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Acondicionamiento de Vapor
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La metodología utilizada por CFE para el diseño de las instalaciones superficiales, tuberías y
equipos requeridos para el acondicionamiento y conducción del vapor geotérmico es la
siguiente:
Se elabora la ingeniería de la infraestructura necesaria, como las plataformas de los pozos con
dimensiones típicas y sus accesos. Una vez terminados los trabajos de perforación y/o
reparación del pozo, se evalúa la producción del mismo, y; una vez aprobado el pozo para
producción, se procede con la instalación del equipo superficial para el acondicionamiento de
vapor geotérmico, el cual incluye lo siguiente:
•Silenciador provisional
•Equipo de separación
•Válvula de esfera
•Equipo de medición
•Tubería de interconexión entre equipos
•Iluminación
•Canales de condensados
•Drenajes pluviales
•Equipo misceláneo
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Conducción de Vapor
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Cuando el pozo se encuentra acondicionado, se procede a realizar la ingeniería para la construcción
de las instalaciones de conducción de mezcla de los pozos hacia las islas de separación y del vapor
geotérmico hacia las centrales de generación eléctrica, los datos esenciales para el diseño de las
instalaciones de conducción de vapor geotérmico son:
•Ubicación (con coordenadas)
•Limitaciones de espacio
•Accesos
•Producción de vapor y agua
•Características de presión, temperatura de operación, características fisicoquímicas, etc.
•Restricciones técnicas, ambientales, económicas o legales para el uso del suelo
•Estudio Topográfico
•Estudio de Mecánica de Suelos
•Etc.
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Conducción de Vapor
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Las instalaciones de conducción de fluidos geotérmicos de los pozos hacia las islas de separación y
del vapor geotérmico hacia las centrales de generación eléctrica, consisten en una red de tuberías
de acero al carbono, denominados mezclaductos y vaporductos, apoyados a intervalos regulares
sobre soportes de acero estructural y de concreto, provisto de válvulas y accesorios requeridos para
su adecuada operación y protección.
De acuerdo con los requisitos de diseño en cuanto a flujo, presión y temperatura de operación, se
calculan y seleccionan las características (diámetro, espesor y material) de la tubería y del
aislamiento térmico a utilizar.
Los vaporductos operan a alta presión y alta temperatura, por lo que deben ser provistos de un
aislamiento térmico para evitar la condensación del vapor, por efecto de la temperatura ambiente,
así como para proteger al personal de algún accidente al tener contacto con la tubería caliente.
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Procedimiento
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Habiendo definido las características específicas requeridas para las instalaciones de conducción
de vapor geotérmico, y con base al estudio topográfico, se procede a realizar el análisis de
flexibilidad correspondiente junto al arreglo general del vaporducto, definiendo así la ubicación de
los soportes de apoyo a lo largo de toda la trayectoria hasta su integración a la central o a otra
tubería existente; además, se define la ubicación de las “omegas” de expansión, las cuales
consisten en arreglos de tubería específicamente diseñados para absorber la expansión térmica
de la tubería y evitar que esta sea sometida a condiciones de trabajo mayores a los permitidos.
Una vez diseñado y definido el arreglo de la trayectoria del vaporducto, se procede a diseñar la
cimentaciones de los equipos y soportes de dicha tubería, así como también las estructuras de
concreto necesarias para el cruce de los vaporductos por debajo de los caminos y accesos a
propiedades.
También se realizan los trabajos
necesarios para el suministro de energía
eléctrica a las instalaciones superficiales
que sean requeridos; tales como
iluminación, alimentación a instrumentos,
alimentación a motores, etc.
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Procedimiento Constructivo
Suministro
Colocación y soldadura
Aislamiento
Equipamiento
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Estación de Separación
Se fabrican de placa de acero al carbón ASTM A516
grado 70 y cumplen con el Código ASME Sección VIII
(Diseño, Construcción e Inspección de Recipientes a
Presión).
El 100% de las soldaduras son inspeccionadas y en
la parte donde incide la mezcla de agua-vapor para el
caso de los recipientes verticales, se coloca una
placa reforzada para compensar el efecto de erosión
que pudiera presentar el equipo con el paso del
tiempo.
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Conducción de Agua Geotérmica
Las instalaciones superficiales para la conducción del agua una vez separada de la mezcla
geotérmica en el separador, consisten de una red de tuberías de polietileno de alta densidad,
apoyadas sobre el terreno natural o enterradas en los tramos donde así se requiere, provistas
de las válvulas y accesorios necesarios para su adecuada operación y mantenimiento, cuidando
no sobrepasar la presión de trabajo de la tubería, mediante la ubicación de cajas rompedoras de
presión.
Generalmente, se prefiere operar esta red de tuberías por gravedad, para lo cual el
levantamiento topográfico de apoyo debe considerar una pendiente constante en dirección al
pozo de inyección. Sin embargo, esto no siempre es posible, por lo que en estos casos, se debe
complementar la red de tuberías con centros de bombeo adecuadamente ubicados y
dimensionados de acuerdo a los requisitos de diseño.
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Instrumentación
Dentro de los requisitos de diseño se debe contar con la medición de ciertas variables del proceso, las
cuales se deben mantener bajo observación y control, para tener una adecuada y segura operación
tanto de las instalaciones superficiales a boca de pozo, como de las instalaciones para la conducción
del vapor hacia las centrales de generación eléctrica.
Se deben seleccionar y especificar las características de operación (rango, modelo, tipo, etc.) de los
instrumentos, así como prever los accesorios necesarios para su instalación, teniendo en cuenta
también la facilidad de acceso para su operación. Las variables básicas a medir y, en su caso,
registrar son: presión, temperatura y nivel en el equipo separador de mezcla agua-vapor; temperatura,
presión y flujo en las tuberías de conducción de vapor y agua separada, presión y temperatura en los
centros de bombeo.
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Instrumentación
Placas orificio y boquillas isocinéticas
Se realizan mediciones de flujo de vapor que son registradas y se totalizan en las estaciones de
control de las unidades.
Cada estación de medición de flujo de vapor se verifica técnicamente y cumple con el documento
“Evaluación técnica de conformidad de sistemas de medición de caudal tipo presión diferencial
usando placa de orificio o tubo Vénturi con respecto a la norma ISO 5167:2003” el cual declare la
incertidumbre asociada a la medición del caudal.
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Dispositivos de Seguridad
Las instalaciones superficiales operan a alta presión, por lo que requieren de dispositivos de
seguridad que las protejan de presiones mayores de lo que fueron diseñadas.
Se debe seleccionar y especificar los dispositivos de protección de las instalaciones superficiales,
los cuales consisten básicamente en discos de ruptura y válvulas de seguridad, debidamente
calculados y escalonados en su punto de operación, para evitar la sobrepresión del sistema,
colocados tanto en el equipo separador de mezcla agua-vapor, como en la tubería de conducción
de vapor a las centrales de generación.
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Lavado de turbina y vapor
Este sistema inyecta condensado, proveniente del pozo caliente de la Unidad, en la
tubería de vapor a la turbina: antes del separador de humedad (lavado de vapor) y
después del separador de humedad (lavado de turbina), con el propósito de eliminar las
impurezas en el vapor o limpiar periódicamente las partes internas de la turbina de la
incrustación por sales, respectivamente.
En el caso de lavado de turbina, la inyección de condensado no debe hacerse
directamente en la carcasa de la turbina. El punto de inyección del condensado, tanto
para el lavado de Vapor como de turbina, debe localizarse de forma que se minimicen
los riesgos de erosión en las tuberías de Vapor y accesorios.
Recomendaciones principales:
• El sistema de lavado de turbina debe ser independiente del sistema de lavado de vapor.
• El sistema de lavado de vapor y el sistema de lavado de turbina no pueden estar activos
en el mismo momento.
• El agua para el sistema de lavado de Vapor y de turbina, se debe acondicionar para que
la temperatura del agua antes de su ingreso al sistema de Vapor no modifique el régimen
térmico.
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Lavado de turbina
El objetivo del sistema de lavado de turbina es incrementar el contenido de humedad
para que las pequeñas gotas de agua se impacten principalmente en los diafragmas del
primer paso y se disminuya la incrustación existente en el mismo lo que evita
decrementos de carga de la unidad.
Una vez que el sistema de lavado de turbina (2m3/h) entre en operación, este
solamente estará activo durante 20 minutos, y no podrá volver a activarse hasta
pasadas 24 horas.
Nota: El flujo para lavado de la turbina es intermitente y la cantidad debe estar basada en las
recomendaciones del diseño de la turbina.
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Vgr. Procedimiento de Lavado de turbina (50MW)
a. Inicio del lavado de la turbina: cuando el cálculo de tobera alcance 10% o las
válvulas de gobierno abran completamente.
b. Paro del lavado de turbina: Cuando el cálculo de tobera disminuye 3% y la
apertura de las válvulas de gobierno este entre 60 – 80%.
c. Frecuencia y duración del lavado de turbina: Dependerá de la condición de
operación, la pureza del vapor, tipo de impurezas, etc.
d. La tasa de flujo del lavado de turbina: 1.5 m3/h.
Recomendaciones para la operación del lavado de la turbina:
• Monitorear la calidad del vapor aguas abajo del separador de humedad de
forma continua.
• Mantener estable la presión del suministro de vapor, alrededor de 7.9 barg.
• Si la potencia bruta no se puede mantener por encima del valor nominal, la
opción es operar las válvulas de sobre carga para recuperar la generación.
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Lavado de vapor
El objetivo principal del sistema de lavado de vapor es remover los sólidos que
acompañan al vapor geotérmico aguas arriba del secador de vapor y a su vez evitar
que ingresen a la turbina y se depositen.
La bomba de lavado de vapor toma agua caliente del cabezal de descarga de las
bombas de pozo caliente (4m3/h) para inyectarlo antes del secador de vapor a una
presión mayor mediante un tubo colocado transversalmente, el cual tienen una serie de
orificios por donde sale el agua en forma de neblina y se dispersa rápidamente en la
corriente atrapando sales que posteriormente serán eliminadas en el secador de vapor.
Nota: El flujo de condensado para lavado de vapor debe ser continuo, y la cantidad depende de la
calidad del Vapor.
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Sistema de análisis y muestreo
Se cuenta con rutinas analíticas encaminadas hacia el control de la humedad en el
vapor y hacia el control de depósitos e incrustaciones, mediante un sistema de
monitoreo continuo de condensado para determinar conductividad eléctrica, pH y
sodio, con registro–transmisión de datos y un dispositivo de alarma por alta
conductividad a la salida del separador de humedad con señalización en las
estaciones de control.
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Planta de Ósmosis Inversa
La experiencia en la operación de las unidades geotermoeléctricas a condensación ha
demostrado que el condensado del vapor es prácticamente puro, excepto en el
contenido de sales tales como boro, sulfatos y nitratos, entre otras, Por lo que a partir
de los resultados de pruebas piloto realizadas en los campos geotérmicos de Los
Azufres y Los Humeros, se decidió adquirir e instalar una planta de tratamiento de agua
mediante ósmosis inversa para remover las sales, sulfatos y nitratos al condensado
excedente de las torres de enfriamiento de las unidades y que suministre el agua
necesaria para el sistema de agua de servicios y respaldar el sistema contra incendio
(SCI) de las mismas.
Diagrama de flujo del la ósmosis inversa y equipos complementarios.
