aumentar a rentabilidade e competitividade da indústria. Caldeiras e aquecedores acionadas tipicamente convertem entre 70% e 90% do combustível que eles consomem para o calor útil. Em aquecedores acionados da indústria de hidrocarbonetos, gás combustível, óleo combustível ou uma combinação de ambos são usados para converter fluidos, como petróleo bruto, resíduos e gasóleos, para combustíveis para transporte e outros produtos. Uma operação confiável e eficiente no consumo de energia dos processos é importante para o sucesso do negócio no fornecimento de produtos de primeira classe para mercados competitivos.

O custo da energia é aumentado constantemente e seu uso impacta negativamente sobre o meio ambiente sob a forma do aumento das emissões de CO2 para a atmosfera. Identificação de oportunidades de economia de energia irá aumentar a rentabilidade e competitividade da indústria. Caldeiras e aquecedores acionadas tipicamente convertem entre 70% e 90% do combustível que eles consomem para o calor útil. Em aquecedores acionados da indústria de hidrocarbonetos, gás combustível, óleo combustível ou uma combinação de ambos são usados para converter fluidos, como petróleo bruto, resíduos e gasóleos, para combustíveis para transporte e outros produtos. Uma operação confiável e eficiente no consumo de energia dos processos é importante para o sucesso do negócio no fornecimento de produtos de primeira classe para mercados competitivos.

Muitas operações de aquecedor acionado são manuais ou semi-automatizadas e requerem monitoramento frequente para controlar as variações do processo. Como a maioria dos aquecedores de refinaria são de design de esboço natural, eles são mais confiáveis no que diz respeito à disponibilidade de ar de combustão. No entanto, a operação do aquecedor é controlada manualmente, e é tipicamente menos eficiente. De acordo com o K. Vinayagam (Processamento de hidrocarbonetos – Outubro 2007), o ajuste do aquecedor pode melhorar a eficiência térmica do aquecedor em 1-4%, com base somente nas condições operacionais existentes. Uma economia de combustível de 1% pelo ajuste do aquecedor em uma liberação de calor de 100 MMBtu/h, poupa aproximadamente US $ 50.000 por ano no custo do combustível.

Figura 1. Design típico do aquecedor acionado

A combustão adequada necessária para maximizar a eficiência do aquecedor envolve controle, manutenção e monitoramento da temperatura de saída do fluido do processo, excesso de ar e taxa de disparo de combustível. A temperatura dos gases de combustão fornece a maior oportunidade para melhorar a eficiência global do aquecedor. A fuga da válvula de escape do aquecedor representa um risco para a saúde e o meio ambiente e aumenta os custos de manutenção. Válvulas de gás combustível são importantes para todo o processo; uma falha no sistema de gás combustível pode desligar toda a unidade de processo (Figura 1).

Os serviços e a tecnologia inteligente de controle de fluxo da Metso vão ajudar as indústrias de hidrocarbonetos a alcançar os objetivos mais exigentes. Experiência longa e know-how de aplicação no fornecimento de válvulas e serviços para a indústria são essenciais ao selecionar as melhores válvulas que atendam aos requisitos específicos dos aquecedores acionados. Todas as válvulas de controle devem ser cuidadosamente dimensionadas e selecionadas para garantir um desempenho duradouro para todo o ciclo de vida. Siga este artigo e saiba como a Metso pode ajudar a melhorar o desempenho do aquecedor, através de soluções de válvulas inteligentes e inerentemente confiáveis.

Figura 2. Solução de registro de admissão e corte da Metso.

Soluções de Damper Metso

Para combustão completa de combustível, o oxigênio disponível no ar deve ser fornecido em excesso do requisitos teóricos. Com ar em excesso, a energia do combustível é desperdiçada no aquecimento de N2 inerte do ambiente às temperaturas de acúmulo. Em temperaturas mais elevadas, contribui para as emissões de NOx. Quando o excesso de fornecimento de ar é baixo, o processo de combustão pode não ser completo e formar monóxido de carbono. Portanto, o ar em excesso deve ser minimizado, e, ao mesmo tempo, a combustão deve ser completa. A correto e o ar ideais são atingidos ajustando o registro do queimador e amortecedor de acúmulo. Fechar o amortecedor irá reduzir o projeto e a demanda de oxigênio em excesso e, por conseguinte, o acúmulo de temperatura e consumo de combustível são reduzidos, o que melhora a eficiência térmica do aquecedor. Excesso de ar medido em termos de excesso de O2 nos gases de combustão deveria ser de 3% - 5% seco ou conforme especificado. De acordo com K. Vinayagam, como regra geral, cada redução de 3% no excesso de O2 aumenta a eficiência térmica do aquecedor em aproximadamente 1%.

Conhecidos como as soluções de Damper da Metso (Figura 2), nossos atuadores pneumáticos da série B e Controladores de válvulas inteligentes ND9000 provaram ser uma resposta bem sucedida para proporcionar maior controle do damper na indústria petroquímica, de refino de petróleo, celulose e papel e usinas de geração de energia. Uma história de sucesso comprovada de cliente verifica os resultados alcançados.

Uma redução de 3% no excesso de O2 pode reduzir o consumo de combustível em aproximadamente 1%, o que significa potenciais economias anuais de combustível entre US$ 50.000 e US$ 400.000, dependendo do design do aquecedor e da exigência do processo.

Controle de fluxo da bobina do aquecedor

Válvulas de controle de passagem do aquecedor são tradicionalmente válvulas globo. Durante o ciclo de aquecimento, um pouco de coque e óleo pegajoso podem começar a acumular na gaxeta da haste, especialmente em aquecedores de processamento de óleos pesados, tais como óleos brutos, resíduos e gasóleos pesados. Vazamento e aderência vão reduzir a precisão do controle de produção e afetar o desempenho do aquecedor. O vazamento da válvula de controle da passagem do aquecedor representa problemas ambientais e de segurança, devido ao risco de incêndio e vazamento de óleo, porque o resíduo pegajoso se acumula no castelo da válvula e no chão da refinaria. Válvulas com mau desempenho no sistema de aquecimento direto devem receber manutenção, porque ­terão um impacto direto na eficiência do processo. Pode ser necessária manutenção frequente ­para válvula globo convencionais, às vezes a cada 6 meses, e até a cada 2 a 3 meses. Todas as operações ­de manutenção exigem visitas frequentes dos operadores na instalação.

Os designs de guia rotativa da Metso ­são inerentemente confiáveis e não sofrem de problemas de vazamento­, graças à sua haste rotativa que tende a não mover o conteúdo do processo na área da gaxeta, como pode acontecer com um design de haste ascendente. Para proteção adicional­, uma guia de emissão auto-ajustável adequada elimina vazamentos e manutenção. Designs rotativos simples oferecem portas de fluxo sem entupimento e guarnições robustas e resistentes. O trabalho de serviço caro, envolvendo a remoção da válvula da linha e a necessidade de peças de reposição, é eliminado. Usando as mesmas dimensões de face-a-face das válvulas globo e atualizando a tecnologia de válvula linear para designs rotativos, a necessidade de mudanças nas configurações de trabalho de tubulação é eliminada.

Perdas de produção devido à aderência e ao mau desempenho de controle serão evitadas com válvulas rotativas de alto desempenho. O fluxo através da passagem do aquecedor pode ser alterado à medida que surgir a necessidade, com um alcance máximo de 150:1. Controlador de válvula inteligente ND9000 da Metso garante uma alta precisão de posicionamento e resposta rápida. Dados de tendência coletados pelo controlador da válvula e analisado pelo software FieldCare de monitoramento de condição e configuração permitem prever e responder às exigências de manutenção e evitar tempo de inatividade não programado.

Figura 3. As válvulas Metso nas bobinas do aquecedor.

Grandes refinarias na Europa e na América Latina testaram esses conceitos instalando válvulas Metso em suas bobinas de aquecimento para substituir válvulas globo convencionais (Figura 3). As válvulas rotativas têm estado em operação há vários anos, sem a necessidade de manutenção e não mostram nenhum sinal de vazamento. Isso também reduz as visitas à instalação pelos operadores. Economia de custos de aproximadamente US$ 38.000/válvula em um ciclo de processo de quatro anos pode ser conseguida devido à manutenção reduzida – o custo exato depende de custos locais e do tipo e do tamanho da válvula. Isso proporciona um potencial de economias de custo total, em aquecedores acionados com quatro a oito válvulas de controle, de US$ 150.000 – 300.000 em quatro anos, apenas em custos de manutenção.

Controle de combustível

Figura 4b. Válvula Neles série R, uma válvula de controle segmentada.

Otimizando a combustão e a transferência de calor do aquecedor acionado para o fluido do processo não é apenas uma questão de economizar energia e custos – a segurança deve ser cuidadosamente considerada, Figura 4a. Neles Finetrol, uma válvula de controle de plug excêntrico.porque este equipamento é operado por pessoas e é evidente o risco de acidentes desastrosos. Vários padrões foram escritos que são impostos pelas autoridades de todo o mundo. O regulador de gás combustível do queimador é composto pelo fornecimento de gás combustível, a linha de gás piloto e a linha de gás combustível e vários instrumentos. Em muitos casos, é necessário um alívio da pressão. Em queimadores grandes, geralmente é preferida uma válvula de segurança. A válvula de segurança de gás combustível deve ser certificada para o uso do aquecedor acionado. Possui uma reinicialização manual e uma função de solenoide que impedirá que o queimador reacenda. Esta é uma função de segurança extremamente importante. A maioria dos grandes fornos industriais tem uma válvula de controle de fluxo de gás para a entrada de calor.

PUma combustão adequada exige a maximização da transferência de calor para o fluido do processo, e o controle preciso do gás combustível tem um papel importante nos custos operacionais dos aquecedores acionados. Muitas vezes é necessário um amplo alcance, se forem necessárias várias cargas operacionais. As válvulas rotativas da Metso têm sido amplamente usadas em aplicações de controle de gás combustível. Existem vários exemplos em que dois controles de combustível de válvulas globo foram substituídos por uma única uma válvula de plug excêntrico da Neles Finetrol® (Figura 4a). Isso é possível devido ao amplo alcance que elimina a necessidade de usar controle de faixa dividida. Com a válvula de esfera segmentada Neles (Figura 4b), a faixa de variação pode ser de até 1:150. Os controladores de válvulas digitais avançados ND9000 garantem alta precisão de posicionamento e resposta rápida que reduzem a variabilidade do processo, Figure 5. Neles ESD valves.e, portanto, tornam possível processar o gás combustível mais perto do ponto de ajuste e reduzir o consumo de gás combustível. Dados online de tendência coletados pelo Neles ND9000 e analisados pelo software FieldCare da Neles permitem prever e responder às exigências de manutenção e evitar desarmes inesperados no fornecimento de gás combustível para queimadores. A construção da gaxeta minimiza qualquer vazamento no meio ambiente.

Com as válvulas ESD certificadas de alta integridade da Neles (Figura 5) e o sistema de movimento parcial SIL 3 ValvGuard da Neles, a segurança e a confiabilidade do aquecedor acionado podem ser melhoradas. Isto é garantido pela construção robusta do conjunto da válvula de segurança, auto-teste contínuo, tecnologia de sede metálica e design de haste de esfera. Com esta solução não é necessária nenhuma válvula solenoide, e os custos são mais baixos devido à redução do trabalho de engenharia, fiação e comissionamento. O conhecimento do estado exato das válvulas de segurança do aquecedor pode ser identificado com o sistema ValveGuard da Neles que suporta a comunicação Foundation Fieldbus por um pré-aviso de quaisquer problemas futuros, ações de manutenção planejada e segurança da unidade.

 

Conclusão

A experiência longa e provada da Metso com muitos aquecedores acionados e caldeiras ao redor do mundo mostra que, de fato, existe um potencial significativo para economizar energia, reduzir os impactos ambientais e melhorar a segurança do aquecedor usando soluções de válvulas inteligentes.

Isso pode ser alcançado usando soluções totalmente automáticas com serviços de monitoramento e comissionamento, válvulas inerentemente confiáveis com alto alcance, sem vazamento e emissões reduzidas de VOC através das gaxetas. O controlador de válvula inteligente ND9000 desempenha um papel importante na redução da variabilidade através de uma alta precisão de posicionamento e resposta rápida. Dados online de tendência coletados pelo controlador inteligente e analisados pelo software FieldCare permitem prever as exigências de manutenção.

A potencial economia de custos devido à redução do excesso de O2 pode diminuir o consumo de combustível anualmente entre US$ 50.000 e US$ 400.000, dependendo do design do aquecedor e da exigência do processo. Eliminação de vazamento em aquecedores acionados com quatro a oito válvulas de controle apresenta um potencial de economia de custos de US$ 150.000 – 300.000 em quatro anos, apenas em custos de manutenção. Com um controle ideal de gás combustível, o consumo de gás combustível e, por conseguinte, os custos podem ser ainda mais reduzidos.

 

Texto por Sari Aronen

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