Pilotando a inicialização da caldeira em Lightspeed

May 28, 2023

Muitas centrais eléctricas de ciclo combinado estão a funcionar como centrais de pico e não como unidades de carga de base. Isso pode representar um problema para as válvulas de segurança do economizador. As válvulas de segurança operadas por piloto oferecem diversas vantagens em comparação com as válvulas de segurança acionadas por mola padrão nesta situação.

A indústria energética tem testemunhado uma série de grandes mudanças tecnológicas ao longo das últimas décadas, desde uma infra-estrutura do século XX que era dominada por centrais a carvão e nucleares até ao fornecimento de energia mais eficiente e amigo do ambiente que existe hoje. Uma grande redução no custo do gás natural impulsionou o rápido surgimento de centrais eléctricas de ciclo combinado (CCPP) que produzem maior eficiência juntamente com uma menor pegada de carbono. Durante quase 20 anos, os CCPPs têm sido a tecnologia dominante, com novas construções e aumento de capacidade em todo o mundo.

Mais recentemente, porém, a redução dos custos de produção, os prazos de construção mais curtos e os subsídios governamentais deram às fontes de energia renováveis, como a energia eólica e solar, um aumento na procura global. O crescimento desenfreado da energia renovável reduziu drasticamente a procura de novos CCPPs. De acordo com a Agência Internacional de Energia, 2015 marcou um ponto de viragem para as energias renováveis. Lideradas pela energia eólica e solar, as energias renováveis ​​representaram mais de metade de toda a nova capacidade energética instalada em todo o mundo nesse ano, e o crescimento continuou.

O aumento da capacidade total de oferta do mercado, juntamente com o menor custo operacional das energias renováveis, levou a indústria energética a transformar muitas CCPPs em unidades de “pico” para fornecer energia quando as fontes renováveis ​​não conseguem satisfazer a procura total, como quando o sol se põe às 17h. noite. Esta mudança na procura levou as CCPPs a alterar as suas operações para uma rápida disponibilidade de geração, o que se traduz num arranque e encerramento mais rápidos, e em cargas cíclicas pesadas em equipamentos importantes, tais como geradores de vapor com recuperação de calor (HRSG).

À medida que um CCPP entra em operação, a temperatura da água de alimentação é elevada, pois ela absorve o calor da exaustão da turbina a gás através de um sistema chamado economizador, antes de ser alimentada ao HRSG, onde se transforma totalmente em vapor para acionar a turbina a vapor. O economizador em si é projetado como um vaso de pressão acionado e, como tal, é exigido pelo código ASME que tenha um ou mais dispositivos de alívio de pressão no caso de ficar isolado da caldeira e precisar de exaustão independente.

Historicamente, esses dispositivos de alívio de pressão têm sido válvulas de segurança diretas, acionadas por mola e com tampa fechada. Essas válvulas de segurança com mola devem ser certificadas de acordo com as regras da Seção I do Código de Caldeiras e Vasos de Pressão ASME (BPVC), o que significa que essas válvulas devem ser projetadas, testadas e certificadas com vapor como meio fluido. No entanto, o fluido de aplicação do economizador é geralmente água em alta temperatura que ainda não passou completamente por uma mudança de fase para vapor.

Isso representa um paradoxo entre o projeto do código e a engenharia de aplicação adequada, já que os internos de vapor exigidos pelo código não são projetados para aliviar aplicações líquidas. Em muitas instalações, essas válvulas de segurança de vapor acionadas por mola resultam em um cenário de alívio comum denominado “vibração”. Chatter é um efeito de vibração induzido por uma série contínua de eventos rápidos de abertura e fechamento. Se não for tratada, a vibração pode causar rapidamente danos e vazamentos na sede da válvula e, se for suficientemente grave, pode até resultar em danos à tubulação adjacente.

Em resposta a esta tendência de válvulas economizadoras acionadas por mola danificadas e problemas de inicialização bem documentados do HRSG, o comitê ASME BPVC Seção I preparou e aprovou o Código Case 2446, permitindo que válvulas de segurança operadas por piloto (POSV) sejam usadas para proteger o economizador. A POSV tem muitas vantagens sobre uma válvula com mola nesta aplicação, incluindo as seguintes:

Os POSVs operam detectando a pressão do sistema a montante e passando essa pressão através de uma válvula piloto menor para controlar a força de fechamento que atua no disco da válvula principal. O aumento da pressão na entrada da válvula resulta em maior força de fechamento até que a válvula piloto se abra. Ao contrário das válvulas com mola que possuem uma mola que fornece uma força de fechamento independentemente da pressão de entrada, as POSVs exigem pressão de entrada para carregar a pressão na cúpula da válvula principal, o que fornece uma força de fechamento no pistão da válvula principal, que por sua vez atua no disco da válvula principal.