Procedimientos y aparato para supervisión de equipos de procesado de agua.

Un procedimiento para detectar una fuga en una caldera (10) que tiene un mecanismo automático de control de nivel de líquido en el que un líquido de control de temperatura (12) de la caldera se complementa con agua (36) de alimentación y se retira como purga (18) que comprende las etapas de:

a) medir (46) una tasa de adición de un trazador (40) químico a dicho líquido (12) de control de temperatura en la caldera (10);

b) medir (32) la tasa a la cual se retira dicha purga de la caldera, caracterizado porque el procedimiento comprende:

c) medir (32) una concentración de trazador (40) químico en dicho líquido (12) de control de temperatura en la caldera;

d) medir una tasa de complemento de agua (36) de alimentación al líquido de control de temperatura en la caldera (10);

e) determinar el cambio en la tasa de dicho complemento de agua (36) de alimentación al líquido (12) de control de temperatura en la caldera (10) tomando la derivada de dicho complemento de agua de alimentación con respecto al tiempo;

f) determinar la masa de dicho líquido (12) de control de temperatura en la caldera (10);

g) determinar el cambio de concentración de dicho trazador (40) químico en dicho líquido (12) de control de temperatura en la caldera (10) tomando la derivada de dicha concentración de trazador químico con respecto al tiempo;

h) determinar la cantidad perdida para las tasas de agua usando la fórmula siguiente:**Formula**

donde:

LK ≥ cantidad perdida para la tasa de agua;

a ≥ una variable dependiente de la caldera;

b ≥ una variable dependiente de la caldera;

t ≥ tiempo;

ChFd ≥ tasa de adición de un trazador químico a dicho líquido de control de temperatura en la caldera;

Ch ≥ concentración de trazador químico en dicho líquido de control de temperatura en la caldera;

BD ≥ tasa con la cual se retira dicha purga de la caldera;

FW ≥ tasa de complemento de agua de alimentación al líquido de control de temperatura en la caldera; y

M ≥ masa de dicho líquido de control de temperatura en la caldera;

i) comparar dicha cantidad perdida para la tasa de agua con cero; e

j) indicar una condición de fuga si dicha cantidad perdida para la tasa de agua es significativamente mayor que cero; en el que

dichas tasas se determinan como peso por unidad de tiempo.

Procedimientos y aparato para supervisión de equipos de procesado de agua Campo de la invención

La presente invención se refiere a procedimientos y sistemas para supervisar el equipo de procesado de aguas industriales. Más particularmente, la invención se refiere a la detección de fugas en el equipo de procesado de agua tales como calderas de recuperación de licor negro.

Antecedentes de la invención

Una caldera es un aparato en el que se añade agua o algún otro líquido acuoso de control de temperatura al cual se añade agua de relleno y del cual se retira la purga y se vaporiza para dar lugar a un vapor por medio de la aplicación de calor desde un horno o sistema de procesado de generación de calor. En la mayoría de los casos, el líquido de control de temperatura se pone en contacto estrecho e indirecto con el sistema de procesado para facilitar la transferencia de calor. La fuga en la caldera puede tener como resultado no solo la contaminación y obstrucción del líquido de control de temperatura y el sistema de procesado, sino también reacciones físicas no deseadas. Esto resulta particularmente cierto para las calderas de recuperación de licor negro usadas en muchas fábricas de papel. En las calderas de recuperación de licor negro, la fuga o escape del líquido acuoso de control de temperatura procedente del denominado "lado de agua" de la caldera hacia el "lado de llama" altamente cáustico, puede tener como resultado explosiones violentas.

La técnica anterior proporciona numerosas técnicas para supervisión y control de fugas en las caderas de recuperación de licores negros y otros sistemas de caldera. Estos procedimientos usan diversas técnicas, de manera más particular dos clases de procedimientos de balance de masas, agente trazador químico y balances de masas de agua. Por ejemplo, la patente de EE.UU. N°. 5.363.693; Nevruz, muestra procedimientos y un aparato para detectar fugas procedentes de sistemas de calderas de recuperación usando un balance de masas de flujos de agua de entrada y salida de la caldera. Posteriormente el procedimiento calcula los parámetros estadísticos a corto y largo plazo para el balance de flujo másico en el colector de vapor. A partir de estos cálculos, se calcula una función de ensayo-t para comprobar si la media móvil a largo plazo y corto plazo de los balances de colector de vapor es significativamente diferente, lo que a su vez indica si se está produciendo fuga alguna en la caldera. Aunque los sistemas de detección de fugas de balance de masas de agua pueden resultar eficaces, como se describe en la patente de EE.UU. 5.663.489 (Thungstromy col.), generalmente son menos sensibles que los sistemas de trazador químico y no discriminan entre fugas en las partes crítica y no crítica de la caldera.

La patente de EE.UU. N° 5.32.967 (Avallone y col.) es un ejemplo de otro procedimiento de balance de masas, concretamente los trazadores químicos. Avallone divulga un procedimiento de detección de fugas del sistema de caldera que implica introducir un trazador inerte en una proporción uniforme y conocida en el agua de alimentación, detectar una característica del trazador en la caldera en estado estacionario, convertir la característica detectada en un valor equivalente a la concentración del trazador en el líquido de control de temperatura, y activar una señal cuando exista excesiva varianza en la concentración del trazador. No obstante, el procedimiento divulgado por Avallone y col. está limitado por su requisito de que el trazador se detecte (se perciba) cuando la cadera se encuentre en estado estacionario, lo cual se dice que ocurre únicamente cuando no existe cambio significativo en ninguno de los cinco parámetros de procedimiento: la concentración del trazador en la caldera; la tasa de purga; la tasa de agua de alimentación; la tasa de alimentación del trazador en la caldera; y la tasa de vapor en ausencia de fuga en la caldera.

La patente de EE.UU. N° 5.565.619, Thungstrom y col., muestra procedimientos y un aparato para supervisar las fugas de calderas. Los procedimientos utilizan un compuesto de trazador que se añade al agua de caldera a una tasa que es proporcional a la tasa de agua de purga. La concentración esperada del trazador que abandona la caldera se calcula utilizando variables que no son de condición de equilibrio y se compara con la concentración real del trazador en la purga. Si existe una diferencia estadísticamente significativa entre las concentraciones real y esperada, se indica una condición de fuga.

Aunque este procedimiento de trazador químico es una mejora con respecto a Avallone ya que la caldera no necesita estar en un estado estacionario con el fin de detectar fugas, se han descubierto dos cuestiones relacionadas con este procedimiento. En primer lugar, este procedimiento asume que la masa de agua de la caldera es constante a medida que se producen cambios en la carga de vapor. Con fugas muy pequeñas, los cambios en la masa de agua de la caldera con cambios en la carga pueden conducir a falsas alarmas debido a cambios en la concentración de trazador. En segundo lugar, resulta difícil aplicar procedimientos estadísticos al rendimiento del procedimiento.

Por consiguiente, sigue siendo necesario en la técnica un sistema de detección de fugas basado en el trazador químico que no asuma que la masa de agua de la caldera sea constante y que pueda operar con controlador automático de nivel de agua. Además, es necesario un sistema de detección de fugas basado en trazador químico cuyo rendimiento se puede usar con procedimientos estadísticos.

Sumario de la invención

La presente invención proporciona procedimientos y sistemas para la detección de fugas en calderas a las cuales se añade un líquido de control de temperatura y de las cuales se retira un líquido, estando los procedimientos y sistemas de acuerdo con las reivindicaciones adjuntas del presente documento.

Por medio de la determinación del cambio en la tasa de complemento de agua de alimentación y el cambio en la concentración del trazador químico en el agua de la caldera, se pueden combinar estos números con las mediciones de tasa, masa y concentración para determinar la parte que no se ha tenido en cuenta para la tasa de agua (es decir, fuga).

Breve descripción del dibujo

La Figura 1 adjunta es una representación esquemática de un sistema de control de caldera de acuerdo con la

invención.

Descripción detallada de la invención

La presente invención proporciona procedimientos y sistemas para detectar una fuga en una caldera que tiene un mecanismo automático de control de nivel de líquido en el que un líquido de control de temperatura de la caldera se complementa con agua de alimentación y se retira en forma de purga que comprende las etapas de:

a) medir una tasa de adición de un trazador químico a dicho líquido de control de temperatura en la caldera;

b) medir la tasa de retirada de dicha purga a partir de la caldera; caracterizada porque el procedimiento además comprende

c) medir una concentración del trazador químico en dicho líquido de control de temperatura en la caldera;

d) medir una tasa de complemento de agua de alimentación al líquido de control de temperatura en la caldera;

e) determinar el cambio en la tasa de dicho complemento de agua de alimentación con respecto al líquido de control de temperatura en la caldera tomando la derivada de dicho complemento de agua de alimentación con respecto al tiempo;

f) determinar la masa de dicho líquido de control de temperatura en la caldera;

g) determinar el cambio de la concentración de dicho trazador químico en dicho líquido de control de temperatura en la caldera tomando la derivada de dicha concentración de trazador químico con respecto a tiempo;

h) determinar la parte perdida de las tasas de agua usando la fórmula siguiente:

LK = a*

ChFd

Ch

-BD-b*

d(FW) d(ln(Ch))

dt dt

donde:

LK = parte perdida de la tasa de agua; a = una variable dependiente de la caldera; b = una variable dependiente de la caldera t = tiempo;

ChFd = tasa de adición de un trazador químico a dicho líquido de control de temperatura en la caldera;

Ch = concentración de trazador químico en dicho líquido de control de temperatura en la caldera;

BD = tasa con que dicha purga se retira de la caldera;

FW = tasa de complemento de agua de alimentación con respecto al líquido de control de temperatura en la caldera; y

M = masa de dicho líquido de control de temperatura en la caldera;

i) comparar dicha parte perdida para la tasa de agua frente a cero; e

j) indicar la condición... [Seguir leyendo]

1. Un procedimiento para detectar una fuga en una caldera (1) que tiene un mecanismo automático de control de nivel de liquido en el que un liquido de control de temperatura (12) de la caldera se complementa con agua (36) de alimentación y se retira como purga (18) que comprende las etapas de:

a) medir (46) una tasa de adición de un trazador (4) químico a dicho líquido (12) de control de temperatura en la caldera (1);

b) medir (32) la tasa a la cual se retira dicha purga de la caldera, caracterizado porque el procedimiento comprende:

c) medir (32) una concentración de trazador (4) químico en dicho líquido (12) de control de temperatura en la caldera;

d) medir una tasa de complemento de agua (36) de alimentación al líquido de control de temperatura en la caldera

(1);

e) determinar el cambio en la tasa de dicho complemento de agua (36) de alimentación al líquido (12) de control de temperatura en la caldera (1) tomando la derivada de dicho complemento de agua de alimentación con respecto al

tiempo;

f) determinar la masa de dicho líquido (12) de control de temperatura en la caldera (1);

g) determinar el cambio de concentración de dicho trazador (4) químico en dicho líquido (12) de control de temperatura en la caldera (1) tomando la derivada de dicha concentración de trazador químico con respecto al tiempo;

h) determinar la cantidad perdida para las tasas de agua usando la fórmula siguiente:

LK = a*ChFd_BD b* Ch

d(FW) M,d(ln(Ch)) dt dt

donde:

LK = cantidad perdida para la tasa de agua; a = una variable dependiente de la caldera; b = una variable dependiente de la caldera; t = tiempo;

ChFd = tasa de adición de un trazador químico a dicho líquido de control de temperatura en la caldera;

Ch = concentración de trazador químico en dicho liquido de control de temperatura en la caldera;

BD = tasa con la cual se retira dicha purga de la caldera;

FW = tasa de complemento de agua de alimentación al líquido de control de temperatura en la caldera; y M = masa de dicho líquido de control de temperatura en la caldera;

i) comparar dicha cantidad perdida para la tasa de agua con cero; e

j) indicar una condición de fuga si dicha cantidad perdida para la tasa de agua es significativamente mayor que cero; en el que

dichas tasas se determinan como peso por unidad de tiempo.

2. El procedimiento de la reivindicación 1, en el que dicho líquido (12) de control de temperatura se retira de forma adicional como vapor.

3. El procedimiento de la reivindicación 1, en le que dicha medición de las etapas (a), (c) y (d) es por medio de caudalímetros.

4. El procedimiento de la reivindicación 1, en el que dichas determinaciones de las etapas (e) y (g) se llevan a cabo por ordenador (28).

5. El procedimiento de la reivindicación 1, en el que dicha caldera (1) es una caldera de recuperación de licor negro.

6. El procedimiento de la reivindicación 1, en el que dicho trazador (4) químico es un compuesto de metal de transición.

7. El procedimiento de la reivindicación 6, en el que dicho trazador (4) químico es un compuesto que contiene molibdeno.

8. El procedimiento de la reivindicación 7, en el que dicho trazador (4) químico es una sal de molibdeno.

9. El procedimiento de la reivindicación 8, en el que dicho trazador (4) químico es molibdato de sodio.

1. El procedimiento de la reivindicación 1, en el que dicho trazador (4) químico es una sustancia química que contiene litio o fosfato.

11. El procedimiento de la reivindicación 1, en el que la variable a dependiente de la caldera se obtiene de acuerdo con la fórmula

a = BD*

Ch

ChFd

12. Un sistema para detectar una fuga en una caldera (1) en el que se complementa un líquido de control de temperatura de la caldera con agua (36) de alimentación y se retira como purga (18) que comprende:

un medio (46) para medir una tasa de adición de un trazador (4) químico a dicho líquido (12) de control de temperatura en la caldera;

un medio (34) para medir una tasa con la cual se retira dicha purga de la caldera, caracterizado porque dicho sistema comprende además:

un medio (32) para medir una concentración de trazador (4) químico en dicho líquido (12) de control de temperatura en la caldera;

un medio para medir una tasa de complemento de agua de alimentación al líquido (12) de control de temperatura en la caldera (1);

un medio para determinar el cambio en la tasa de dicho complemento de dicho agua (36) de alimentación al líquido (12) de control de temperatura en la caldera (1) tomando la derivada de dicho complemento de agua de alimentación con respecto al tiempo;

un medio para determinar la masa de dicho líquido (12) de control de temperatura en la caldera (1);

un medio para determinar el cambio de concentración de dicho trazador (4) químico en dicho líquido (12) de control de temperatura en la caldera (1) tomando la derivada de dicha concentración de trazador químico con respecto a tiempo;

un medio para comparar dicha cantidad perdida para la tasa de agua con cero; y

un medio para indicar una condición de fuga si dicha cantidad perdida para la tasa de agua es significativamente mayor que cero; en el que

dichas tasas se determinan como peso por unidad de tiempo; y la cantidad perdida para las tasas de agua usando la fórmula siguiente:

LK =a*

ChFd

Ch

-BD-b*

d(FW)

dt

« d(ln(Ch)) dt

donde:

LK = cantidad perdida para la tasa de agua; a = una variable dependiente de la caldera; b = una variable dependiente de la caldera; t = tiempo;

ChFd = tasa de adición de un trazador químico a dicho líquido de control de temperatura en la caldera; Ch = concentración del trazador químico en dicho líquido de control de temperatura en la caldera;

BD = tasa con la cual se retira dicha purga de la caldera;

FW = tasa de complemento de agua de alimentación al líquido de control de temperatura en la caldera; y 5 M = masa de dicho líquido de control de temperatura en la caldera;