Soluções de queimadores industriais para obter segurança e eficiência

As válvulas de corte de segurança de combustível ligam e desligam o queimador e evitam que o fluxo de combustível (gás ou óleo) para dentro da câmara de combustão seja desligado na fornalha, forno, caldeira, oxidador térmico ou outro equipamento de aquecimento. As válvulas de corte de segurança de combustível podem ser operadas eletricamente (através de motores ou solenoides) ou de forma pneumática e são exigidas por códigos e normas nacionais.

Outras características da válvula: 

• Normalmente fechada. 

• Sujeita a testes importantes de vida útil. 

• Deve atender aos requisitos rigorosos de estanqueidade e vazamentos. 

• Projetada para desligar em menos de 1 segundo no caso de perda de energia. 

• Na maioria das vezes, são necessárias duas válvulas entre o queimador e o suprimento de combustível. 

A válvula de corte é uma válvula que pode ser fechada para impedir a vazão de um meio ("cortando")  

• Ela pode ser manual ou automática. Se a válvula for automática, a atuação pode ser elétrica, pneumática (pressão de ar + elétrica), hidráulica (óleo pressurizado + elétrico).  

• A válvula de corte automática é uma válvula normalmente fechada, o que significa que o atuador é à prova de falhas em posição fechada (na maior parte do tempo usando um retorno de mola), de modo que a válvula seja fechada automaticamente quando desenergizada.   

Um componente crítico de segurança para queimadores de combustão é a chamada "válvula de corte de segurança automática", que é uma válvula de corte desenergizada quando uma condição insegura é detectada, garantindo que a vazão de combustível para o queimador esteja desligada e seja segura.  

• Essas válvulas são projetadas especificamente para aplicações com queimadores com taxas de vazamentos muito baixas, alta velocidade de fechamento e boa confiabilidade.  

• Um padrão na indústria de queimadores é instalar dois em linha - garantindo que se um falhar ou vazar, o outro assumirá o comando de colocar o queimador em uma posição de fechamento. 

1. Quando energizada, a haste do atuador motorizado empurra a haste da válvula para baixo, abrindo a válvula. 
2. Após a perda de energia, o atuador libera sua força, uma mola no atuador volta a haste do atuador e uma mola na válvula faz com que o poppet da válvula seja desligado. 
3. Quando energizada, a bobina atrai a contraporca que levanta o disco da válvula, abrindo a válvula. 
4. Quando desenergizada, a bobina não puxa mais o disco para cima, e a mola pode empurrar o disco para baixo para desligar a vazão.

Um regulador de combustível é o conjunto de componentes de controle de fluido do suprimento de combustível até o queimador. O objetivo do sistema é controlar com segurança o fluxo de combustível para dentro do queimador e garantir um desligamento seguro quando necessário. Os conjuntos de regulador de combustível consistem em muitos componentes que são regidos por várias normas. Por exemplo: 

• NFPA 85: Código de perigos dos sistemas de combustão e caldeira. 

• NFPA 86: Norma para fornos e fornalhas. 

• NFPA 87: Normal para aquecedores de fluidos. 

• EN 676: Queimadores forçados para combustíveis gasosos. 

• EN 746-2: Equipamento de termoprocessamento industrial.

Queimadores grandes são controlados através de uma combinação de um sistema de gerenciamento do queimador (BMS) e um sistema de controle de combustão (CCS). 

O BMS garante a partida, a operação e o desligamento seguros dos queimadores.  

• Às vezes chamado de sistemas de proteção contra chamas, o BMS inicia o queimador na sequência adequada, eliminando primeiro o gás da câmara de combustão, acendendo o piloto (se houver uma chama piloto) e, em seguida, abrindo a linha principal de combustível.  

• Durante a operação, o BMS monitora a chama do queimador principal e corta a energia das válvulas de corte de segurança, quando a chama não for detectada ou não houver qualquer condição perigosa. Além disso, o BMS verifica se há condições de operação seguras na inicialização; se as condições não forem atendidas, o BMS interromperá a sequência de inicialização e alertará o operador. 

O CCS consiste em equipamentos para controlar a proporção combustível-ar e a taxa de ignição. Esses componentes mecânicos e eletrônicos podem incluir atuadores, válvulas de controle de vazão, controladores lógicos programáveis (PLC), acionamentos de frequência variável (VFD) e sensores de vazão. Em algumas condições, o BMS e o CCS podem ser integrados no mesmo equipamento de controle.

Uma proporção de rangeabilidade do equipamento de aquecimento é a proporção entre a saída de calor máxima e mínima do equipamento. Varia de acordo com a tecnologia usada pelo queimador.Um queimador que tem uma taxa de rangeabilidade de 10:1 significa que ele pode operar com uma saída de calor de 10% do seu máximo. A taxa de rangeabilidade, de fato, importa para o mercado de equipamentos de aquecimento. Ter uma alta taxa de rangeabilidade significa que há uma janela maior para modulação. De fato, uma proporção de 10:1 significa que o queimador pode trabalhar entre 10% e 100% de suas possibilidades de abertura de capacidade para executá-lo a 20%, 30%, 40%, etc. quando a necessidade de calor varia. Isso gera ganhos significativos no consumo de combustível e nas emissões, pois aumenta as possibilidades de usar apenas o que é necessário.

Os tipos de combustível para queimadores e caldeiras incluem:

• gás natural 

• óleo combustível (diesel) 

• biodiesel 

• gás de coque

• biogás 

• hidrogênio 

• GLP (principalmente butano e propano)

Alguns sistemas de combustão usam combustíveis sólidos, como biomassa sólida ou carvão, que são projetados de forma diferente e têm regras e desafios diferentes os quais a Emerson também pode ajudar a resolver.

A NFPA prevê requisitos de comprovação de fechamento para válvulas de corte de segurança de combustível que podem ser atendidos de uma das duas maneiras.

O primeiro é através da implementação de um interruptor de prova de fechamento.

• Instalado na válvula pelo fabricante, este bloqueio verifica se a válvula de corte de segurança de combustível está totalmente fechada antes que os ciclos de purga e ignição do sistema possam começar.  

• Um interruptor de prova de fechamento precisa ser definido na fábrica e não ajustável, devendo ser ativado apenas depois que a válvula atingir a posição fechada. Isso significa que deve ser colocado em vigor um arranjo especial para sobrecurso. 

A segunda maneira de atender aos requisitos comprovados de fechamento é implantando um sistema de prova de válvulas.  

• Esse sistema pode ser ativo ou passivo. Quando ativo, ele usa uma bomba para pressurizar a tubulação entre duas válvulas de corte de segurança de combustível e monitora a ocorrência de vazamento de gás pressurizado antes da partida do sistema. Quando passivo, este sistema prova cada válvula separadamente com um sequenciamento específico de abertura e fechamento da válvula, verificando individualmente se há vazamentos com pressostatos.  

• O sistema de prova de válvulas pode ser obrigatório na Europa nos reguladores de combustível dos queimadores, dependendo da saída de calor. Na NFPA, o sistema de prova de válvulas pode substituir a necessidade de interruptores de teste de fechamento em certos casos.

Exigido por muitas normas, incluindo FM, NFPA e UL, os indicadores visuais mostram se uma válvula de corte de segurança de combustível está aberta ou fechada. Isso permite que os operadores ajam com total confiança em situações em que a válvula deve ser fechada por motivos de segurança.

Os indicadores normalmente são de natureza mecânica. Algumas normas determinam que, se uma luz ou LED for usado em vez disso, a ausência de luz não poderá mostrar uma posição. Esse requisito torna mais complicado ter uma indicação de luz de posição fechada, pois a energia para a válvula é interrompida quando o componente é fechado.

Uma maneira de garantir que as válvulas de corte de segurança de combustível tenham manutenção correta e sejam operadas de forma confiável no caso de uma parada é por realizar testes anuais ou mais frequentes de vazamento. Como as sedes da válvula se desgastam com o tempo, esses testes garantem que o gás não esteja vazando através da válvula.

As válvulas da Emerson para queimadores industriais apresentam uma tomada de pressão específica para facilitar esse procedimento de teste, permitindo que a válvula permaneça instalada no tubo durante os testes. Essas tomadas de pressão também facilitam a instalação de pressostatos para monitoramento de limites de pressão ou detecção automática de vazamentos, quando usadas com um sistema de prova de válvulas.