Diseo de una planta de gasificacin de lodos de EDARPg. 1 Resumen LaempresaSGTS.A.gestionaeltratamientodeaguasmediantedosEDARsituadasen RubyMatar,conlaconsecuenteproduccindefangos.Estosfangossonsecadosy conducidos a un vertedero, con el gasto que supone. Se plantea la revalorizacin energtica de este fango mediante un proceso de gasificacin, para el aprovechamiento del gas de sntesis generado y la simultnea disminucin de los residuos slidos de las EDAR. El gas est formado en diferentes proporciones por H2, CO, CH4, CO2 entre otros y es utilizable en motores adaptados a combustible de bajo PCI. Partiendodeunaprimerafasedelproyectoyarealizada,queestablecaeltipode gasificador,lasvariablesdefuncionamientoylaviabilidaddelproceso,seprocedeala realizacin de una parte de la ingeniera de detalle y del libro de proceso. Deestemodo,elproyectopretendedimensionarloselementosprincipalesdelaplanta donde se llevar a cabo el proceso de gasificacin. Se aborda el escalado industrial de los diferentesequiposinmersosenelprocesocomosonelgasificador,losciclonesydems elementos de acondicionamiento del gas y la caldera de recuperacin. Asimismo, se presta especial atencin al sistema de alimentacin del reactor y la descarga de cenizas. Elreactordegasificacinyelsistemadealimentacinserndescritosydiseadoscon detalle(ProEngineerWildfire).Elrestodeequipospuedenconstruirseconpequeas modificaciones de las soluciones estndar utilizadas normalmente. Posteriormentesehacemencinalsistemadecontroleinstrumentacinnecesarios,as comoalosaspectosdeseguridad(medianteanlisisderiesgosypuntoscrticos)ylos posibles impactos medioambientales con sus posibles medidas correctoras. Pg. 2Memoria Diseo de una planta de gasificacin de lodos de EDARPg. 3 0Sumario RESUMEN___________________________________________________ 1 0SUMARIO _______________________________________________ 3 1PREFACIO ______________________________________________ 7 1.1Origen del proyecto ........................................................................................7 1.2Motivacin.......................................................................................................7 2INTRODUCCIN__________________________________________ 9 2.1Objetivo del proyecto......................................................................................9 2.2Alcance del proyecto......................................................................................9 3ESTUDIO PRELIMINAR DE LA GASIFICACIN________________ 11 3.1Pre-tratamiento del fango.............................................................................11 3.2Gasificacin..................................................................................................12 3.2.1Tipos de gasificadores .................................................................................... 14 3.2.2Tipos de agentes gasificantes ........................................................................ 15 3.2.3Variables de funcionamiento........................................................................... 16 4ESCALADO PARA UNA PLANTA DE 100.000 MG/AO._________ 19 4.1Sistema de alimentacin..............................................................................19 4.2Gasificador ...................................................................................................21 4.2.1Medicin de caudal y presin.......................................................................... 24 4.2.2Sistema de descarga de cenizas .................................................................... 25 4.3Acondicionamiento del gas ..........................................................................26 4.3.1Ciclones .......................................................................................................... 26 4.3.2Filtro cermico................................................................................................. 28 4.3.3Lavador de gases o Scrubber ......................................................................... 28 4.3.4Secador........................................................................................................... 29 4.4Aprovechamiento energtico........................................................................30 4.4.1Caldera de recuperacin................................................................................. 30 4.4.2Precalentador de aire...................................................................................... 32 4.5Seleccin de materiales ...............................................................................33 5EVALUACIN Y SELECCIN DE POSIBLES SUMINISTRADORES 37 6SELECCIN DE LOS EQUIPOS AUXILIARES_________________ 39 6.1Mquina peletizadora...................................................................................39 Pg. 4Memoria 6.2Depsitos ..................................................................................................... 39 6.3Bomba de tornillo......................................................................................... 40 6.4Sistema de alimentacin de aire.................................................................. 40 6.5Sistema de alimentacin de agua ............................................................... 40 6.6Sistema de refrigeracin.............................................................................. 40 6.7Sistema elctrico.......................................................................................... 41 6.8Sistema de control ....................................................................................... 41 6.9Equipo desulfurador (con sistema Claus).................................................... 41 6.10Motor ............................................................................................................ 41 7SISTEMA DE CONTROL E INSTRUMENTACIN ______________ 43 7.1Sistema de control ....................................................................................... 43 7.2Instrumentacin ........................................................................................... 45 7.2.1Medidores de temperatura.............................................................................. 45 7.2.2Medidores de caudal....................................................................................... 47 7.2.3Medidores de presin y nivel........................................................................... 47 7.3Anlisis del gas ............................................................................................ 48 8ASPECTOS DE SEGURIDAD ______________________________ 51 8.1Anlisis de riesgos y puntos crticos de control ........................................... 51 8.1.1Metodologa del anlisis.................................................................................. 51 8.2Medidas de seguridad.................................................................................. 56 8.2.1Seguridad en el diseo ................................................................................... 57 8.2.2Seguridad en la operacin.............................................................................. 59 8.2.3Seguridad en el mantenimiento ...................................................................... 61 8.2.4Sistema contra incendios................................................................................ 62 9ESTUDIO DE IMPACTO AMBIENTAL________________________ 65 9.1Impactos potenciales y medidas correctoras .............................................. 65 9.1.1Atmsfera........................................................................................................ 65 9.1.2Aguas.............................................................................................................. 68 9.1.3Residuos......................................................................................................... 69 9.1.4Ruido............................................................................................................... 70 9.1.5Olores ............................................................................................................. 71 9.1.6Medio natural y paisaje ................................................................................... 71 9.1.7Impactos positivos........................................................................................... 71 9.2Vigilancia ambiental ..................................................................................... 72 9.2.1Verificacin inicial de los impactos.................................................................. 72 9.2.2Control de los resultados de la aplicacin de medidas ................................... 74 Diseo de una planta de gasificacin de lodos de EDARPg. 5 9.2.3Plan de inspecciones de las instalaciones...................................................... 75 CONCLUSIONES ____________________________________________ 75 BIBLIOGRAFA______________________________________________ 79 A. ANEXO DE CLCULO I _____________________________________ 81 A.1.Clculo gasificador ..........................................................................................81 A.1.1. Dimensiones ...................................................................................................... 81 A.1.2. Diseo................................................................................................................ 84 A.2. Clculo del distribuidor ...................................................................................86 A.2.1. Nmero de orificios............................................................................................ 86 A.2.2. Espesor.............................................................................................................. 88 A.3.Clculo del sistema de ciclones ......................................................................91 A.3.1. Dimensionamiento ............................................................................................. 91 A.3.2. Prdidas de carga.............................................................................................. 92 A.4. Clculo de la caldera y el precalentador ........................................................95 A.4.1. Clculo de la diferencia efectiva de temperaturas ............................................. 95 A.4.2. Dimensionamiento de la caldera........................................................................ 96 A.4.3. Dimensionamiento del precalentador ................................................................ 98 B. ANEXO DE CLCULO II ___________________________________ 101 B.1. Caracterizacin de la materia prima a utilizar (fango seco). ........................101 B.1.1. Anlisis elemental ............................................................................................ 101 B.1.2. Anlisis inmediato............................................................................................ 102 B.1.3.Estudio de la cintica de pirlisis ...................................................................... 103 B.1.4. Estudio hidrodinmico...............................................................................106 C. ANEXO DE CLCULO III___________________________________ 107 C.1. Balance Gasificador .....................................................................................107 C.2. Balance Ciclones y Filtros Cermico ...........................................................108 C.3. Balance Intercambiador Gas-Vapor de Agua..............................................109 C.4. Balance Intercambiador Gas-Agua..............................................................110 C.5. Balance Intercambiador Vapor-Aire.............................................................111 C.6. Balance Limpieza Gas (Secador) ................................................................112 D. PRESUPUESTO__________________________________________ 113 E. DIAGRAMA DE FLUJO ____________________________________ 115 F. PLANOS DE DETALLE ____________________________________ 117 Pg. 6Memoria Diseo de una planta de gasificacin de lodos de EDARPg. 7 1Prefacio 1.1Origen del proyecto LaempresaSGTS.A.gestionadosplantasdesecadodefangosdedepuradora,el productodellascualesactualmenteseconduceavertedero.Laempresaseplanteala posiblerevalorizacindeesteresiduomediante unproceso de gasificacin, tecnologa en fase de estudio con pocos precedentes en el estado espaol. Tras un convenio entre SGT S.A. y la UPC se inici el proyecto en abril 2005. 1.2MotivacinLosresiduosgeneradosporlasociedadmodernaconstituyenunproblema;ocupan espacio,emitenoloresygasesnocivos,tantoparalasaludcomoparaelmedioambiente (efecto invernadero). Adems pueden dar lugar a lixiviados contaminantes. Es importante, enprimerlugartratardereducirlageneracinderesiduos,ensegundolugarreciclaral mximo los materiales utilizados y por ltimo gestionar y tratar los residuos generados para paliar tales efectos nocivos. Eltratamientoderesiduosconaprovechamientodesucontenidoenergticopermite integrarlosenelprocesoproductivoaltiempoquereduceelconsumoderecursos naturales. El reaprovechamiento energtico de los residuos implica: -una disminucin del volumen y la masa del residuo slido final -una fuente de energa-una reduccin de la utilizacin de los recursos naturales Porlodichoanteriormente,enmomentosenlosqueseestapostandoporfuentesde energa limpias, la biomasa tiene un espacio importante. Pg. 8Memoria Diseo de una planta de gasificacin de lodos de EDARPg. 9 2Introduccin2.1Objetivo del proyecto Elpresenteproyectofindecarreraeslasegundapartedeunproyectocuyoobjetivoes elaborara la ingeniera bsica de una planta de gasificacin de lodo seco de EDAR para el tratamiento de 28.000 Mg/ao de lodo seco. El objetivo de esta segunda fase es realizar el escaladoindustrial,eldiseodedetalledelosequiposprincipalesylaespecificacindel resto de equipos. Objetivos especficos son: -Conseguir una buena integracin energtica-Reducir el impacto ambiental -Obtener una rentabilidad econmica aceptable 2.2Alcance del proyecto El proyecto parte de un proyecto anterior que contiene: -Establecimiento de los datos de partida:estudio de fases previas a la gasificacin: secado, peletizacin.caracterizacindelamateriaprima:anlisis elemental e inmediato, estudio delacinticadepirlisis,determinacindepodercalorfico,estudio hidrodinmico de los dos tipos de fangos considerados. -Anlisis terico de las etapas del proyecto y estudio de alternativas. -Desarrollo tcnico del proceso de gasificacin: Esquema de bloques preliminar Balances de materia y energa de las diferentes etapas del proceso Diagrama de flujo Pg. 10Memoria Diagrama de instrumentos -Anlisiselementaldelaseguridadycondicionesgeneralesparalapuestaen marcha, paradas y emergencias de la planta. -Evaluacin econmica de la solucin propuesta. Como continuacin de dicho proyecto y, finalizacin del proyecto encomendado, trataremos los siguientes puntos: -Dimensionado y diseo detallado del reactor. -Planos de detalle del gasificador. -Dimensionadoyseleccindeequiposnecesariosparaeltratamientode28.000 Tm/ao de fango seco. -Seleccin de los equipos auxiliares. -Aspectos de seguridad y medioambientales. -Presupuesto del proyecto. Diseo de una planta de gasificacin de lodos de EDARPg. 11 3Estudio preliminar de la gasificacinEnelprocesodegasificacindelfangosecodeEDARsepuedendiferenciarcuatro etapas, que a continuacin se enumeran: -Pre-tratamiento del fango -Gasificacin -Acondicionamiento del gas -Recuperacin energtica / Conversin a energa mecnica. En los siguientes apartados se analizan cada una de ellas. 3.1Pre-tratamiento del fango El fango que sale de una E.D.A.R. acostumbra a contener un 20-25% de materia seca en su interior (fango hmedo). Esto significa una gran cantidad de agua presente que todava se puede recuperar. Por eso el fango hmedo se conduce a una planta de secado, donde serealizaunsecadotrmico.Deestamaneraelporcentajedemateriasecaenelfango aumenta hasta un 80%. Segncmoserealiceestesecadotrmico,elproductotendrformasdiferentes.Enel secado en lecho fluidizado (planta de Rub), el producto sale en forma de plets, pequeos grnulos que luego fluidizarn correctamente en el gasificador. En el secado en un secador rotatorio(plantadeMatar),elproductoespolvo,loquepuededarproblemas posteriormente. Una solucin para el fango de Matar sera el uso de un equipo peletizador. Se trata de un equipo que compacta el fango y lo comprime para que pase por una rejilla. Unas palas van cortandoelfangosalienteentrozospequeos,losplets.Deestemodotodaslas partculas en el gasificador tienen aproximadamente el mismo dimetro y fluidizan igual. Pg. 12Memoria 3.2Gasificacin Lagasificacinesunprocesoenelqueseconvierte,medianteoxidacinparciala temperatura elevada, una materia prima (generalmente slida) en un gas con un moderado podercalorfico.Normalmentesetrabajaconun25-30%deloxgenonecesarioparala oxidacin completa. Esta oxidacin parcial se puede llevar a cabo utilizando aire, oxgeno, vapor o una mezcla de stos. Son susceptibles de ser gasificados aquellos materiales con un alto contenido en carbono: carbn, biomasa y residuos orgnicos. El gas obtenido contiene monxido de carbono (CO), dixido de carbono (CO2), hidrgeno (H2),metano(CH4),pequeascantidadesdeotroshidrocarburosmspesados,agua (H2O), nitrgeno (N2) cuando se usa aire como agente gasificante y diversos contaminantes comopequeaspartculascarbonosas,cenizas,alquitranesyaceites.ElCOyelH2 confierenpodercalorficoalgas,yaquepuedenreaccionarconoxgeno(combustinen caldera,motoroturbina),peroelCH4eselresponsabledegranpartedelcontenido energtico, aunque se forme en pequeas cantidades.La gasificacin de residuos orgnicos tiene lugar en tres etapas:-Secado: evaporacin de la humedad contenida en el slido-Pirlisis:descomposicintrmicaenausenciadeoxgeno.Ocurreaunos300-500C. Se desprenden los componentes ms voltiles. Debido a que la cantidad de oxgenoenelinteriordelreactoresinsuficiente,algunosdeestosvoltilesnose podrn quemar, dando lugar a alquitranes contaminantes. -Gasificacin propiamente dicha: oxidacin parcial del carbono que ha quedado tras la pirlisis. Ocurre a unos 600-1100C El proceso descrito es endotrmico, por lo que hace falta aportar energa al sistema. Esto puedehacersededosformas:obienmedianteunafuenteexternaomediantela combustin de una parte del slido a gasificar. En este ltimo caso, en el que en el interior delreactorsedanreaccionestantoendotrmicascomoexotrmicasesimportante controlar la relacin slido / aire para conseguir que el calor aportado por unas sea igual al absorbido por las otras, mantenindose la temperatura de reactor constante. Este proceso recibe el nombre de autotrmico. Diseo de una planta de gasificacin de lodos de EDARPg. 13 Las reacciones bsicas que ocurren son las siguientes: Combustin (reacciones exotrmicas): Completa: C + O2CO2 (ec. 3.1) - Hro = 393 kJ/mol Incompleta:C + 1/2 O2CO(ec. 3.2) - Hro = 110 kJ/mol Gasificacin: C + CO22 CO(ec. 3.3) - Hro = -167 kJ/mol C + 2 H2CH4(ec. 3.4) C + H2OCO + H2(ec. 3.5) - Hro = -125,4 kJ/mol Shift (exotrmica): CO + H2OCO2 + H2(ec. 3.6) - Hro = 42 kJ/mol Metanizacin: CO + 3 H2CH4 + H2O(ec. 3.7) Lamateriaprimaenpresenciadeoxgenotenderacombustionar(reaccin1).Comoel oxgenointroducidoenelreactoresinsuficiente,sefavorecelapresenciadeCOpor combustinincompleta(reaccin2).Elexcesodemateriaorgnicareaccionaconlos gases presentes (principalmente CO2 y H2O, reacciones 3 y 5). Las reacciones 5 y 6 estn favorecidasporlapresenciadevapordeaguaenelagenteoxidante,porloquela presenciadevaporfavorecelaproduccindeH2.Laformacindemetano(reaccin7), est favorecida por las altas presiones.Pg. 14Memoria 3.2.1Tipos de gasificadores -Gasificadoresdelechodescendenteofijoencontracorriente(Updraft).En estosgasificadoreselslidoesintroducidoporlapartesuperiorydesciende lentamente en contracorriente con la corriente de gas generada por la introduccin delosagentesgasificantes(aireuoxgenoyvapor)porelfondodelgasificador. Segn desciende el slido, es calentado por la corriente ascendente del gas hasta llegar a la zona de combustin donde se alcanza la mxima temperatura, sufriendo un enfriamiento posterior previo a la descarga de escorias. Con esta tecnologa se obtiene un gas bastante contaminado de alquitranes.-Gasificadoresdelechodescendenteofijoenequicorriente(Downdraft).El slidoentraporlapartesuperior,experimentandosucesivamentelosprocesosde secado y pirlisis al ser sometido a un aumento progresivo de la temperatura. Este perfil de temperaturas se debe al hecho que la conduccin del calor (y radiacin a temperaturas suficientemente elevadas) tiene lugar desde la parte inferior, donde se est generando calor mediante combustin parcial (el oxgeno est en defecto) de losproductosquelleganhastaall.Elgasobtenidoespuesdebajacalidad energtica, pero tiene la ventaja de tener un contenido bajo de alquitranes. -Gasificadoresdelechofluidizado.Elslidotrituradoseintroduceporunlateral delgasificador,dondereinaunatemperaturauniforme(parabiomasaseoperaa unos 800-900C). Los agentes gasificantes, que se introducen por la parte inferior a una velocidad alta, mantienen en suspensin las partculas de slido, formando un fluidoquesecomportacomounlquidomientrasseproducenlasreacciones.Las cenizas se extraen por la parte inferior, mientras el gas suele arrastrar partculas de slido sin quemar que en gasificadores de diseo ms avanzado suelen recogerse yrecircularesallecho.Laconversindelcarbonocontenidoenlabiomasasuele alcanzarvalores prximos al 100% si se recirculanlas cenizas volantes, lo que no suele ser econmico a pequea escala. Elvolumendegasproducidoporunidaddevolumendelreactoressuperioralde losgasificadoresdelechofijo,loquesetraduceenunmenorprecio.La composicindelgasesmuyuniforme,variandomuypococonlascondicionesde operacin debido a las buenas condiciones de transferencia de calor y materia que proporciona el lecho fluidizado. Alserlatemperaturauniformeentodoellecho,losgasessalendelgasificadora unatemperaturaelevada,loqueobligaaoptimizarcuidadosamenteelsistemade recuperacin de calor a fin de mantener un buen rendimiento trmico global. Diseo de una planta de gasificacin de lodos de EDARPg. 15 -Gasificadoresrotatorios.Elslidotroceadoesalimentadoporunextremodel gasificador,mientraselaire(conosinvapor)seintroduceen el extremo contrario por la parte inferior, de tal manera que reaccionan a contracorriente. Las cenizas se descargarnporelextremocontrarioaldecargadelslido.Debidoalabaja temperatura de salida de gases, el rendimiento trmico es bueno, pero se producen alquitranes y aceites por destilacin del slido. Paraelcasoqueseesttratandoseoptaporelgasificadordelechofluidizadosin recirculacin. 3.2.2Tipos de agentes gasificantes Se introducen para aportar calor y fluidizar el slido. Es necesario que el agente gasificante escogido contenga el oxgeno necesario para la combustin parcial del fango. -Gasificacin con aire. El gas obtenido tendr un contenido energtico bajo debido a que est diluido con el N2 del aire. -Gasificacin con oxgeno. Tiene un contenido energtico medio puesto que no se encuentradiluidoenN2comoelcasoanterior.Perotieneelinconvenientedeser caro ya que la generacin de O2 es costosa. -Gasificacin con aire / oxgeno + vapor de agua. Se obtiene un gas enriquecido en H2 y CO, por lo que aumenta el contenido energtico del gas. -Gasificacinconaire/oxgeno+catalizadores.Aumentan el rendimiento de la conversin, aunque todava se encuentran en fase de experimentacin y tienen un tiempo de vida dentro del reactor demasiado corto. Seutilizaraire+vapordeagua.Aireporquenotieneelinconvenienteeconmicodel oxgeno y vapor de agua por las mejoras que aporta.Pg. 16Memoria 3.2.3Variables de funcionamiento -Temperatura.Latemperaturadellechofluidizadoafectaalasreaccionesquese llevanacaboenl.Enunprocesodegasificacindelodosdedepuradorala temperatura estar dentro del intervalo 700-900C. Un incremento en la temperatura supone una mayor concentracin de H2 y CO, lo queaumentaelPCIdelgasproducto.Perotambinincrementalacantidadde alquitranes presentes, por lo cual tampoco convendr elevarla excesivamente. -Ratio equivalente (ER). Se define como el cociente entre la relacin msica de aire yfangointroducidaenelreactorylamismarelacinmsicadeaireyfango estequiomtrica. Puede variar entre 0,2 y 0,4.Aumentar el ER supone disminuir la cantidad de alquitranes. Aunque por otro lado, valores altos de ER hacen disminuir la produccin de gases combustibles (H2, CO, CH4), por lo que disminuye el PCI del gas. Valores de ER superiores a 0,45 haran que el gas no fuese til desde el punto de vista energtico. AssedebeutilizarunvalorsuficientementebajocomoparaasegurarunPCI aceptableylosuficientementealtocomoparaqueelcontenidodealquitranesno represente un problema, como por ejemplo ER = 0,3. -RatioH/C.Sedefinecomoelcocienteentrelosmolesdehidrgenoylosde carbonoexistentesenelgasificador,incluyendoelfangodealimentacinconsu humedadyelvapordeaguaintroducidoconelaire.Constituyeunamedidadel aguaintroducidaenelgasificadorrespectodelfango.Suvalorpuedevariarentre 1,6 y 2,3.Es conveniente un ratio H/C alto, ya que adems de aumentar el contenido de H2 y CO en el gas producto tambin disminuye la cantidad de alquitranes. Diseo de una planta de gasificacin de lodos de EDARPg. 17 El esquema por el que se ha optado finalmente es el siguiente: PELETIZACINPre-tratamientoALMACENAJE/ALIMENTACINGASIFICADOR GasificacinLIMPIEZA DE PARTCULAS (CICLONES Y FILTRO CERMICO)SISTEMA DE INTERCAMBIADORESLAVADO HMEDODESULFURIZACINSECADOAire MOTORES HumoskWhAcondicionamiento del gasRecuperacin energtica / Conversin a energa mecnica y electricidadContaminantes y condensadoGas Fro LimpioGas Caliente SucioVapor sobranteFANGO SECOAire froAire calienteAguaCenizas volantesPlletsVaporGas Fro SucioCondensadoCenizas extradas Figura 3.1. Esquema del proceso. Pg. 18Memoria Diseo de una planta de gasificacin de lodos de EDARPg. 19 4Escalado para una planta de 100.000 Mg/ao. Las 100.000 Mg/ao de fango hmedo quedan reducidas a 28.000 Mg/ao de fango seco, que ser el que tratemos en la planta.Se plantea la construccin de dos equipos idnticos en paralelo. El reactor de gasificacin y elsistemadealimentacinserndescritosydiseadoscondetalle.Elrestodeequipos puedenconstruirseconpequeasmodificacionesdelassolucionesestndarutilizadas normalmente. 4.1Sistema de alimentacinLa materia prima procedente de las plantas de secado se almacena en un depsito pulmn, previopasodelfangodeMatarporlamquinapeletizadora,conelfindegarantizarel funcionamiento en continuo de la planta. Se trataran en cada una de las lneas de trabajo unos 42000 kg al da. Las dimensiones de un depsito capaz de almacenar esta cantidad, teniendoencuentalabajadensidadaparentedelslido,seranmuygrandes.Asse dimensionarn dos depsitos de un volumen de unos 40 m3, que han de ser alimentados a lo largo del da. Losdepsitosdefangoestncolocadoshorizontalmente,deformaquelatapasuperior funcionecomoentradaparalacargaprovenientedelasdepuradoras.Elprimerdepsito tienemsde3metrosdealtura,2,5metrosdeanchoy5metrosdelargo,descritos detalladamenteenlosplanosdelanexo.Laparteinferiordeldepsitoestacopladaal tornillosinfnencargadodeladosificacindelamateriaprimaalsegundodepsito.ste, dedimensionesmsreducidas,eselencargadodelaalimentacindirectaalreactorde gasificacin. Las bombas de tornillo accionan el tornillo sinfn, que penetra perpendicularmente al eje del reactor, introduciendo el fango encima de la superficie del lecho. Este tornillo es accionado por un conjunto motor reductor, que a su vez mueve un sistema de agitacin en el depsito de fango para facilitar su evacuacin.El problema ms serio que puede ocurrir es el bloqueo de la alimentacin y la rotura de los tornillosdealimentacindebidoamaterialesextraosenlamateriaagasificar,comopor ejemplo metales o piedras. En los fangos utilizados es poco probable su presencia. Pg. 20Memoria No obstante puede ocurrir que debido al rgimen de operacin del tornillo, se comience a producirlapirolisisantesdelaentradaenelreactor(conlaconsecuenteproduccinde alquitranes) con lo que podra cortar la alimentacin y detener el proceso, por lo que se ha optado por la refrigeracin externa del tornillo, con agua mediante un encamisado. El consumo de materia prima nominal, una vez superada la etapa de secado y peletizado, esde28.000toneladasanualesparaunperododefuncionamientode330das/ao (85.000kg/da o 3.535kg/h) en dos lneas paralelas de trabajo. El agente gasificante es una mezcla de aire primario y vapor de agua.El consumo de aire primariototalesdeunos3.370Nm3/hintroducidoporlaparteinferiordeldistribuidordel gasificadoraunatemperatura500C.Ademssehadiseadounaconduccindeaire secundariocuyaentradaalreactorsesitaporencimadeldistribuidorydelazonade alimentacin del slido y, se establece un consumo de aproximadamente 335 Nm3/h, lo que suponeunaalimentacinsecundariadeairedeun10%.Elconsumodevapordeagua est previsto que sea de 240 kg/h a una temperatura de 250 C y una presin cercana a los 1,5 MPa. Finalmentesehaoptadoporlacolocacindecuatrobocasdealimentacindeagente gasificante secundario para que a la entrada de ste, se produzcan una serie de reacciones exotrmicas suplementarias, con el fin de aumentar la temperatura dentro del reactor. El hecho de introducir el aire, genera ventajas e inconvenientes. Por una parte, el aumento delatemperatura,provocaelcraqueodepartedelosalquitranesformados,yasuna disminucindestosenelgasobtenido.Deesta forma, evitamos tener que destruirlos o eliminarlosdespusdelasalidadelgasificador.Elinconvenienteprincipalesqueeste mismoaumentopuedeprovocar,endiferentemedida,ladisminucindepropiedadesdel gas obtenido. Diseo de una planta de gasificacin de lodos de EDARPg. 21 4.2Gasificador Es el equipo principal de la planta. Se trata de dos gasificadores de lecho fluidizado (BFB) colocados en paralelo. Para la seleccin de la altura de cada gasificador se debe tener en cuenta la necesidad de garantizar un tiempo suficiente de residencia en el lecho para su conversin. As, el cuerpo principal est constituido por un tubo cilndrico de acero refractario de 2 m de dimetro y 8 m de altura. En la parte superior se encuentra la salida de los gases obtenidos con destino al cicln.Lazonainferiordelreactorexperimentaunareduccindesudimetro,conunaparteen forma cnica, y unida con bridas a la zona cilndrica. Tiene un dimetro inferior de 1,1 m y una altura de 1,1 m [2].Enelinteriorsedisponeunacapadeladrillorefractariode10cm.deespesor, compactados si fuera necesario con mortero refractario.Teniendo en cuenta las condiciones de operacin, el diseo del gasificador est preparado para soportar temperaturas cercanas a los 1000 C y una presin de 150kPa. El resto de elementos del gasificador son: Distribuidorenformadeplacaperforada,con610orificios/m2deundimetrode 1mm.Sehaoptadoporestedimetroparaasegurarquelaspartculasqueformanel lechofluidizadonopuedancaeratravsdelaplacaenningnmomento,esdecir aseguramos que el lecho no pierda consistencia ni siquiera en las paradas [3]. Entradas de mantenimiento en la partesuperior e inferior del reactor en forma de tubos embridados, de 50 cm de dimetro. Tubo de emergencia de salida de gases (Figura 1), de 30 cm de dimetro con un dispositivo de disco de ruptura. Se trata de un dispositivo de alivio de presin para sistemas cerrados que provee apertura instantnea a una presin superior a 200 kPa, que pueda ser debidaaalmalfuncionamientodelequipomecnico,areaccionesfueradecontrolo posibles fuegos internos o externos. Pg. 22Memoria Figura 4.1. Dispositivo de disco de ruptura. Tuboprincipaldesalidadegases,consistenteenuntubode1mdedimetro. Ms tarde, este tubo conduce el gas al cicln. Tubo de alimentacin del agente gasificante (aire primario), de 40 cm de dimetro. Elaireprimario,entraenelcolectorinferiorde110cmdedimetro,pordebajodela alimentacin de slido, y se comunica con el cuerpo del reactor mediante el distribuidor de aire, en forma de placa perforada.Tubosdealimentacindelagentegasificante(airesecundario),de10cmde dimetro.Deltubodealimentacinprimario,seextraeuntuboparalaalimentacin secundaria que se lleva a cabo mediante 4 bocas situadas 150 cm. por encima del lecho, alrededor del permetro del reactor. Tubo de alimentacin de vapor de agua, que es introducido en la lnea de aire, con anterioridadasudistribucinhacialoscolectoresprimarioysecundariodelagente gasificante. Eldispositivodeldisco delarupturadescarga a una antorcha. Lastuberasdeentraday salidasondelmismo dimetronominalqueel dispositivodeldiscodela ruptura. Eldiscodelarupturaesinstaladoaunadistanciade, comomximo,ladeocho dimetros del recipiente La tubera de descarga no excededecincovecesel dimetro.Diseo de una planta de gasificacin de lodos de EDARPg. 23 Termopares:Colocadosestratgicamenteparacontrolarlaevolucindela temperatura en el gasificador. T1 y T2: temperatura sobre el distribuidor de agente gasificante(aire primario), T1-T2 permite controlar el caudal de aire primario. T3: temperatura del lecho previa a la inyeccin de aire secundario. T4: temperatura del lecho posterior a la inyeccin de aire secundario. T5: temperatura del freeboard, previa a la salida de los gases delgasificador. T6: temperatura del aire primario a la entrada del gasificador. T7: temperatura de descarga de cenizas. T8: temperatura del vapor inyectado como agente gasificante. Sensores de presin:P1: presin del aire primario previo a la entrada al distribuidor. P2:presindellechopreviaalaentradadelairesecundarioenel gasificador. P3: presin dentro del freeboard. Sistema de alimentacin de fango, detallado previamente. Sistema de descarga de cenizas, detallado en el siguiente punto. Sistemadealimentacindeslido.Eltornillosinfn,unejecentralconunapala continuahelicoidal,entraenelreactorenelinteriordeuntubode50cmdedimetro procedentedelatolvadealimentacinyaccionadoporunconjuntomotorreductor.La entrada de la alimentacin se realiza aproximadamente a 1 metro por encima del punto de entrada del agente gasificante. Sistemadetomademuestras.Lainstalacinpresentarcuatropuntosde captacin de muestras, dos en cada lnea de trabajo, a la salida del lavador de gases. Pg. 24Memoria Unadelastomasestardestinadaalanlisiscompletodelgas mediantecromatografadegases.Ascontrolaremoslacalidaddelgas generadoenintervalosdetiemporeducido(60-90segundos),parapoder variarcondiciones o, incluso, parar una de las lneas en caso de que fuera necesario. La otra toma estar conectada a un analizador en continuo para el control de los niveles de CO2 y O2. 4.2.1Medicin de caudal y presin Cada lnea de gas est equipada con un manoreductor de salida de baja presin. El caudal de aire, tanto el primario como el secundario, se regulan mediante medidores de flujomsico,quetransmitenlasmedidasauncentrodecontrolelectrnico,capazde modificar la entrada del agente gasificante.Elflujovolumtricodegasproducidoalasalidadelreactorseobtienepormediodeun medidordegases,queenvalosdatosobtenidos,porvaelectrnica,aunsistemade integracin y control. El clculo de la prdida de carga en el reactor, se obtiene mediante sensores electrnicos de presin calibrados adecuadamente para el rango de trabajo calculado en los anexos. Lapresinsoportadaenelinteriordelgasificador,ascomoladelprimerdepsitode cenizas, son controladas por varios sensores de presin, en el lecho, en el freeboard y en el depsito. Comomedidadeseguridad,seinstalanvariasvlvulasdeseguridadalolargodela instalacin, con el fin de evitar posibles riesgos de explosin. Diseo de una planta de gasificacin de lodos de EDARPg. 25 4.2.2Sistema de descarga de cenizas Las cenizas pueden causar diversos problemas, la formacin de escoria o de clinker en el reactor,ocasionadaporlafusinyaglomeracindecenizas,enelmejordeloscasos representar un aumento importante de la mano de obra necesaria para el funcionamiento delgasificador.Sinoseadoptanmedidasespeciales,laacumulacindeescoriapuede ocasionar la formacin excesiva de alquitrn y el bloqueo total del reactor. En el caso peor, existelaposibilidaddequeseproduzcanfugasdeaireconelconsiguienteriesgode explosin.Elqueseproduzcaonolaformacindeescoria,dependedelcontenidodecenizasdel combustible,delascaractersticasdefusindelascenizasydeladistribucindela temperatura en el gasificador. En nuestro caso hay que tener en cuenta que el porcentaje de cenizas es aproximadamente del 35%. El slido presente en el reactor se puede evacuar por dos vas: por la parte superior siendo arrastradas por el gas o por la parte inferior en forma de cenizas. Debido a que la temperatura de trabajo est por debajo de la temperatura de fusin de las cenizas, stas no podrn ser evacuadas en forma lquida.Por lo tanto, en la parte inferior del gasificador, se instalar un sistema para la evacuacin constante y regular de las cenizas. Este sistema constar de un tubo soldado que conecte el exterior del reactor de gasificacin con el lecho fluidizado, el final del tubo prcticamente debecoincidirconelfinaldellecho.Deestaformaeltubo,de30cm.dedimetro,es introducido hasta 1m. de altura del gasificador.Las cenizas que caen por dicho tubo, van a parar aun depsito, que debe mantener una presin igual a la presente en el interior del gasificador. Mediante la utilizacin de un tornillo sinfn,seprocedealaevacuacindelascenizasaundepsitoconformatroncocnica para facilitar la evacuacin final de las cenizas. Sus dimensiones son:- el dimetro de la zona cilndrica es de 2,5 m, con una altura de 1 m - la zona cnica tiene una altura de 50 cm y un dimetro mnimo de 15 cm.Teniendoencuentalageneracin de aproximadamente 4.000 kg diarios de cenizas, este depsitodebe vaciarse diariamente. Pg. 26Memoria 4.3Acondicionamiento del gas Laspartculasslidasquepuedanhabersidoarrastradasconelgasdebenserretiradas inmediatamente, para proteger el resto de los equipos de la erosin y la corrosin. Esto se consiguemedianteelpasodelgasporunsistemaconstituido,porunciclnyunfiltro cermico en serie, despus pasa a travs de un lavador con agua para eliminar los gases cidos generados en el proceso.Losgasificadoresproducenunvolumendegasenbasesecade6.533Nm3/h,conun poder calorfico alrededor de 5.500 kJ/Nm3. Adems tienen un contenido de alquitranes en basehmedadeunos5 g/Nm3 y un contenido de partculas de 18 Kg/h. Las condiciones de salida del gas son de 800 C y 150 kPa.Elgasalasalidadelgasificadorsufreuntratamientoenvariospasos:ciclones,filtros cermicos, lavador de gases, equipo desulfurador y por ltimo secador. 4.3.1Ciclones Enprimerlugar,elgassalientedelreactorentraenlosciclones.Losciclonesson dispositivos diseados para separar partculas de dimetro superior a 5 m.La entrada de aire cargado de polvo es tangencial a la voluta. Las partculas van rozando la pared y se frenan, describiendo una trayectoria en espiral. De este modo caen al fondo. La corriente, ahora exenta de gran parte del material particulado, asciende por la parte central y las partculas separadas se descargan por el fondo del cicln. Paralosciclonesindustrialesseescogeunavelocidaddelgasdeentradaentre15y30 m/s.En nuestro caso, tomaremos una velocidad de entrada de 20 m/s.Sisemontaraunnicocicln,tendraunasdimensionesmuygrandes,ysumanejose complicara. Por este motivo, se ha previsto una batera de cuatro ciclones en paralelo de dimensiones menores.Este montaje, adems, presenta la ventaja significativa de poder seleccionar el nmero de ciclones en funcionamiento en caso de variaciones en el caudal de gas que debe tratar. Diseo de una planta de gasificacin de lodos de EDARPg. 27 Consiste en un cicln del tipo Lapple con los parmetros expuestos a continuacin (Figura 4.2): Figura 4.2. Relacin de las dimensiones de un cicln. Labateradeciclonestienelassiguientesdimensiones:elorificiodeentradadelgases rectangular, con un lado de 11cm y otro de 22 cm, el dimetro interior de 44 cm, una altura de la zona cilndrica de 88 cm y de la zona cnica de 88 cm, por lo que presenta una altura total de 176 cm. a/D0,5 H/D4,0 h/D2,0 b/D0,25 B/D0,25 s/D0,625 De/D0,5 Pg. 28Memoria Lasalidadelgaslimpioseproduce,poruncilindroconcntrico,de22cmdedimetroy 27,5 cm de profundidad. La evacuacin de las partculas slidas se efecta por una salida de 11 cm de dimetro [4]. La corriente gaseosa soporta una cada de presin de 320 Pa.4.3.2Filtro cermicoLautilizacindefiltroscermicosofrecelaeficaciadelafiltracinconjuntamenteconla capacidaddefuncionaratemperaturaelevada.Estetipodefiltrospuedefuncionarhasta temperaturas por encima de los 900 C. La alta eficacia de la filtracin es otra ventaja dominante asociada a los elementos filtrantes de cermica.Esto resulta del desarrollo, durante los primeros tiempos de la operacin, de una capa protectora del polvo en la superficie del elemento que promueve la filtracin. Elmaterialpuedesercarburodesilicio,almina,mullita,etc.ypuedenserduros(de candela) o blandos (fibras). El filtro es fabricado con fibras altamente refractarias de silicato dealuminioyofrecealusuariounaeficaciaexcepcionaltantodefiltracincomode resistencia a la corrosin. Este equipo ser diseado y dimensionado por el fabricante. 4.3.3Lavador de gases o Scrubber El lavador de gases hmedo remover las partculas pequeas de polvo o humo, con alta eficacia de separacin y absorcin debido a un estudiado diseo, que permite un flujo y una velocidadconstanteentodalasuperficiedelaranuraaxial.Elgasquedebeserlavado entraalventurielcualincrementalavelocidaddelgasvertiginosamente.Ellquido limpiadoresatomizadoantesdelagargantadelventuri,conlocualseformangotas extremadamente pequeas las cuales entran en contacto con las partculas a eliminar de la corriente gaseosa (Figura 3). Las dimensiones del venturi, y por lo tanto la velocidad del gas, son detalles crticos por lo que existen diseos manuales y automticos, en funcin de las variaciones de caudal o la efectividaddeseparacindeseadoconmenorconsumoenergticoquelossistemas convencionales. Diseo de una planta de gasificacin de lodos de EDARPg. 29 Figura 4.3. Esquema de un lavador de gases venturi. Fuente: PLASTOQUMICA Debidoalasdiferentesespecificacionesrequeridasencadatipodegasatratar,las compaas fabricantes de estos equipos disponen de programas informticos, que pueden determinar con fiabilidad todos los parmetros necesarios en funcin de las caractersticas del fluido a tratar y el rendimiento deseado. 4.3.4Secador A la entrada del secador el gas se encuentra saturado de humedad y a 35C (36 g H2O/kg aireseco).Medianteunequipoderefrigeracin(evaporador,compresor,condensadory vlvula)sehacedescenderlatemperaturadelgashasta5C,porlocualpartedela humedadpresentecondensa.EllquidoevacuadoseconducehacialaE.D.A.R.Deeste modo se consigue una sequedad del gas de 5,4 g H2O/kg aire seco (0,5% de humedad). Este equipo ser diseado y dimensionado por el fabricante. Pg. 30Memoria 4.4Aprovechamiento energtico Tantolacalderaderecuperacincomoelprecalentadordeaire,sondosequiposqueno construyenenparalelocomoelrestodelosdescritos.As,elgasgenerado,enambas lneas de trabajo se une en el proceso de aprovechamiento energtico. 4.4.1Caldera de recuperacin La corriente de gases producto sale del gasificador a unos 800C y se debe considerar la posibilidaddeaprovecharestatemperaturasinoqueremosverdisminuidalaeficiencia energtica.El diseo real de un intercambiador de calor es un problema mucho ms complicado que el anlisis de la transferencia de calor porque en la seleccin del diseo final juegan un papel muy importante los costos, el peso, el tamao y las condiciones econmicas.Noobstantesipodemosasegurarqueeltipodeintercambiadorautilizarser,detipo cerrado, que son aquellos en los cuales ocurre transferencia de calor entre dos corrientes fluidasquenosemezclanoquenotienencontactoentres.Eldiseodelosdos intercambiadores es en serie, tal como el de la figura para posibilitar la entrada de vapor de agua y agua en cada caso. Figura 4.4. Intercambiador de calor. Diseo de una planta de gasificacin de lodos de EDARPg. 31 Las corrientes de fluido que estn involucradas en esa forma estn separadas entre s por unapareddetubo,oporcualquierotrasuperficie.Enconsecuencia,latransferenciade calorocurreporlaconveccindesdeelfluidomsclientealasuperficieslida,por conduccinatravsdelslidoydeahpor conveccin desde la superficie slida al fluido ms fro.Para disear o predecir el rendimiento de un intercambiador de calor, es esencial relacionar la transferencia total de calor con cantidades como el coeficiente global de transferencia de calor.Elcoeficientedetransferenciadecalortotalparaintercambiadoresdecalordependeno solodeloscoeficientesconvectivosdetransferenciadecalor,sinoademsdelas superficiesinterioryexteriordeltubo,delarelacinentresusreasdecontactoysus formas. No obstante, como un primer diseo preliminar, podemos saber el producto UA que defina nuestro equipo de transferencia de calor. As tenemos que: q = U A fT Tlm (Ec. 1.1) Sabemoslapotenciaintercambiadaencadamomento,ascomolamedialogartmicade las diferencias de temperatura. El clculo del factor de correccin se lleva a cabo para un intercambiadorconunpasoenlacorazayunnmerodepasosenlostubosmltiplode dos, mediante grficas de correlacin que nos conducen a un valor de 0,97.Porlotantotenemosespecificadosdichosvalores.Quesernde:21.220y2410W/K, respectivamente. Paraunaprimeraaproximacin,podemosutilizarlatabladevaloresaproximados preparadaporA.C.Mueller(PurdueUniv.1954),yaspodemosobtenervaloresde referencia sobre el tamao de los intercambiadores a utilizar [5]. Siutilizamosunvalorintermedio,delpropuestoenlatabla(255y227W/m2K, respectivamente),obtenemosunassuperficiesdeintercambionecesariasde:unos83m2 para el primer intercambiador y unos 11 m2 para el segundo. Siempre teniendo en cuenta que es una primera aproximacin. Cabe apuntar, que tratndose de un diseo preliminar, tambin se podra estudiar la opcin deunnicointercambiadorconunasalidadelvapor,alatemperaturanecesariaparala entradaenelreactordegasificacin.Tambinindicarlaprobableutilizacindeun economizador acoplado a los intercambiadores. Pg. 32Memoria 4.4.2Precalentador de aire Elprecalentadordeaireesutilizado,paraaportarelairealatemperaturarequeridadel reactordegasificacin,aprovechandopartedelaenergaqueposeeelvapor sobrecalentado generado en la caldera de recuperacin. Laopcinescogida,porserlademsfrecuenteutilizacinconsisteenuncalentadorde aire tubular. El vapor procedente del intercambiador pasa por dentro de los tubos, mientras que el aire fro circula por la parte exterior de stos. Esta disposicin permite una limpieza mssencilla,yaquelaaccesibilidadalinteriordelostubosesposiblesinel desmantelamientodelenvolvente.Elgasgeneradollevaconsigomsimpurezasqueel aire. Porlasmismasrazonesqueenelapartadodelacalderaderecuperacin,losvalores calculados son un diseo preliminar con valor meramente orientativo. Elclculonecesarioesanlogoaldescritoanteriormente.Porlotantotenemos especificado el valor del producto UA, con un valor de 4.081 W/K.El valor del coeficiente de transferencia de calor, U, no presente en las tablas mencionadas en el anterior apartado, se ha extrado de Babcock & Wilcox, que incluyendo la aportacin de los componentes de conduccin y de radiacin, as como los factores de fouling, es de unos 85 W / m2K [6]. Utilizandoestevalor,obtenemosunasuperficiedeintercambionecesariadeunos48m2 para el precalentador de aire. Diseo de una planta de gasificacin de lodos de EDARPg. 33 4.5Seleccin de materiales Haymsde70tiposdiferentesdeacerosinoxidablesymuchasaleacionesespeciales. Estos aceros se producen como acero forjado (tipo AISI, American Iron and Steel Institute) o como acero fundido (tipo ACI).Debido a las diferentes condiciones de operacin que se dan en la planta, cabe destacar la utilizacindedostiposdeacerodiferentes.Enlaspartesenlasqueelprocesose desarrolleatemperaturaselevadas,comoeselcasodelreactordegasificacinydelos ciclones,seutilizarunacerorefractariocapazdesoportarlas.Enaquellaszonasde temperaturas moderadas o incluso fras, utilizaremos acero al carbono. El material de construccin del reactor de gasificacin y los ciclones ser el acero. De entre losdiferentestiposdeaceroinoxidable(ferrticos,martensticosyaustenticos),optamos por los aceros austenticos. En un principio, el uso de los aceros inoxidables se tomaron en consideracin a causa de suresistenciaqumicaalatemperaturaordinaria,peroenestecaso,sepresentael problema de una elevada temperatura, De tal manera que las propiedades del material han desersuperiores,asquenecesitamosacerosrefractarios.Esdecirqueescogeremosel acerorefractario,conbasedeaceroinoxidableaustentico,quepresenteunabuena resistenciaalasaccionesqumicasencaliente,unaresistenciasuficientealas deformaciones mecnicas y una buena resistencia a la corrosin. Laeleccineselresultadodeuncompromisoentrepropiedadesmecnicasmasivas, propiedadesdesuperficie,propiedadesfuncionalesycoste.Teniendoencuentatodos estos factores, finalmente se ha decidido optar por el acero refractario AISI 310, ya que no seconsideranecesarialapresenciademolibdeno,titanio,niobio,etc.Paramejorarsus propiedades, ya de por s aptas para nuestros requerimientos, y con un coste inferior. LaspropiedadesmssignificativasdelacerorefractarioAISI310sonlaresistenciaala oxidacinylasaltasprestacionesmecnicasaaltastemperaturas,excelentefactorde higiene-limpieza,fcilesdetransformar,ynoseendurecenportratamientotrmico, Tambin posee estabilidad estructural y buena soldabilidad. Pg. 34Memoria Su composicin qumica puede estimarse en: % C: < 0,25%Ni: 19-22 %Mn:1,8-2,2 %N2: 0,03 %Cr:24-26 ElplatodistribuidordeberestarfabricadoenacerodeltipoAVESTA253MAdeuna composicin:% C: 0,09%Ni: 11 %Si + Ce: 1,7%N2: 0,17 %Cr:21 No obstante y debido a la elevada temperatura en el interior del reactor de gasificacin se ha optado por un recubrimiento interno de ladrillo refractario, ya que la resistencia de ste es, al menos, ocho veces mayor que la del acero. En primer lugar se debe tener en cuenta la posibilidad de posibles problemas en cuanto a la resistenciamecnica del recubrimiento.Los problemas mecnicos pueden ser causados, notantoporcoeficientesdedilatacintrmicadiferentesparaelaceroyparael recubrimiento, como por los golpes de presin que se generan en el interior del reactor de gasificacin. LosmaterialesrefractariospresentanunabuenaresistenciaaaltasTemperaturas,as como al choque trmico y resiste la expansin trmica. Adems tambin presenta un buen comportamiento contra el ataque qumico, el ataque de la escoria y el aumento de volumen menordel15%.Porltimodestacar,sucomportamientobajocargaadiferentes temperaturas,laresistenciaalagrietamientoyunabuenacapacidadcalorficay conductividadtrmica. Losladrillosrefractariosutilizadossondeuncompuestoconstituidoordinariamentede arcilla,arena,sliceyalmina.Paralasunionesentreladrillosutilizaremosmortero refractario. Diseo de una planta de gasificacin de lodos de EDARPg. 35 Todos los dems equipos de la instalacin se fabricarn en acero al carbono. Adems de hierro,cuyocontenido puede oscilar entre 97,0-99,5%, hay en l muchos elementos cuya presencia se debe a los procesos de su produccin (manganeso y silicio), a la dificultad de excluirlostotalmentedelmetal(azufre,fsforo,oxgeno,nitrgenoehidrgeno)oa circunstanciascasuales(cromo,nquel,cobreyotros).Elaumentodelcontenidode carbono en el acero eleva su resistencia a la traccin, incrementa el ndice de fragilidad en fro y hace que disminuya la tenacidad y la ductilidad. Losacerosqueseutilizanparalafabricacintienenpropiedadesquedependen principalmentedelporcentajedecarbonoquecontienen,quesuelevariardesde0,03a 0,70%.Ademssiemprecontienenpequeascantidadesdemanganesoysilicioquese empleancomoelementosauxiliaresenlosprocesosdefabricacin,fsforoyazufreque son impurezas perjudiciales que provienen de las materias primas. En general los aceros ordinarios contienen un 0,5% en carbono y: % Mn < 0,90 % P < 0,10 % S < 0,10% Si < 0,50

Pg. 36Memoria Diseo de una planta de gasificacin de lodos de EDARPg. 37 5Evaluacinyseleccindeposibles suministradores Comoesdesuponerexistenmultituddeempresasenelsectorcapacesdesuministrar algunosdelosequiposdelosqueconstalainstalacin.Incluso,algunasdeestas empresaspuedenrealizarelproyectodeformacompleta,hacindosecargodela fabricacindelosequiposdiseadosespecficamente,elgasificadoryladescargade cenizasprincipalmente,einclusoeldiseoyfabricacindetodoslosequiposque componenlaplanta,desdelosciclones,losfiltroscermicos,losfiltroshmedos,etc.as como del piping de la planta. Noobstante,recogemosenlossiguientespuntosalgunasempresascapacesdeofertar diferentescomponentesdelaplanta.Cabepuntualizarquepodramosincluirvarias empresasms,quehansidodesestimadas,porlejanaodeficienciasenlainformacin requerida. Para la fabricacin del reactor de gasificacin, no tenemos constancia de empresas que se dediquenespecficamenteaesteproductoenelterritorionacionalporloquese recomiendan varias empresas especializadas de mbito de europeo. ste es elcaso de la empresa holandesa Kara Energy Systems BV y la alemana UMWELT-und Energietechnik GMBH, tambin la canadiense Kemestries Inc-BIOSYN. LafabricacindelosfiltroscermicospuedeserencargadaalasempresasSwageloko Cerafil. Dellavadordegasesventuri,puedensersuministradosporempresastalescomo, Plastoqumica o Branch Environmental Corporation. Lapeletizadorapodraencargarsealaempresafabricantedelamquinapresenteenla depuradora de Matar, en el caso de haber dado un buen resultado, o encargarla aotros fabricantes, tales como SCHEER-BAY. Lacaldera,degranimportanciaenlainstalacin,puedeserdiseadayfabricadapordiversas empresas, entre ellas Babcock Wansonn, Sacome, Kalfrisa, Industrial Olmar S.A., Equirepsa, Emison... Pg. 38Memoria Ciertos accesorios necesarios para nuestra instalacin, como es el caso de los termopares, sensoresdepresin,vlvulas,etc.puedenserencargadosaDeltaControls,Iberfluid Instruments S.A., Ringo Vlvulas, Endress +Hauser o TME. EspecialmencinsedebealaempresaEmison,yasurepresentante,JoaquimMaria Bras,quienessemostrarondispuestosentodomomentoalafabricacindelatotalidad de la planta. Disponemos de catlogos informativos de muchos de los equipos citados anteriormente. Diseo de una planta de gasificacin de lodos de EDARPg. 39 6Seleccin de los equipos auxiliares Adems de los equipos citados y dimensionados en el captulo 1, dedicado al escalado de laplanta,stanecesitadelaexistenciadeotrosequipos,quenoestninvolucrados directamenteenelprocesodegasificacinperosondeigualformanecesarios.Los principales equipos y sistemas auxiliares son: 6.1Mquina peletizadora Setratadeunequipocapazdecompactarelfangoenformadepolvoyproducirplets, solamente en el caso del fango procedente de la EDAR de Matar.Enfuncindelaplacaomatrizempleada,dondesedepositaelproductoapeletizar, existendostiposdepeletizadoras:lasplanasylasanulares.Sobrelamatrizgiranunos rodillos que compactan el producto y lo hacen pasar por los orificios, producindose as los plets. La que existe en la planta de secado de Matar es de tipo anular. 6.2Depsitos Estn presentes dos depsitos, el de fango seco y el de cenizas.El primero se trata de un depsito pulmn para garantizar el funcionamiento continuo de la planta,ancuandolarecepcindefangosecoparagasificarseadiscontinua.Tambin debesercapazdealimentarelgasificadorsilamquinapeletizadorasufrealgntipode problema.El volumen necesario depender de la frecuencia de recepcin de fango, pero para poder almacenarelfangodeundadefuncionamiento es necesario un depsito con capacidad paraunas80toneladasdefango.Eldiseoconstardeundepsitoprincipalyunoms reducido donde, acoplado al tornillo sinfn, se llevar a cabo la alimentacin. Porotrolado,eldepsitodecenizasacumulaestosmaterialeshastaquesonrecogidos paraserdepositadosenvertederosotratadosenlasplantascorrespondientes.Es importantequecumplanlasmedidasdeseguridadnecesariasparaprevenirescapesde materia y olores.Eldepsitoprincipalderecogidadecenizas,sealimentadestas,medianteuntornillo sinfn situado en un pequeo depsito situado bajo el reactor de gasificacin. Este depsito debe mantener la presin del reactor. Pg. 40Memoria 6.3Bomba de tornillo Es el sistema de alimentacin de fango seco al gasificador. Se trata de un eje central con unapalacontinuahelicoidal.Cuandoelejegira,lapalaempujaelfangosecohaciael gasificador.Debesercapazdesuministrar1.768kgdefangocadahoraacadagasificador.Adems tambin hay una bomba de menor tamao para la evacuacin de cenizas. 6.4Sistema de alimentacin de aire Este sistema es el encargado de proporcionar el aire a los reactores de gasificacin. Elsistemaincluyeprincipalmenteuncompresor,undepsitodeaireapresin,los diferentes distribuidores de aire, las tuberas y las vlvulas de interconexin. 6.5Sistema de alimentacin de agua Estesistemaeselencargadodecaptarelaguadelared,tratarlaparaqueestenlas condicionesnecesariasparacadausoysuministrarlaalacaldera,aloscircuitosde refrigeracin y al resto de los equipos que la necesiten. Losprincipalesequiposnecesariossonuntanquedealmacenaje,undesgasificador,un equipodedesmineralizacin,unequipodebombeoylastuberasy equipos auxiliares de agua y vapor. 6.6Sistema de refrigeracin Estesistemaeselencargadodelaevacuacindecalordeaquellospuntosdelaplanta queaslorequieran.Eselcasodelacamisadeltornillosinfndelaalimentacin,por ejemplo. Diseo de una planta de gasificacin de lodos de EDARPg. 41 6.7Sistema elctrico Elsistema elctrico tiene como misin efectuar la interconexin elctrica de la red de alta tensindelacompaasuministradora local con los equipos o aparatos que requieran de energa elctrica para su funcionamiento. 6.8Sistema de control Estesistemaregulaycontrolaelfuncionamientodelaplanta,automatizada,conel propsito de poder responder en cada instante a posibles variaciones en las condiciones de funcionamiento.6.9Equipo desulfurador (con sistema Claus) Es el equipo encargado de retirar el azufre del gas producto para evitar emisiones de SO2 alquemarloenlosmotores.Consisteenunacolumnadeabsorcincon MetilDiEtanolAmina(MDEA),querealizaunacapturaselectivadelcidosulfhdrico(H2S). Paramaximizarlaretencindeazufre,sedisponepreviamentedeunreactordondese realiza la conversin cataltica del oxisulfuro de carbonilo a sulfuro de hidrgeno. Los gases absorbidossonconducidosaunaplantaClaus,dandolugaraazufreslidoelemental, comercializable. 6.10Motor Los motores a los que va destinado el gas generadoen el proceso de gasificacin, que yaexistenenlasplantasdeRubyMatar(dosmotoresencadaplanta),sondela marca Rolls Royce, modelo KVGS-18G2. Posiblementealgunosdelosparmetroscaractersticosdeestosmotores,sevean afectadosconelcambiodecombustible.Detodosmodos,nicamentesesustituyeparte del gas natural, por lo que se podra mezclar a la entrada de cada motor (hay dos en cada planta) y disminuir as el efecto de utilizar un combustible de poder calorfico inferior al gas natural.Losdetallesdelasmodificacionesquesedebanllevaracaboseconsideraque quedan fuera del alcance del proyecto. Pg. 42Memoria Diseo de una planta de gasificacin de lodos de EDARPg. 43 7Sistema de control e instrumentacin7.1Sistema de control Duranteelfuncionamientodelaplanta,staestsujetaaperturbacionesoinfluencias externasinevitablestalescomocambiosenlacomposicindelasmateriasprimas, cambiosenlacalidaddelproducto,cambiosenlacalidaddelvaporsuministrado,etc. Estasperturbacionesobliganaejercerunavigilanciacontinuasobrenuestroprocesoya actuar constantemente sobre el mismo con la intencin de corregir las desviaciones que se detecten.Laautomatizacindenuestroprocesosellevaracabomedianteunsistemadecontrol avanzado.Conestesistemadebemosconseguirdesplazarelpuntodeoperacindel procesohaciaelptimo,almismotiempoqueselograincrementarlaseguridadyla fiabilidaddelaplanta.Elcontrolregulatorioavanzadosecaracterizaporlautilizacinde diversastcnicasdecontrol.Aparecenlazosencascadaconloquepodemosconseguir, queuna perturbacin entre en un lazo y pueda ser objeto de una accin correctora antes de que afecte significativamente a la variable controlada en un lazo primario. El diseo del sistema de control para una planta completa con elevado grado de integracin es una tarea compleja que debe incluir las siguientes etapas [8]: 1.- Definir los objetivos de control. Asegurar la estabilidad de nuestro proceso, acercndonos al ptimo de la planta. 2.- Identificar las variables que pueden ser medidas y las que pueden ser manipuladas. Medidas: temperatura, nivel, velocidad, presin. Manipuladas: caudal de aire y de alimentacin. 3.- Seleccionar la configuracin del sistema recontrol. 4.- Especificar la instrumentacin de monitorizacin y control. ElcontrolsupervisorseprocesamediantePC,conunainterfazdeloperador. Desde esta interfaz, el operador puede dirigir los caudales de aire, la presin y el arranque o parada de la unidad de gasificacin. 5.- Diseo de los controladores. Pg. 44Memoria Figura 7.1. Arquitectura del sistema de control. Primer nivel: Ayuda a la toma de decisiones. Est integrado por un mdulo para la identificacin y diagnosis de los fallos ms un mdulo paralaoptimizacindelpuntodeconsigna.Estenivelincluirelmdulodedeteccinde avera, que ser diseado usando conceptos de lgica difusa para tomar en consideracin las incertidumbres del sistema, y los modelos cualitativos para la formulacin de reglas.Diseo de una planta de gasificacin de lodos de EDARPg. 45 Segundo nivel: Control Supervisor El objetivo de este nivel es asegurar la composicin y caudales deseados del gas obtenido en el gasificador. El sistema de control supervisor utiliza tcnicas predictivas de control. Se estudiar la aplicabilidad de diversas clases de modelos.Este nivel est ntimamente ligado al sistema de ayuda de decisin.Las alarmas del sistema se encuentran en este nivel. Tercer nivel: Lazos primarios Estenivelincluye:loslazosdecontrollocales,procesosdearranqueyparadaylos elementos primarios de seguridad. 7.2InstrumentacinSeacualsealaestrategiadecontrolseleccionada,paraimplementarfsicamenteel sistema de control habr que medir variables del proceso, calcular las acciones de control y manipulardeterminadasvariablesdeentrada.Lainstrumentacinrequeridaparallevara caboestasfunciones,puedeserdecuatrotipos:instrumentosdemedida,actuadores, transmisores y controladores [8]. 7.2.1Medidores de temperatura Latemperatura,yelcaudal,eslavariablequemsse va a medir a lo largo del proceso, aunque tambin mediremos la presin en diferentes puntos. Losinstrumentosqueutilizaremosparamedirlatemperaturadenuestroprocesosonlos termopares.Sonlossensoresmsutilizadosen la industria qumica. El principio fsico de un termopar consiste en que cuando dos metales diferentes se unen, se genera un punto deuninunafuerzaelectromotrizqueesfuncindelatemperatura.Deestemodo,hay parejas de materiales metlicos que presentan una relacin entre la fuerza y la temperatura prcticamente lineal y estable, para ellos puede escribirse:kT E Siendo k un coeficiente dependiendo del tipo de termopar de que se trate. Pg. 46Memoria LaparejadematerialesmetlicosautilizarserutilizaremosuntermoparCromel/Alumel, quetieneunrangodeutilizacinde-270Chasta1.370C,conunaprecisin0.75%y adecuacinalascondicionesdelproceso.Siendountermopardeaislamientomineral (Figura4.2),quepermitedi9ferentesterminaciones(cabezal,conector,cable, convertidor), diferentes tipos de materiales de vaina y fcil adaptacin de sta a cualquier aplicacin sin que afecte a su funcionamiento. Figura 7.2. Termopar de aislamiento mineral. Lostermoparesestncolocadosestratgicamenteparacontrolarlaevolucindela temperatura en el gasificador: T1yT2:temperaturasobreeldistribuidordeagentegasificante(aireprimario), T1-T2 permite controlar el caudal de aire primario. T3: temperatura del lecho previa a la inyeccin de aire secundario. T4: temperatura del lecho posterior a la inyeccin de aire secundario. T5: temperatura del freeboard, previa a la salida de los gases del gasificador. T6: temperatura del aire primario a la entrada del gasificador. T7: temperatura de descarga de cenizas. T8: temperatura del vapor inyectado como agente gasificante. Diseo de una planta de gasificacin de lodos de EDARPg. 47 7.2.2Medidores de caudal Enlaplantadeprocesosedebemedircaudalesvolumtricosymsicos. Desafortunadamentenoexisteunmedidoruniversalcapazdeafrontarlasdiferentes aplicacionesquerequerimosconsuficienteprecisin,sinproblemasdemantenimiento, paracualquierrangodecaudalysingrandesprdidasdecarga.Porellotenemosque utilizardiferentesmedidoresdecaudalexistentesenelmercado,conlosquecubrirlas diferentes aplicaciones de forma satisfactoria. Losmedidoresdeimpacto,quesernlosutilizados,consistenenunaplacacircular instalada en el centro de la tubera. El disco se monta en una barra que atraviesa la pared delatuberaatravsdeunsellodediafragmaflexible.Poseenunaventaja,puedenser fabricadosparatuberasdegrandimetroyofrecendiferentestamaosdediscopara cubrir una amplia gama de caudales mximos. 7.2.3Medidores de presin y nivel Los medidores de presin presentan diferentes mecanismos de obtencin de la medicin. ElutilizadoseruntransmisordepresinCerabarMconmembranadecermica optimizada para gran variedad de industrias, entre ellas, nuestro caso. Con lo que respecta a la medicin de nivel, hemos de tener en cuenta que debemos medir, porunaparte,elniveldeloslquidospresentesenlosdepsitosytambin,elniveldela tolva de alimentacin, que se trata de un slido. Elnivelalcanzadoporellquidoeneldepsito,sermedidoporunsistemabasadoen flotadores.Eldesplazamientoverticaldelaboya,setraduciraunasealelctricao neumtica, que ser la medida del nivel. En el caso de la tolva, an siendo parecido, tenemos que tener en cuenta que la superficie libredeslidonoeshorizontal,sinoqueformaunngulollamadongulodetalud.A medidaquelatolvasevavaciandosecreaunconodevaco.Porlotantoelmedidor escogido, por dispositivo de plomada, ha de ser dispuesto a una distancia de la pared igual a 1/6 del dimetro, ya que el valor medido a esta distancia resulta similar al que alcanzara con la misma cantidad de producto y ngulo de reposo nulo. Debido a que las propiedades de los slido sabran de una zona a otra del depsito, ya que las partculas ms finas tienden a desplazarse a la zona central y las ms gruesas hacia las paredes del depsito. Pg. 48Memoria Sepodraproducirinclusocompactacindelosslidospresentesenlazonainferiordel depsitodebidoalpesosoportado.Paramantenerlaspropiedadeshomogneasse dispone un agitador.7.3Anlisis del gas La determinacin de la composicin del gas del proceso de gasificacin se realiza en dos niveles de control: Nivel 1 Control en lnea del gas mediante analizador en continuo y cromatografa de gases A la salida del contador de gas se determina en continuo (a intervalos de 30 segundos) la concentracin de CO2 y O2 mediante un analizador equipado con sensores infrarrojo (CO2) yelectroqumico(O2).Simultneamenteenelmismopuntodecontrol,sedisponedela conexinenlneadeuncromatgrafodegasesequipadocondetectordeconductividad trmica para la determinacin de la concentracin de H2, O2, N2, CH4 y CO con un tiempo de respuesta de 90 segundos.Las caractersticas de los equipos utilizados son las siguientes: Analizador en continuo TESTO 360: Anlisis simultaneo de la concentracin de los siguientes gases: GAS% LECTURATIPO SENSOR CO2 0,1-100INFRARROJO O20,1-21ELECTROQUMICO CO0,1-40ELECTROQUMICO NO0,1-6ELECTROQUMICO NO20,1-1ELECTROQUMICO SO20,1-10ELECTROQUMICO Tabla 7.1 Caractersticas de los sensores Diseo de una planta de gasificacin de lodos de EDARPg. 49 Lacalibracindegasesserealizaenfbricamediantegasespatrncertificadospor AENOR (Air Liquide N ER-160/2/95). Elequipodisponedeunaunidaddeacondicionamientodelgas,dedilucinyde operacin con notebook independiente. Microcromatgrafo de gases HP G2890A: Equipado con dos canales de control: Canal 1: Determinacin de gases permanente:Columna de tamices moleculares MS5A de 12 metros de longitud con unatemperatura mxima de operacin de 180C. Canal 2:Determinacin de compuestos orgnicos voltiles:Columna STABILMAX DB de 10 metros de longitud con una temperaturamxima de operacin de 180C.ElprocesodecalibracinserealizainsitumediantepatronescertificadosALPHAGAZ (Air Liquide). Nivel 2 Control de la calidad del gas mediante anlisis inmediato de muestras obtenidas del gasmetro. Elcontroldecalidaddelgasserealizamedianteanlisiscromatogrficodedeferentes muestras obtenidas del gasmetro con el siguiente equipo y metodologa analtica: Cromatgrafo de gases HP-5890 Serie IIAde las siguientes caractersticas: Detector de conductividad trmica (TCD). Columna CHROMPACK Poraplot Q 25mx0,53mm ID. Columna CHROMPACK tamices moleculares de 25mx0,53mm ID. Estacin de tratamiento de datos ChemStation HP-3365. Pg. 50Memoria Metodologa analtica:Determinacin de la concentracin de CO2, C2H4, C2H6, H2S, C3H8, H2, O2, N2, CH4 y CO segn orden de elucin.Calibracin mediante patrones certificados ALPHAGAZ (Air Liquide) y SCOTTY II. Diseo de una planta de gasificacin de lodos de EDARPg. 51 8 Aspectos de seguridad 8.1Anlisis de riesgos y puntos crticos de control En una planta qumica,son muy importantes los temas referentes al medio ambiente y a la seguridad industrial, y por lo tanto existen importantes exigencias. Debemosestablecer,aplicarymantenerunprocedimientopermanentedesarrollado conformealosprincipiosdelsistemadeanlisisderiesgosypuntoscrticosdecontrol (HACCP). De este modo, el citado anlisis desea en la medida de lo posible, definir en el momento de la redaccin del Proyecto las conclusiones pertinentes en trminos y materia de seguridad, sinobviarquedurantelaconstruccindelaplanta,sepuedanrealizarrevisionesconla participacin de personal tcnicoque permita confirmar o ampliar otros aspectos que sean aconsejables para la garanta de la explotacin, su seguridad y que eventualmente hayan podido pasar inadvertidas en el momento de la redaccin. 8.1.1Metodologa del anlisis El anlisis elaborado se establecer basndose en las siguientes etapas:-Descripcin de las actividades. -Elaboracin y comprobacin de un diagrama de flujo. -Anlisis de riesgos y determinacin de las medidas preventivas. -Determinacin de los Puntos de Control Crticos (PPCs). -Establecimiento de los lmites crticos para cada PCC. -Establecimiento de un sistema de vigilancia para cada PCC. -Adopcin de medidas correctoras. Mediante el proyecto realizado, queda determinadas las actividades que tienen lugar en la planta.Eldiagramadeflujo,utilizadoparaladeterminacindelosposiblesPCCsse encuentra en el anexo [9]. Pg. 52Memoria En las tablas anexas se resumen las conclusiones del trabajo realizado. Se han tenido en cuenta las etapas del proceso que pueden o pudieran resultar PCCs. Estos pueden tener diferentes tipologas: -Riesgo mecnico. -Riesgo biolgico. -Riesgo fsico-qumico. -No riesgo. Elriesgomecnicosehaconsideradodebidoalaposibilidadde no poder hacer frente al volumendefangosprocedentesdelasEDAR,enelcasodequeacontecieraunfallo mecnico. Este hecho podra generar una acumulacin de fangos a tratar, y de prolongarse quizs un desvo hacia vertederos, por lo que perderamos materia prima y no reduciramos el vertido. El riesgo biolgico se ha considerado estimando la posibilidad de riesgo biolgicopara el personal operario presente en planta. El riesgo fsico-qumico se centra principalmente en la posibilidad de una fuga en la lnea de gasdesntesis que podra provocar, en un primer momento una concentracin de ciertos gases(CO,CH4,etc.)porencimadelos lmites hasta poder provocar una explosin o un incendio en la planta. Elnoriesgosetratadeunaevaluacinqueporlanaturalezadelaetapaesfcilmente evidente apreciar que no supone riesgo de ningn tipo. La calificacin de riesgo se ha realizado considerando los siguientes factores: 1.- Potencial gravedad [crtica: 5 puntos, mayor: 3 puntos, menor: 1 punto] 2.- Potencial frecuencia [elevada: 5 puntos, media: 3 puntos, baja: 1 punto] 3.- Probabilidad de que no se detecte el efecto del fallo: [elevada: 5 puntos,media: 3puntos, baja: 1 punto] Diseo de una planta de gasificacin de lodos de EDARPg. 53 LadeterminacindelosPCCstieneencuentaelsiguienterboldedecisiones, especificado en las pginas siguientes: Punto1:Existenmedidaspreventivasenlaetapadeprocesoevaluadoparaelriesgo considerado? Si es SI se pasa al punto 2. Si es NO se evala si es necesario establecer alguna medida preventiva y se vuelve al anlisis inicial. Punto2:Laetapaqueseevalaestespecficamentediseadaparaactuarsobreel riesgo considerado? Si es SI se ha determinado un PCC. Si es NO se pasa al punto 3. Punto3:Unfalloenlaetapaqueseevalapuedeincrementarelriesgohastaunnivel aceptable? Si es SI se pasa al punto 4. Si es NO la etapa se evala como NO PCC. Punto 4: Existe una etapa posterior que pueda reducir el riesgo hasta un nivel aceptable? Si es SI la etapa se evala como NO PCC. Si es NO se ha determinado un PCC. La aplicacin de este rbol de decisiones adaptado, ha determinado la criticidad o no de las etapasconsideradas.Resultandoque,solamente, las etapas del reactor de gasificacin y las tuberas presentes en la instalacin son PCCs.AcontinuacintenemoslaListaGeneraldeValoresLmiteAmbientalesdeExposicin Profesional, Tabla 5.1, donde se localizan los agentes qumicos presentes en nuestro gas de sntesis que tienen un valor lmite adoptado, identificados por sus nmeros EINECSy CAS,considerandoendoscolumnaslosValoresdeExposicinDiaria(VLA-ED)ylosde ExposicindeCortaduracin(VLA-EC),indicndoseademsenlacolumnaNotas informacin complementaria de utilidad prctica. Pg. 54Memoria LMITES ADOPTADOS VLA-EDVLA-EC EINECSCAS AGENTE QUMICO ppmmg/m3ppmmg/m3 NOTAS* FRASES R * 211-128-3630-08-0 Monxidode carbono 2529TR1, VLB61-12-23-48/23 231-783-97727-37-9Nitrgenob 204-696-9124-38-9 Dixido de carbono 5.0009.15015.00027.400 vase Apartado 8 Hidrocarburos alifticos alcanos (C1-C4) y sus mezclas, gases 1.00012 215-605-71333-74-0Hidrgenob50/53 231-977-37783-06-4 Sulfuro de hidrgeno 10141521 vase Apartado 8 12-26-50 Tabla 8.1. Lmites Ambientales de exposicin profesional. *LasNotasyFrasesR,sepuedenconsultarenhttp://www.mtas.es/insht/practice/vlas.htmoaccediendo directamente sobre dichas notas. Las medidas preventivas y correctoras sern: -Colocacin de un disco de ruptura en la salida de emergencia de gases del reactor. -Control del flujo de salida del reactor mediante un caudalmetro. -Antorcha destinada a quemar el producto en caso de situaciones de emergencia. -Vlvulasdeseguridadentodaslaslneasdegases.Unavlvuladepurgaque despresurizara la instalacin en caso de avera. -Detectores de concentracin ambiental de gases instalados en toda la planta. Con alarma en caso de superar los 50 ppm de valor preventivo. Diseo de una planta de gasificacin de lodos de EDARPg. 55 Riesgo DescripcinFuncin TipoGravedadFrecuenciaProbabilidadPuntuacin Causa Efectos Potenciales Medidas Preventivas P1P2P3P4PCC Biolgico3113 Proliferacin organismos transmisores de enfermedades Afectacin al personal operador Procedimiento de prevencin y proteccin SINONONO 1 Tolvas recepcin fango Recibir el producto para su tratamiento en la planta Mecnico3113Avera Afectacin a la produccin Mantenimiento adecuado SINONONO 2 Deteccin de metales Separar las piezas metlicas Mecnico5115Avera Afectacin a la produccin y dao en la maquinaria Procedimientomantenimiento SINONONO 3Peletizadora Preparacin del fango de Matar Mecnico3113Avera Afectacin a la produccin Dos lneas de trabajo. Una para cada fango SINONONO 4 Tornillo sinfn de alimentacin Empujar la materia prima hacia el gasificador Mecnico3113Avera Afectacin a la produccin Dos lneas de trabajo SINONONO Mecnico5115 Cada del revestimiento Afectacin a la produccin y reparacin de desperfectos Dos lneas de trabajo SINONONO Mecnico3113Avera Afectacin a la produccin Dos lneas de trabajo SINONONO 5Reactor Producir el gas de sntesis Fsico-Qumico 5115Fuga Riesgo de intoxicacin y de explosin Existir procedimiento mantenimiento y detectores de gases SINOSINOSI 6Cicln Acondiciona el gas Mecnico3113Fuga Riesgo de intoxicacin y de explosin Existir procedimiento mantenimiento y detectores de gases SINONONO 7Filtro Acondiciona el gas Mecnico3113Fuga Riesgo de intoxicacin y de explosin Existir procedimiento mantenimiento y detectores de gases SINONONO Pg. 56Memoria Riesgo DescripcinFuncin TipoGravedadFrecuenciaProbabilidadPuntuacin Causa Efectos Potenciales Medidas Preventivas P1P2P3P4PCC 8 Intercambiador de calor Aprovecha el calor residual de los gases producidos para generacin de vapor Mecnico5115Avera Fuga de gas. No generar el vapor necesario, afectacin indirecta a la produccin Mantenimiento muy severo. Limpieza peridica SINONONO 9 Precalentador de aire Calienta el aire antes de entrar al reactor Mecnico3113Avera No introducir el aire a la temperatura de trabajo Procedimiento mantenimientoSINONONO 10 Lavador de gases Eliminar los gases cidos No riesgo 11 Equipo desulfurador Eliminar el azufre del gas producido Mecnico5115Avera Suministrar a los motores gas con azufre Procedimiento mantenimientoSINONONO 12EDAR Depurar el agua utilizada en limpieza durante el proceso Biolgico3113Avera No recircular el agua Depsito almacenamiento SINONONO Recibir los residuos procedentes de la EDAR No riesgo 13 Depsitos de almacenamiento Disponer de agua para todas las necesidades de la planta No riesgo 14Bombas Trasladar el lquido Mecnico3113Avera Afectacin a la produccin Bomba enstand-by SINONONO 15Compresor Comprimir el aire antes de la entrada al reactor Mecnico3113Avera Afectacin a la produccin Dos compresoresSINONONO 16Tubera Unir los diferentes equipos presentes en la planta Fsico-Qumico 51315Fuga Riesgo de intoxicacin y de explosin Mantenimiento muy severo. Detectores de gases SINOSINOSI Diseo de una planta de gasificacin de lodos de EDARPg. 57 8.2Medidas de seguridad 8.2.1Seguridad en el diseo Por norma general, existen equipos que requieren mantenimientos y sistemas de seguridad msseverosqueotros.Podemosobservarlosequiposquerequierenespecialatencin [10]: Loselementosysistemasdecontrolsiempredebenseguirelcriteriodelfalloseguro (fail-safe), es decir, en caso de fallo de algn instrumento o falta de algn suministro deben quedar en la situacin ms segura. Por ejemplo, la vlvula de control, que en caso de fallo elctrico o falta de aire pueden quedar cerradas o abiertas, segn sea ms conveniente en ese momento. En las bombas, el punto ms crtico es el cierre. Al no tratar lquidos peligrosos, podemos admitirlaeleccindebombasconcierremecnicosimple,quenopermitenladeteccin inmediata de las fugas.Losintercambiadoresdecarcasaytubospresentanunpuntodbil,lasjuntasde expansin.Cuandoexisteunadiferenciadetemperaturaspronunciadaentrelacarcasay los tubos, la dilatacin crea tensiones. Por lo tanto, debemos introducir elementos de flexin enlacarcasaparaquenodaeelintercambiador,produciendodeformacionesenlos tubos, fugas en las uniones o incluso roturas. Los intercambiadores de carcasa y tubos se consideran recipientes a presin, por lo que es obligatoriolegalmentesegnelReglamentodeAparatosaPresineInstrucciones Tcnicas Complementarias que tengas vlvula de seguridad en sus dos lados. Aunquelosintercambiadoresdecalortiendenasobredimensionarseanteuneventual aumento del volumen de fango a tratar, esto repercute negativamente en la seguridad de la operacin, por lo que se har un diseo ajustado a nuestras necesidades. Cuando no es posible eliminar totalmente una situacin potencialmente peligrosa durante el diseo, es necesario adoptar medidas de seguridad que impidan accidentes mayores. Los recipientesapresinutilizadosenlaplantaestndiseadosparasoportarunpresinde diseoyunatemperaturadediseo,paraevitarsituacionespeligrosasseinstalan dispositivos de alivio de presin. Pg. 58Memoria Existen diferentes tipos de elementos de alivio de presin, los utilizados en la planta sern: vlvulas de seguridad, vlvulas de respiracin y discos de ruptura. Las vlvulas de seguridad consisten en un resorte que mantiene el disco presionado contra unasiento,cerrandolasalidadelfluidohastaquelapresindelsistemaescapazde vencerlapresindelresorte.Lasvlvulasdiseadasparatrabajarenfasegasseabren completamente al superar 10% por encima de la presin de consigna. Lasvlvulasderespiracinseutilizanenlosdepsitosdealmacenamientoatmosfrico. Tienedosorificios,unoparacasosdesobrepresinyotroparacasosdevaco. Normalmenteseutilizanencasosdellenadoyvaciado,ynoparacasosdereaccin qumica o fuego. Figura 8.2. Vlvula de seguridad. Un disco de ruptura es una lmina de material diseada para soportar una cierta presin.Porencimadestaserompe,abriendototalmentelaseccindetuberaenlaqueest instalado. La principal diferencia es que un disco de ruptura debe reponerse cada vez que se abre, pues queda totalmente abierto dejando escapar todo el gas. Noobstante,losdiscosderupturanosufrenfugas,sumantenimientoesbaratoy, sobretodo,sefabricanentamaosmuchomayoresquelasvlvulasdeseguridad.Su Diseo de una planta de gasificacin de lodos de EDARPg. 59 Las antorchas constituyen el sistema ms comnmente usado para eliminar las corrientes deventeo.Aellasslodebenirlascorrientesqueesimposiblereprocesaroaprovechar, por lo que significa de desperdicio. Se colocar una antorcha elevada, con el quemador en elextremoyuncierreparaevitarlaentradadeaireenlaantorcha.Eldiseodelas antorchas es altamente especializado, ya que del dimetro depender que la llama pueda incluso apagarse o se produzca retorno de llama, y de la altura depender la radiacin que se alcanza en suelo. 8.2.2Seguridad en la operacinEl diseo de una planta qumica nunca puede ser absolutamente seguro, completamente a pruebadeerroreshumanos.Lacomplejidaddelasoperaciones,laadaptacinalas condicionesdelasmateriasprimas,etc.hacentambinmuyimportantelacorrecta operacin de una planta para su seguridad. Nuestro sistema de gestin de la seguridad debe partir de una base slida, definida en una poltica estricta y firmada por la direccin de la empresa. Estableciendo procedimientos de controly seguimiento de la efectividad. El sistema consistir en los siguientes elementos: -Procedimientosdelsistema:Establecemoslosmecanismosquepermitanel funcionamientodelsistema,sucontrolysupuestaaldacontinua.Seincluyen: auditoras,investigacindeaccidenteseincidentes,formacin,planesde emergencia, control de la documentacin, archivo de registros, comunicaciones -Procedimientos de operacin o instrucciones de trabajo: Descripcin de la forma de llevar acabo las operaciones o trabajos, destinadas directamente al operario. -Registros:Documentosquedanfedelasactividadesrealizadassegnlos procedimientos o instrucciones. Elgradodecumplimientodelosprocedimientosserevaluadoconunafrecuencia previamenteestablecida,segnlaimportanciadecadaactividad.Medianteestas comprobaciones se consigue detectar: -Los puntos dbiles antes de que ocurran. -Mantener la conciencia de la importancia de seguir los procedimientos establecidos. -Identificarriesgosnoconsideradosycomprobarelcumplimientodelasleyeso normativas a las que la planta estar sujeta. -Mejorar el sistema, revisando la adecuacin de los procedimientos de operacin. Pg. 60Memoria Segnlaamplitud,complejidadytrascendenciadelasactividadesafectadas,sepueden realizar diferentes tipos de evaluacin: -Auditoras de seguridad Consistenenunarevisinyevaluacinendetalledelcumplimientodelasnormas establecidasparaunadeterminadaactividad.Todaslasactividadesyprocedimientosdel sistema han de ser cubiertos con una periodicidad adecuada (aproximadamente 2 veces al ao).Esconvenientelarealizacindeunplananualdeauditoras,demaneraquese conozcan con la antelacin suficiente la fecha y los procedimientos a auditar. De este modo sepuedendetectarycorregiralgunosproblemas,yaquenodebeolvidarsequeestas auditorassonunejerciciointernodeespritupositivo.Suobjetivonoesencontrar inconformidades, sino mejorar el sistema. Lainformacinobtenidaserecogeenuninformefinal.Laefectividaddelasacciones correctivaspropuestaspararesolverlosproblemasencontradosenlaauditora,puede verificarseenlasiguienteauditoraoenunarevisindeseguridadlimitadaalospuntos problemticos. -Revisiones de seguridad Se limitan a reas ms reducidas que una auditora, normalmente a un solo procedimiento. Permiten una revisin ms concreta y con mayor detalle. Algunas de las ms comunes son: Sistema de permisos de trabajo. Control de modificaciones y proceso en planta. Procedimientos de toma de muestras. Procedimientos de operaciones concretas: carga, descarga, puesta en marcha -Inspecciones de seguridad Se diferencian de las anteriores en que las lleva a cabo el personal de la propia planta con una frecuencia preestablecida. Deben someterse a inspeccin peridica: Sistemas de alivio de emergencia. Alarmas y sistemas automticos de parada de emergencia. Detectores de gases. Alarmas y sistemas contraincendios. Diseo de una planta de gasificacin de lodos de EDARPg. 61 -Investigacin de accidentes e incidentes Los accidentes no ocurren espontneamente, sino que son causados por una situacin ounaaccin,avecesmuydistintadelacausainmediataaparente.Entodoslos accidentes se produce un error humano, ya sea de gestin o de operacin. Losaccidentesgravesvienencasisiempreprecedidosporincidentesmsleves, debemosestudiardichosincidentes,cuandoocurran,yconfeccionaruninformeque contenga: Circunstancias y consecuencias. Informacin recogida en la investigacin. Conclusiones Plan de accin: acciones correctivas y preventivas necesarias Ademsparaevitaraccidentes,esrecomendablelaredaccindeunmanualde operacin,querecogelaexperienciaacumuladasobreelmanejoptimodecada equipo, durante el diseo y la construccin de la planta por los miembros del equipo del proyecto. 8.2.3Seguridad en el mantenimiento Todos los equipos que componen la planta sufrirn un deterioro con el tiempo debido a las condicionesdetrabajo:desgaste,corrosin,daos,deformaciones,ensuciamiento,etc. Antesdequeeldeteriorollegueacomprometerlaseguridaddelaplantadebemos repararlo o reemplazarlo.Los gastos de mantenimiento de una planta son elevados (un 6% de las ventas en el caso de la industria qumica).El mantenimiento puede clasificarse en previsto e imprevisto. La clasificacin en correctivo y preventivo es complementaria.Debe existir un programa de mantenimiento preventivo que permita evitar que los equipos crticosparalaseguridadfallendemaneraimprevista.Eselcasodelosrecipientesa presin, las vlvulas de seguridadExistentrabajoscomoelmantenimientodelreactordegasificacinquerequieredeuna parada general. Para estos casos, pararemos una de las lneas de trabajo y mantendremos la paralela en funcionamiento. Pg. 62Memoria Enelcasodelmantenimientodelacaldera,alfuncionarslounaparalasdos lneas de trabajo,tendremosquepararlaplanta.Seprevqueunaparadageneralanualser suficiente. 8.2.4Sistema contra incendios Enlaplantanotenemospresentesgrandescantidadesdeproductosinflamables,no obstanteelriesgodeexplosinencasodefuga,ydelposteriorincendionosobligaa recoger un plan de emergencia contraincendios. El primer punto es determinar el tipo de combustible (por lo tanto el tipo de fuego), segn la normativa DIN estaramos frente a un fuego tipo C pero segn la normativa UNE sera tipo B, ya que se tarta de un fuego de gases-hidrocarburos. A partir de ahora seguiremos con normativa UNE. Todaindustriaqumicadebetenerpresenteensuseguridadalgunodelosaspectos relevantesquedebenconsiderarenunprogramadeprevencinycontrolderiesgosde incendios,ademsdeunaguatcnicadeautoevaluacin,queconsideratodoslos aspectos sanitarios y ambientales [11]: -Manejoseguroyalmacenamientoadecuadodeproductosquepuedanserinflamables. Incorporando la capacitacin de su personal en control de incendios. - Plan de emergencias operativo, en casos de incendios y la coordinacin con el cuerpo de bomberos correspondiente. Este debe considerar algunos aspectos bsicos, tales como: -Personas responsables del plan, tanto en el da como en la noche. -Telfonos de emergencia y disponibilidad en caso de emergencias. -La comunicacin con bomberos. - Evaluar el impacto que un eventual incendio, pueda provocar en la comunidad y la posible participacin de sta en caso de ser necesario. Diseo de una planta de gasificacin de lodos de EDARPg. 63 Comounaformadeunificarcriteriosycontrolareventualesemergenciasproducidaspor incendios en industrias qumicas y con el objeto de controlar los incendios que pongan en riesgo tanto la salud de la poblacin como la de los trabajadores de su empresa, se deben implementardiversasestrategiasparadisminuiryevitarlossiniestrosyotrassituaciones que afecten la salud laboral.Por tales motivos, para controlar los incendios el personal estar capacitado para controlar un principio de incendio. Lasinstalacionescumplirnestrictamentelasconsideracionesdeseguridadrespectoal control de incidentes y siniestros originados por incendios. Mediante un anlisis de riesgos, tenemos que la planta dispondr de:-Diseos que previenen la ocurrencia de incendios.-Determinacin de cargas de incendio.-Sistemas de deteccin y alarmas normalizados. -Procedimientos de operacin normalizados.-Asistencia en preparacin y entrenamiento de personal de emergencia.La capacitacin es un agente permanente de prevencin y control en materia de incendios, no obstante tambin lo es el mantenimiento de equipos y de los sistemas contra incendios. Para una eficaz prevencin de incendios es necesario tener presente: -Identificar los posibles focos de incendios. -Que o quien puede generar estos incendios o explosiones (materiales, actividades). -Investigar y seleccionar los mtodos de prevencin ms adecuados que se puedan implementar en la empresa o en la industria. -Realizarcapacitacionescontinuasdelpersonalparaquepuedanactuar prontamente frente a un incendio y tambin puedan evitar una explosin. -Desarrollar un conocimiento del uso de mangueras, extintores u otros aparatos. -Una constante revisin, mantenimiento de mangueras, extintores, etc. Pg. 64Memoria Latablasiguientemuestralasposibilidadesdemediosdeextincinutilizablesennuestra planta: SEGN NORMASMEDIOS DE EXTINCIN DIN/BS/ASTMUNE/NFPA Agua a chorro Agua pulverizada Espuma qumica Espuma fsica Polvo seco Polvo antibrasa Nieve carbnica CBNoNoBuenoExcelenteExcelenteExcelenteBueno Tabla 8.1. Medios de extincin de incendios. Se colocarn dispositivos de extincin de incendios distribuidos por la planta. Otras pequeas recomendaciones a tener en cuenta son:- La cantidad y el tipo de extintores de incendios deben ser el adecuado a los materiales y equipos existentes en la planta. - Todos los extintores deben estar ubicados en lugares de fcil acceso y bien sealizados. -Todos los trabajadores, deben estar capacitados en forma terica y prctica en el manejo de extintores. En caso de incendio grave, debemos cerrar el rea circundante de la planta para evitar la