Controle de Caldeiras

Transcrição

1 Controle de Caldeiras 1 Utilização do Vapor Em uma planta industrial utiliza-se o vapor superaquecido em diversos níveis n de pressão o com vários v objetivos: Injetar no processo para diminuir a pressão parcial dos hidrocarbonetos e facilitar a separação residual ( stripper ), ou para aumentar a velocidade e a turbulência. Fornecer calor ao processo através de permutadores. Acionar turbinas a vapor, que acionam compressores, geradores de energia elétrica, bombas de transferência de produtos líquidos, etc 2

2 Caldeira Tubulão Maçaricos 3 Caldeira Zona de Convecção Maçaricos Zona de Radiação 4

3 Controle em Caldeiras Controle da produçã ção o de vapor de uma caldeira: Manter a pressão o do vapor gerado constante, ou a vazão de vapor constante. Este controle da produçã ção o de vapor da caldeira modula a quantidade de gás g combustível para os maçaricos. aricos. 5 Controle de Capacidade de Caldeiras Controlar a vazão de vapor Controlar a pressão do vapor 6

4 Controle de Capacidade de Caldeiras 7 Caldeira - Limite Cruzado Controle de Carga (PIC) Vazão de ar Vazão de óleo combustível Vazão de gás combustível 8

5 Controle de Nível do Tubulão O outro controle fundamental para a caldeira é aquele que mantém m o nível n do tubulão constante. Caso se aumente a produçã ção o de vapor, o nível n do tubulão tenderá a cair, e este controle de nível n irá aumentar a vazão o de alimentaçã ção o de água de caldeira para manter este nível n constante. Controle com 1 elemento - Apenas o LIC atuando na admissão de água Controle com 2 elementos - O LIC em cascata com o FIC de água Controle com 3 elementos - O LIC em cascata com o FIC e o feedforward da vazão produzida de vapor 9 Controle de Nível do Tubulão - 3 elementos 10

6 Controle de Nível do Tubulão - 3 elementos 11 Controle de Fornos 12

7 Fornos O forno industrial é, depois dos trocadores de calor, o principal equipamento de fornecimento de calor para as diversas correntes de uma Planta Industrial. 13 Fornos Viabiliza processos de craqueamento térmico t atuando como os próprios prios reatores em várias Unidades. 14

8 Forno Industrial Um forno é composto por uma câmara c inferior, denominada de câmara c de radiaçã ção, uma região o superior, denominada de zona de convecçã ção, a chaminé dos gases de combustão o e o sistema de combustíveis que suprem gás s ou óleo combustível para os queimadores. 15 Forno Industrial Na câmara c de radiaçã ção, grande parte do calor absorvido pela tubulaçã ção o de processo é proveniente da liberaçã ção o térmica t da chama dos queimadores. Na zona de convecçã ção, a transferência ncia de calor é proporcionada predominantemente pelos gases gerados pela combustão o nos queimadores. 16

9 Zona de Convecção 17 Objetivos dos Controles de Fornos Temperatura do produto Vazão de carga Pressão da fornalha Excesso de ar Pressão / vazão do combustível Vazão de ar 18

10 Controle Fornos 19 Passes de um Forno Industrial Normalmente, a tubulaçã ção o da carga do forno é dividida em vários v passes dentro do forno. A quantidade de passes para distribuir a vazão o total do fluido de processo dentro de um forno é definida em funçã ção o da carga térmica t e da velocidade requerida para o produto a ser aquecido. 20

11 Principais Perturbações Vazão do produto Temperatura de entrada Qualidade do produto Poder calorífico do combustível Pressão do gás combustível Retirada de operação dos queimadores 21 Controle de Temperatura 22

12 Controle de Temperatura Os fornos controlam a temperatura de saída do produto manipulando a vazão o de combustível para os queimadores. Os queimadores possuem restriçõ ções quanto à sua pressão o de operaçã ção. A temperatura de saída do produto é realizado após s a junçã ção o dos passes. Pode ser necessário monitorar e controlar a dispersão o da temperatura dos diversos passes. 23 Controle de temperatura Restriçã ção: se o produto for levado a uma temperatura muito alta pode ocorre uma degradaçã ção o do mesmo, como no caso das reaçõ ções de craqueamento e formaçã ção o de coque no interior dos tubos. 24

13 Formação de Coque O coque formado é um isolante e dificulta a transferência ncia de calor. Para manter a mesma temperatura do produto deve-se queimar mais combustível e a temperatura de parede dos tubos aumenta (TI de skin ). O coque formado também é uma restriçã ção o ao escoamento, aumentando a perda de carga (ou diferencial de pressão) do sistema. 25 Controle da Combustão (TIC) Priorizar a queima de gás ou óleo. 26

14 Controle do Gás Combustível 27 Controle de Fornos Cargas Balanceamento Tiragem (PIC) 28

15 Controle do ar para Combustão Os queimadores podem ser auto- aspirados, isto é,, aumentando-se a vazão o de combustível eles automaticamente aspiram mais ar do ambiente, de forma a manter uma razão ar/combustível adequada. Ou existe um soprador de ar cuja vazão deve ser controlada. 29 Desempenho dos Queimadores 30

16 Controle Forno Controle de Tiragem Natural Vapor de Abafamento 31 Forno com pré-aquecimento de ar Tiragem Induzida Tiragem Forçada 32

17 Forno com pré-aquecimento de ar 33 Controle Fornos - Limite cruzado Vazão de gás combustível Controle de Carga (TIC) Analisador O 2 Vazão de ar Damper de ar 34

18 Controle Fornos - Limite cruzado 35 Forno (Implementação errada limite cruzado) Observou-se também que o limite cruzado atualmente configurado no SDCD instabiliza o sistema quando o override override de pressão alta de gás combustível atua. Isto ocorre em função do TIC não perceber a atuação do PIC (override( override) ) e continuar aumentando a sua saída e portanto aumentando a vazão de ar que resfria o forno sem limites. O operador é obrigado a abrir a malha de controle neste caso. 36

19 Excesso de Oxigênio 37 Controle Antecipatório M PROCESSO X Variável Manipulada TIC M G FFW PROCESSO + TIC Variável Manipulada 38

20 Controle Antecipatório 39 Controle Avançado de Fornos (Balanceamento, O 2 ) 40

21 Controle Avançado de Fornos (Balanceamento, O 2 ) 41 Plano Introdução Projeto de Sistemas de Controle Tipos de Controladores PID Dinâmica dos Processos Estratégias de Controle Regulatório Avançado Sintonia de Controladores PID Exemplos e Trabalhos Práticos Controle de Trocadores de Calor Conclusões 42