Calcolatore del Tasso di Fuga del Preriscaldatore d'Aria (APH)

Quella che chiamiamo perdita dell'APH (aeroprecaldatore) è spesso l'infiltrazione del flusso d'aria in pressione verso il lato dei gas di combustione. Negli aeroprecaldatori rigenerativi, specialmente quelli rotativi di tipo Ljungström, questa non è una situazione sconosciuta. Mentre il rotore ruota, i gas caldi di combustione passano da un lato e l'aria di combustione dall'altro. In mezzo ci sono elementi di tenuta, piastre di settore, giochi radiali e assiali. Con l'aumento delle ore di esercizio, questi giochi cambiano. A volte la regolazione si sposta, a volte l'elemento di tenuta si usura, a volte le condizioni di carico fanno sembrare la misura peggiore di quanto non sia.

Questo strumento di calcolo viene utilizzato per determinare approssimativamente il tasso di perdita osservando i valori di O₂ o CO₂ all'ingresso e all'uscita dell'APH. Se sono note direttamente la portata d'aria di perdita e la portata dei gas di combustione, si può utilizzare anche il metodo delle portate. Nei sistemi con lato A e lato B (due aeroprecaldatori in parallelo), i due lati possono essere confrontati separatamente. In questo modo ci si avvicina più alla domanda 'quale lato sembra più problematico?' piuttosto che 'c'è una perdita?'

Significato pratico della perdita dell'APH

L'aria che fuoriesce dalla tenuta dell'APH può sembrare un dettaglio minore nelle prestazioni della caldaia, ma il suo impatto si avverte in diversi punti. Quando aria aggiuntiva si mescola ai gas di combustione, l'O₂ all'uscita dell'APH aumenta, mentre la CO₂ si diluisce, quindi diminuisce. Il ventilatore a tiraggio indotto (ID fan) deve trasportare un volume maggiore. Le velocità sul lato dei gas di combustione cambiano. Quando si calcola il rendimento, i valori di ossigeno misurati possono essere interpretati diversamente rispetto alla realtà.

Se sul display DCS si vede che l'O₂ dopo l'APH è aumentato rispetto a prima dell'APH, uno dei primi sospetti è la perdita d'aria dell'APH. Naturalmente, non è corretto fare una diagnosi diretta. Potrebbe essere che la linea di campionamento perda, che la calibrazione dell'analizzatore sia slittata, o che il carico sia appena cambiato. Ma se l'aumento di O₂ è regolare e ripetibile, è necessario controllare il lato dell'APH.

Per la CO₂ vale un ragionamento simile. La miscelazione dell'aria diluisce i gas di combustione, quindi il valore di CO₂ all'uscita dell'APH diminuisce. Alcuni operatori si basano sull'O₂, altri effettuano un controllo incrociato con la CO₂. Vedere entrambi insieme è spesso più comodo; se uno non corrisponde all'altro, si sospetta prima la misurazione.

Visualizzare la direzione del flusso

Immaginiamo una sezione semplice. Da un lato, i gas caldi di combustione entrano nell'APH, cedono il calore agli elementi del rotore ed escono. Dall'altro lato, l'aria fredda di combustione arriva, si riscalda e va alla caldaia. Quando la pressione sul lato dell'aria è più alta, tende a infiltrarsi nel lato dei gas di combustione attraverso eventuali spazi.

Misure e Inserimento Dati

Nel calcolatore, devi prima selezionare il metodo. Se è selezionato il metodo O₂, si inseriscono i valori di O₂ all'ingresso e all'uscita dell'APH. Se è selezionato il metodo CO₂, si utilizzano i valori di CO₂ degli stessi punti. Nel metodo delle portate, sono necessarie la portata d'aria di perdita e la portata dei gas di combustione. Nel confronto A/B, i valori di O₂ di ingresso e uscita per il lato A e il lato B vengono inseriti separatamente.

Qui il punto più critico è la base di misura. Se il valore di O₂ in ingresso è su base secca e il valore di O₂ in uscita su base umida, il risultato non è tecnicamente valido. Lo stesso vale per la CO₂. Il calcolatore non effettua automaticamente la conversione base secca/umida; è necessario inserire entrambi i lati sulla stessa base di misura. Questo avvertimento può sembrare noioso, ma è una delle cause che più spesso compromette i risultati sul campo.

Un altro aspetto è la tempistica della misura. I valori di ingresso e uscita dell'APH devono rappresentare le stesse condizioni operative. Non è una buona idea calcolare la perdita con valori rilevati mentre il carico della caldaia cambia, il valore di O₂ varia o la serranda del ventilatore si muove. Osservare valori stabili per alcuni minuti è più affidabile di un singolo screenshot istantaneo.

Coefficiente di correzione

Nei metodi O₂ e CO₂, il coefficiente di correzione predefinito è 0,9. Questo coefficiente può essere considerato un fattore di correzione utilizzato nei calcoli pratici sul campo. Puoi modificarlo in base alla procedura dell'impianto, alle note di prova o al tuo metodo di accettazione.

Qui è importante non 'abbellire' il risultato con il coefficiente. Se la procedura indica 0,9, si usa 0,9. Se è definito un altro valore, si inserisce quello. In un calcolo da report, deve essere chiaramente indicato con quale criterio è stato scelto il coefficiente.

Metodi di calcolo

Il metodo O₂ è il controllo rapido più utilizzato. La logica è: se l'O₂ all'uscita dell'APH è aumentato rispetto all'ingresso, questo aumento può essere correlato all'effetto dell'aria di perdita. Nel calcolo, la percentuale di ossigeno nell'aria è praticamente considerata 21.

Ad esempio, supponiamo che il valore di O₂ in ingresso all'APH sia 2,8%, quello in uscita sia 5,7% e il coefficiente di correzione sia 0,9. La differenza di O₂ è di 2,9 punti. Calcolo: \( \frac{2{,}9}{21 - 5{,}7} \times 0{,}9 \times 100 \). Il risultato è circa %17,06.

Non possiamo dire che questo valore da solo indichi 'quel componente è difettoso'. Ma è assolutamente ragionevole affermare che è necessario effettuare un controllo della tenuta sul lato dell'APH.

Metodo CO₂

Nel metodo CO₂ si utilizzano i valori di CO₂ all'ingresso e all'uscita. Poiché la miscela di aria diluisce la CO₂, il valore di CO₂ all'uscita dell'APH diminuisce. Il calcolo viene effettuato rapportando questa diminuzione al valore di CO₂ in uscita.

Per fare un esempio, se CO₂ in ingresso è 14%, CO₂ in uscita è 12% e il coefficiente di correzione è 0,9, il calcolo è \( \frac{2}{12} \times 0{,}9 \times 100 \). Il risultato è %15.

Se il metodo O₂ fornisce un risultato intorno al 17% e il metodo CO₂ intorno al 15%, questi due valori possono essere considerati vicini. Ma se uno dice 5% e l'altro 25%, prima di incolpare il calcolatore, è necessario controllare il sistema di campionamento. Potrebbe esserci condensa, perdite, deriva della calibrazione o un punto di campionamento sbagliato nella linea dell'analizzatore.

Metodo delle portate

Il metodo delle portate sembra più diretto: dividi la portata d'aria di perdita per la portata dei gas di combustione e converti in percentuale. Se la portata d'aria di perdita è 10 e la portata dei gas di combustione è 100, il risultato è %10.

Ma qui la questione delle unità è importante. Le due portate devono essere sulla stessa base. Se entrambe sono in Nm³/h, non ci sono problemi, ma se una è in kg/h e l'altra in m³/h, non si può fare un rapporto diretto. Entrano in gioco correzioni di temperatura, pressione e densità. Sulla carta, il metodo delle portate è il più breve; nella pratica, trovare buoni dati di portata è a volte la cosa più difficile.

Confronto A/B O₂

Il confronto A/B è particolarmente utile negli schemi APH a due lati. A volte il tasso di perdita totale da solo non dà allarme, ma uno dei lati funziona in modo significativamente peggiore. Questa differenza fornisce un buon indizio al team di manutenzione.

Ad esempio, supponiamo che sul lato A l'O₂ in ingresso sia 2,8% e in uscita 5,7%. Sul lato B, l'O₂ in ingresso è ancora 2,8% e in uscita 4,5%. Con un coefficiente di correzione di 0,9, il lato A risulta circa %17,06, il lato B circa %9,27. La differenza è %7,79.

Con una tale differenza, entrano nella lista di controllo: la tenuta radiale sul lato A, la tenuta assiale, la regolazione della piastra di settore, il gioco del rotore o le perdite locali dei condotti. Dire 'il lato A è sicuramente difettoso' sarebbe troppo duro; ma il lato A merita un'ispezione più attenta.

Interpretazione dei risultati

Se il tasso di perdita è basso, l'aeroprecaldatore è considerato più sano. All'aumentare del valore, possono essere influenzati il carico del ventilatore, la portata dei gas di combustione, la perdita di calore e le interpretazioni delle misure. Tuttavia, non è corretto prendere una decisione definitiva basandosi su un singolo valore percentuale. Lo stesso APH può comportarsi diversamente a carichi diversi. La regolazione della tenuta può cambiare tra condizioni calde e fredde. La deformazione del rotore o l'accumulo di cenere possono influenzare la misura.

Pertanto, il risultato deve essere letto come un indicatore, non come una diagnosi. Un buon approccio sul campo di solito procede così: prima verifica la misura, poi ripetila nelle stesse condizioni, quindi confronta con O₂ e possibilmente con CO₂, infine passa al controllo meccanico. Se la misura non è corretta, il team meccanico viene inviato inutilmente all'interno dell'APH; nessuno lo vuole.

Quale valore è considerato alto?

Non esiste una risposta univoca a questa domanda. Il tipo di APH, la progettazione della caldaia, il carico operativo e i valori di accettazione del produttore sono importanti. Tuttavia, nella pratica, all'aumentare del tasso di perdita, aumenta anche il livello di attenzione. La nota di valutazione nel calcolatore, pertanto, non deve essere letta come un criterio di accettazione definitivo, ma come un rapido avviso sul campo.

Ad esempio, un valore intorno al 5% e uno intorno al 17% non vengono valutati allo stesso modo. Quando si vede il 17%, è logico procedere con la ripetizione della misura, il confronto A/B e il controllo della tenuta. Ma è necessario interpretarlo insieme alla procedura operativa.

Se i risultati di O₂ e CO₂ divergono

Se i metodi O₂ e CO₂ danno risultati molto diversi, il primo sospetto dovrebbe essere sul lato della misura. Potrebbe essere che le basi secca/umida siano confuse. Le misure di ingresso e uscita potrebbero non essere state prese contemporaneamente. Uno degli analizzatori potrebbe essere deviato. La sonda di campionamento potrebbe trovarsi in un punto del condotto con scarsa rappresentatività.

In una situazione del genere, prima di discutere il risultato del calcolo, è necessario discutere la catena di misura. Nel calcolo della perdita dell'APH, la qualità dei dati ha più peso della formula.

Brevi note d'uso

Nel calcolo O₂, il valore 21 deve essere considerato come l'accettazione pratica della percentuale di ossigeno nell'aria. In alcune fonti si vede 20,9; questa differenza può essere discussa in test di precisione. La formula O₂ in questo calcolatore funziona con l'accettazione 21. L'importante è utilizzare la stessa accettazione in modo coerente e indicarlo nel report.

Non si devono confondere la base secca e la base umida. So che questo punto sembra ripetitivo, ma è davvero la fonte di maggiori errori nel calcolo della perdita dell'APH. Se lo strumento di misura fornisce base secca, i valori di ingresso e uscita devono essere inseriti in base secca. Se è base umida, entrambi devono essere in base umida.

Se la perdita risulta alta, prima si controllano i dati. Il punto di misura è corretto? L'analizzatore è calibrato? Il carico è stabile? I valori di O₂ e CO₂ rappresentano lo stesso intervallo di tempo? Se questi sono a posto, si passa al controllo meccanico. Si esaminano in sequenza: regolazione delle tenute, giochi del rotore, piastre di settore, collegamenti dei condotti e possibilità di perdite locali.

In breve, il calcolo del tasso di perdita dell'APH non consiste solo nel ricavare una percentuale da pochi numeri. La formula è veloce; il vero lavoro è assicurarsi che la misura sia affidabile. Se utilizzato con dati corretti, fornisce al team di manutenzione una direzione abbastanza chiara: c'è una perdita generale, o uno dei lati A/B sembra più problematico?