Cap 2.4 BPS-BMS para calderas de recuperación de calor

01 Diciembre 2009

 

Los requisitos de diseño y funcionales del sistema de seguridades en una caldera de recuperación son análogos a los comentados para una caldera industrial. Incluso la mayoría de las secuencias descritas para ellas serán válidas en este caso también.

Sin embargo, por su particular diseño en cuanto al sistema de aire gases, las secuencias de purga y disparos de calderas se ven modificadas. Por ello, a continuación sólo se explicarán estas secuencias para las distintas configuraciones habituales en estas calderas.

 

 

 

2.4.1   Calderas sin bypass y sin postcombustión

 

2.4.1.1 Relé MFT Al no haber quemador no existirá el relé MFT.

Al no haber quemador no existirá el relé MFT.

 

2.4.1.2  Purga previa al encendido de la turbina

 

El BPS enviará a la turbina la señal de “No disparo de combustión en turbina” si:

 

a)  No existen condiciones de disparo (ver 2.4.1.3).

 

Será el sistema de seguridades de la turbina quien se encargue de la secuencia de purga previa a su encendido.

 

 

2.4.1.3   Disparos de caldera/turbina


Las siguientes condiciones provocarán el disparo de la combustión en turbina:

 

a)   Muy bajo nivel de calderines.

b)   Muy alta presión de gases de escape de turbina.

c)   Seta de emergencia.

d)   Muy alta presión de calderines.

 

2.4.1.4   Señales intercambiadas entre turbina y caldera


Turbina                                                 Caldera

<-------------------------------           No disparo de combustión en turbina



2.4.2    Calderas con bypass y sin postcombustión


Nota General: En lo sucesivo se hablará de diverter, entendiéndose como tal cualquier medio de aislamiento turbina-caldera.

 

2.4.2.1   Relé MFT.


Al no haber quemador no existirá el relé MFT.

 

2.4.2.2   Purga previa al encendido de la turbina


Se podrá decidir arrancar la instalación en ciclo simple o combinado.

 

Purga a través de caldera (ciclo combinado)


El operador podrá (si existe permiso de apertura - ver 2.4.2.3) abrir el diverter hasta el 100% y, entonces, el BPS enviará a la turbina la señal “Diverter 100% abierto a caldera”.


La turbina comenzará su secuencia de arranque y puesta en servicio a través de la caldera, siendo el sistema de seguridades de la turbina quien se encargue de vigilancia y temporización de la purga previa a su encendido.

 

 

Purga a través del bypass (ciclo simple)


El BPS enviará a la turbina la señal “Caldera Aislada” cuando:

 

a) Confirmación finales de carrera de diverter cerrado a caldera y

b) No hay fallo en el sistema de sello del diverter.

 

La turbina comenzará su secuencia de arranque y puesta en servicio a través del bypass, siendo el sistema de seguridades de la turbina quien se encargue de vigilancia y temporización de la purga previa a su encendido.

 

2.4.2.3   Permisos de apertura de diverter


Después de cualquier condición de cierre del diverter o en un arranque inicial, éste se podrá volver a abrir si se cumplen los siguientes permisivos de apertura:

 

a) Caldera rearmada.

b) Diverter listo.

c) Condiciones de cierre de diverter no presentes

d1) Temperatura de gases de turbina <Tª autoignición-56ºC, o

d2) Purga de caldera satisfecha.

 

2.4.2.4   Condiciones de cierre del diverter/rearme de caldera


Condiciones de cierre del diverter

 

Las siguientes condiciones provocarán el cierre del diverter:

 

a) Muy bajo nivel de calderines.

b) Muy alta presión de gases de escape de turbina.

c) Seta de emergencia cierre de diverter. Se cableará directamente a la señal de mando del diverter.

d) Muy alta presión de calderines.


Rearme de Caldera


Después de cualquier condición de cierre del diverter, el operador deberá comprobar la causa que lo motivó y, una vez subsanada, deberá actuar sobre el pulsador de rearmar caldera, como requisito imprescindible para el inicio de la apertura del diverter y puesta en servicio de la caldera.

 

Se establecen los siguientes permisivos de rearme de caldera:

 

a)      Diverter cerrado a caldera.

b)      No existe ninguna condición de cierre del diverter.

c)      Diverter listo.

 

 

2.4.2.5   Purga de caldera


Ciclo combinado

 

El BPS establecerá purga satisfecha si se cumple:

 

a)  “Purga Turbina ciclo combinado satisfecha”. Señal procedente de la turbina.

 

Paso de ciclo simple a ciclo combinado

 

Será ahora sí el BPS quien se encargue de la vigilancia y temporización de la purga de la caldera.

Para ello, se esperará recibir las siguientes señales:


a) Caudal de aire/gases > 25%

b) Temperatura de gases de turbina < Tª autoignición – 56ºC.

c) Diverter en posición de purga.

 

Una    vez    satisfechos    estos    permisivos    se    iniciará    automáticamente    la temporización de purga de caldera.

 

Se perderá la purga de caldera si:

 

a1) Durante la temporización de purga se pierde cualquiera de los permisivos anteriores, o

a2) Si desaparece la señal de “Turbina con combustible”.

 

 

 

2.4.2.6   Disparos de turbina

 

Las siguientes condiciones provocarán el disparo de la combustión en turbina:

 

a)  Fallo al cierre del diverter ante una condición de cierre del mismo (ver 2.4.2.4).

 

b) Muy alta presión de gases de escape de turbina.

c)  Seta de emergencia.

 

2.4.2.7   Limitación de carga de turbina

 

El BPS enviará la señal cableada a la Turbina “Carga Turbina Limitada” de modo que la temperatura de sus gases de escape sea, al menos, 56 ºC menor a la temperatura de autoignición del combustible usado en la turbina con objeto de evitar que gases calientes procedentes de la turbina puedan provocar la ignición de una eventual atmósfera rica en combustible en los siguientes casos:


 

a)  Purga de caldera no satisfecha

b1) El diverter no está cerrado a caldera, o

b2) Existe fallo en el sellado del cierre del diverter.

 

Si la turbina no puede cumplir esta limitación de carga o falla en su intento de hacerlo, el sistema de seguridades de la turbina deberá disparar la combustión en turbina.

 

 

Turbina ______________________ Caldera

<------------------------------------ No disparo de combustión en turbina

<------------------------------------ Diverter 100% abierto a caldera

<------------------------------------ Caldera aislada

Caudal de aire/gases >25 % ----------------------->

<------------------------------------ Carga de turbina no limitada

Turbina con combustible ---------------------->

Purga turbina ciclo combinado satisfecha ------->

 

 

2.4.3   Calderas sin bypass y con postcombustión


2.4.3.1   Relé MFT.

 

Al haber quemador existirá el relé MFT.

 

2.4.3.2   Purga previa al encendido de la turbina


El BMS enviará a la turbina la señal de “Caldera preparada para purga” si:

 

a)      Las válvulas de combustible están cerradas.

b)      No hay llama en caldera.

c)      No hay condiciones de disparo de caldera/turbina (ver 2.4.3.6).

 

La turbina comenzará su secuencia de arranque y puesta en servicio a través de la caldera, siendo el sistema de seguridades de la turbina quien se encargue de vigilancia y temporización de la purga previa a su encendido.


Después del encendido de turbina y mientras no se haya satisfecho por primera vez la purga del quemador existirá la limitación de carga de turbina descrita en el apartado 2.4.3.7.

 

2.4.3.3   Purga de quemador

 

Después de cualquier disparo del relé MFT o en un arranque inicial de turbina/caldera es necesario hacer una purga del quemador previa a su encendido.


La purga inicial deberá realizarse con temperatura baja de gases de escape de turbina.


Será, ahora sí, el BMS quien se encargue de la vigilancia y temporización de la purga.


Para ello, el BMS establecerá los siguientes permisivos de purga:

 

a)  Caudal de aire/gases > 25 %

b) Caldera preparada para purga

c1) Temperatura de gases de escape de turbina < Tª autoignición-56ºC , o

c2) Carga de turbina no limitada (ver 2.4.3.7).

 

 

Una    vez    satisfechos    estos    permisivos    se    iniciará    automáticamente    la temporización de purga de quemador.


Se perderá la purga de quemador si:

 

a1) Durante la temporización de purga se pierde cualquiera de los permisivos anteriores, o

a2) Disparo del relé MFT.

 

2.4.3.4   Rearme del relé MFT


Se establecen los siguientes permisivos de rearme:

 

a) Purga de quemador finalizada.

b) No existe ninguna condición de disparo del relé MFT.

 

El relé MFT se rearmará automáticamente cuando:


a) El BMS reciba una orden de encendido del quemador a través del pulsador de encender quemador, produciéndose el rearme y el posterior encendido.


b) Se genere una demanda de postcombustión en automático produciéndose el rearme y posterior encendido, excepto en los siguientes casos donde será necesario que el operador accione el pulsador de encendido para rearmar el MFT:


b1) Si se produce una demanda de postcombustión en automático y el quemador falla al encender dando lugar a una nueva purga de quemador, ó


b2) Si se produce una demanda de postcombustión en automático y una vez en servicio el quemador se produce un disparo de emergencia del mismo.

 

2.4.3.5   Disparos del relé MFT


Cualquier disparo del relé MFT provocará el cierre de las válvulas de corte de combustible.


Cualquiera de las siguientes condiciones provocará el disparo del relé MFT:

 

a) Fallo control analógico.

b) Muy alta presión de hogar.

c) Muy baja presión de aire de instrumentos.

d) Pérdida de llama.

e) Última válvula de corte de combustible cerrada.

 

f)  Disparos propios del combustible (temperatura fuel oil, presión diferencial fuel/vapor, etc.).

g) Bajo nivel de agua en calderines.

h) Alta presión de vapor en calderines.

i) Carga de turbina inferior al límite fijado.

j) Condición de disparo de caldera/turbina (ver 2.4.3.6).

k) Caudal aire/gases <25%.

l) Seta de emergencia.

m) Fallo al cierre de cualquier válvula de corte de combustible.

 

2.4.3.6   Disparos de caldera/turbina


Las siguientes condiciones provocarán el disparo de la combustión en turbina:


a)      Muy bajo nivel de calderines.

b)      Muy alta presión de gases de escape de turbina.

c)      Seta de emergencia.

d)      Muy alta presión de calderines.

e)      Muy baja presión de aire de refrigeración de detectores de llama.

 

2.4.3.7   Limitación de carga de turbina


Después del encendido inicial de la turbina y hasta que se satisfaga por primera vez la purga del quemador descrita en el apartado 2.4.3.3. el BMS enviará la señal cableada a la Turbina “Carga Turbina Limitada” de modo que la temperatura de sus gases de escape sea, al menos, 56 ºC menor a la temperatura de autoignición del combustible usado en la turbina con objeto de evitar que gases calientes procedentes de la turbina puedan provocar la ignición de una eventual atmósfera rica en combustible.

 

Una vez satisfecha la purga inicial del quemador, la limitación de carga a la turbina no volverá a aparecer hasta un nuevo disparo de la misma.


 

Si la turbina no puede cumplir esta limitación de carga o falla en su intento de hacerlo, el sistema de seguridades de la turbina deberá disparar la combustión en turbina.

 

2.4.3.8   Señales intercambiadas entre turbina y caldera


Turbina___________________ Caldera

<----------------------------------     Caldera preparada para purga

<-----------------------------------     No disparo de combustión en turbina

Caudal de aire/gases >25%--------------- ->

<----------------------------------     Carga de turbina no limitada

 

 

2.4.4    Calderas con bypass y con postcombustión


2.4.4.1   Relé MFT.

 

Al haber quemador existirá el relé MFT.

 

2.4.4.2   Purga previa al encendido de la turbina


Se podrá decidir arrancar la instalación en ciclo simple o combinado.


Purga a través de caldera (ciclo combinado)


El operador podrá (si existe permiso de apertura - ver 2.4.4.3) abrir el diverter hasta el 100% y, entonces, el BMS enviará a la turbina la señal “Caldera preparada para purga” si:

 

a)  Las válvulas de combustible están cerradas.

b)  No hay llama en caldera.

c) Diverter 100% abierto a caldera.


La turbina comenzará su secuencia de arranque y puesta en servicio a través de la caldera, siendo el sistema de seguridades de la turbina quien se encargue de vigilancia y temporización de la purga previa a su encendido.


Después del encendido de turbina y mientras no se haya satisfecho por primera vez la purga del quemador existirá la limitación de carga de turbina descrita en el apartado 2.4.4.9.


 

Purga a través del bypass (ciclo simple)

 

El BMS enviará a la turbina la señal “Caldera Aislada” cuando:


a)  Confirmación finales de carrera de diverter cerrado a caldera

b)  No hay fallo en el sistema de sello del diverter.


La turbina comenzará su secuencia de arranque y puesta en servicio a través del bypass, siendo el sistema de seguridades de la turbina quien se encargue de vigilancia y temporización de la purga previa a su encendido.

 

2.4.4.3   Permisos de apertura de diverter


Después de cualquier condición de cierre del diverter o en un arranque inicial, éste se podrá volver a abrir si se cumplen los siguientes permisivos:


a)  Caldera rearmada.

b)  Diverter listo.

c)  Condiciones de cierre de diverter no presentes.

d)  Válvulas de combustible cerradas.

e)  Llama no detectada

f1) Temperatura de gases de turbina <Tª autoignición-56ºC, o f2) No existe limitación de carga de turbina (ver 2.4.4.9).

 

2.4.4.4   Condiciones de sierre del diverter/rearme de caldera.


Condiciones de cierre del diverter

 

Cualquiera de las siguientes condiciones provocará el cierre del diverter:


a)    Muy bajo nivel de calderines.

b)   Muy alta presión de gases de escape de turbina.

c)    Seta de emergencia.

d)   Muy alta presión de calderines.

e)    Muy baja presión de aire de refrigeración de detectores de llama.

 

 

Rearme de caldera


Después de cualquier condición de cierre del diverter, el operador deberá comprobar la causa que lo motivó y, una vez subsanada, deberá actuar sobre el pulsador de rearmar caldera, como requisito imprescindible para el inicio de la apertura del diverter y puesta en servicio de la caldera.


Se  establecen los siguientes permisivos de rearme de caldera:


a)      Diverter cerrado a caldera.

b)      No existe ninguna condición de cierre del diverter.

c)      Válvulas de combustible cerradas.

d)      Llama no detectada.

e)      Temperatura de gases de turbina < Tª autoignición –56ºC.

f)        Diverter listo.

 

2.4.4.5   Purga de quemador


Será necesario hacer una purga del quemador si:


a)      El caudal de aire/gases a través de caldera es <25 %.

b)      Después de cualquier disparo del relé MFT.


En el primer caso la purga deberá realizarse con temperatura baja de gases de escape de turbina.


Será ahora sí el BMS quien se encargue de la vigilancia y temporización de la purga.


Para ello, el BMS esperará recibir las siguientes señales:

 

a)      Caudal de aire/gases > 25 %

b)      Diverter en posición de purga.

c)      Las válvulas de combustible están cerradas.

d)      No hay llama en caldera.


Una vez satisfechos estos permisivos se iniciará automáticamente la temporización de purga de quemador.


 

Se perderá la purga de quemador si:


a)      Durante la temporización de purga se pierde cualquiera de los permisivos anteriores, o

b)      Disparo del relé MFT.

 

2.4.4.6   Rearme del relé MFT


Se establecen los siguientes permisivos de rearme:


a)      Purga quemador finalizada.

b)      No existe ninguna condición de disparo del relé MFT.


El relé MFT se rearmará automáticamente cuando:


a) El BMS reciba una orden de encendido del quemador a través del pulsador de encender quemador, produciéndose el rearme y el posterior encendido.


b) Se genere una demanda de postcombustión en automático produciéndose el rearme y posterior encendido, excepto en los siguientes casos donde será necesario que el operador accione el pulsador de encendido (caso anterior) para rearmar el MFT:


b1) Si se produce una demanda de postcombustión en automático y el quemador falla al encender dando lugar a una nueva purga de quemador, o


b2) Si se produce una demanda de postcombustión en automático y una vez en servicio el quemador se produce un disparo de emergencia del mismo.

 

2.4.4.7   Disparos del relé MFT


Cualquier disparo del relé MFT provocará el cierre de las válvulas de corte de combustible.


Cualquiera de las siguientes condiciones provocará el disparo del relé MFT:


a)      Fallo control analógico.

b)      Muy alta presión de hogar.

c)      Muy baja presión de aire de instrumentos.

d)      Pérdida de llama.

e)      Última válvula de corte de combustible cerrada.

f)    Disparos   propios   del   combustible   (temperatura   fuel-oil, Fuel/vapor, etc.).

 

g)   Bajo nivel de agua en calderines.

h)   Alta presión de vapor en calderines.

i)    Carga de turbina inferior al límite fijado.

j)   Cualquier condición de cierre de diverter.

k)  Diverter por debajo de posición mínima.

l)    Caudal aire/gases <25%.

m)  Seta de emergencia.

n)   Fallo al cierre de cualquier válvula de corte de combustible.

 

2.4.4.8   Disparos de turbina


Las siguientes condiciones provocarán el disparo de la combustión en turbina:


a)      Fallo al cierre del diverter ante una condición de cierre del mismo (ver 2.4.4.4).

b)      Muy alta presión de gases de escape de turbina.

c)      Seta de emergencia.

 

2.4.4.9   Limitación de carga de la turbina


El BMS enviará la señal cableada a la turbina “Carga Turbina Limitada” de modo que la temperatura de sus gases de escape sea, al menos, 56 ºC menor a la temperatura de autoignición de los combustibles usados en la caldera o turbina con objeto de evitar que gases calientes procedentes de la turbina puedan provocar la ignición de una eventual atmósfera rica en combustible en las siguientes condiciones:


a)  Fallo en el sellado del cierre del diverter, o

b) Diverter no cerrado a caldera y purga de quemador no satisfecha. Sólo existirá limitación en este caso si la pérdida de la purga del quemador es por caudal a través de caldera inferior al 25%.


 

Si la turbina no puede cumplir esta limitación de carga o falla en su intento de hacerlo, el sistema de seguridades de la turbina deberá disparar la combustión en turbina.

 

2.4.4.10 Señales intercambiadas entre turbina y caldera

 

Turbina ____________________Caldera

<------------------------------------ No disparo de combustión en turbina

<------------------------------------ Caldera preparada para purga

<------------------------------------ Caldera aislada

Caudal de aire/gases >25%------------------ ->

<------------------------------------ Carga turbina no limitada

 

José Carlos Villajulca

Soy un apasionado ingeniero especializado en Control, Automatizacion e Instrumentación Industrial. Con mas 9 años de experiencia desarrollando proyectos y manteniendo sistemas de control en diversas plantas industriales. Soy director y webmaster de InstrumentacionyControl.NET y de MyAutomationClass.com. Cualquier consulta o comentario lo puedes hacer en la parte de abajo y escribiendo nuestro foro: http://instrumentacionycontrol.net/foros/.

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