ES2309469T3 - Control de un aparato de limpieza detonante. - Google Patents
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Abstract
Aparato para limpiar una o más superficies en el interior de una vasija (200) provista de una pared de la vasija (24) que separa un exterior de la vasija de un interior de la vasija y que está provista de una abertura en la pared (66), el aparato comprendiendo: - por lo menos un conducto alargado (26) provisto de un primer extremo aguas arriba (28) y un segundo extremo aguas abajo (30) y que se puede colocar de forma que se pueda dirigir una onda de choque desde el segundo extremo en el interior de la vasija; - una fuente (32) de combustible y oxidante acoplada al conducto para distribuir combustible y oxidante al conducto; - un iniciador (106) que se puede colocar de forma que se inicie una reacción del combustible y del oxidante para producir la onda de choque; - por lo menos un sensor (206, 208) para detectar una o más propiedades de termodinámicas asociadas con la vasija; y - un sistema de control (214) acoplado al iniciador, la fuente y el sensor para recibir entradas desde el sensor y controlar el funcionamiento del iniciador y de la fuente en respuesta a dicha entrada; dicho aparato estando caracterizado porque adicionalmente comprende: - una pluralidad de dichos conductos alargados (202A-D) y una pluralidad de iniciadores, cada uno de los conjuntos asociados con uno o más iniciadores; y porque el sistema de control incluye: - una pluralidad de controles locales (204A-D) respectivamente asociados y acoplados a uno de los iniciadores; y - un control central (214) acoplado a la pluralidad de controles locales (204A-D).
Description
Control de un aparato de limpieza detonante.
La invención se refiere a equipo industrial. Más
particularmente, la invención se refiere a la limpieza detonante de
equipo industrial.
Las incrustaciones en las superficies es un
problema importante en el equipo industrial. El equipo de este tipo
incluye hornos (de carbón, petróleo, residuos, etc.) calderas,
generadores de gas, reactores intercambiadores de calor y
similares. Típicamente el equipo implica una vasija que contiene
superficies interiores de transferencia de calor que están sujetas
a incrustaciones por la acumulación de partículas tal como por
ejemplo hollín, ceniza y minerales, más formaciones más integradas
tales como escoria o incrustaciones y similares. Tales formaciones
de partículas pueden interferir progresivamente en el funcionamiento
de la instalación, reduciendo el rendimiento y la productividad y
causando potencialmente daños. La limpieza del equipo es por lo
tanto altamente deseable y se realiza mediante una serie de
consideraciones relevantes. A menudo resulta difícil el acceso
directo a las superficies con incrustaciones. Además, para mantener
el beneficio es deseable hacer mínimo el tiempo de parada asociado
con la limpieza. Se ha propuesto una variedad de tecnologías. A
título de ejemplo, diversas tecnologías han sido propuestas en las
patentes americanas US 5,494,004 y 6,438,191 y en la publicación de
la solicitud de patente americana 2002/0112638. En particular, el
documento WO 01/78912 expone un aparato de acuerdo con el preámbulo
de la reivindicación 1 y un procedimiento para la limpieza acústica.
Tecnología adicional se describe en el documento de Z. Huque,
"Investigación experimental de la escoria utilizando la técnica de
la onda de detonación por impulsos", Simposio Anual
DOE/HBCU/OMI, Miami, Florida, 16-18 de marzo de
1999. Técnicas particulares de ondas de chorro de arena son
descritas por Hanjalic' y Smajevic' en sus publicaciones: K.
Hanjalic' e I. Smajevic', "Experiencia adicional utilizando ondas
de detonación para limpiar superficies de calefacción de
calderas", Revista internacional de investigación de la energía
Vol. 17, 583-595 (1993) y K. Hanjalic' e I.
Smajevic' "Técnica de detonación-onda para la
extracción de depósitos en carga de superficies expuestas a
incrustaciones: partes I y II", Revista de ingeniería para
turbinas de gas y energía, Actas de ASME, Vol. 1, 116
223-236, enero de 1994. Los sistemas de este tipo
también se exponen en las publicaciones de patentes de Yugoslavia
P1756/88 y P1728/88. Los sistemas de este tipo a menudo se
identifican como "sopladores de hollín" según la aplicación
clave de la tecnología.
Sin embargo, quedan oportunidades para una
mejora adicional en ese campo.
Según un aspecto de la invención se proporciona
un aparato para limpiar una o más superficies en el interior de una
vasija como se reivindica en la reivindicación 1.
En diversas formas de realización preferidas,
puede existir una serie de sensores que incluyen por lo menos un
sensor de temperatura y por lo menos un sensor de presión. Tales
sensores pueden incluir también por lo menos un termopar colocado
en el conducto o en la vasija y por lo menos un sensor de
infrarrojos. El por lo menos un sensor de infrarrojos puede incluir
una cámara de infrarrojos. Los sensores también pueden incluir por
lo menos un sensor de la emisión de la combustión. El control
central puede ser programado para generar solicitudes de
mantenimiento o de servicio en respuesta a la entrada. El sistema de
control se puede programar para que se comunique con un sistema de
supervisión remoto. El sistema de control se puede programar para
controlar el funcionamiento del conducto en respuesta a la entrada
desde el sensor. El sistema de control puede ser programado con una
serie de diferentes procesos o protocolos de limpieza diferentes
para ejecutar los procesos en respuesta a las correspondientes
condiciones detectadas. Una cámara de inspección de imágenes puede
estar acoplada al sistema de control para la supervisión visual del
interior de la vasija.
Según otro aspecto de la invención se
proporciona un sistema de supervisión para supervisar el
funcionamiento de una serie de aparatos de limpieza detonante
remotos como se reivindica en la reivindicación 11.
En diversas formas de realización preferidas, el
por lo menos un procesador y memoria pueden almacenar instrucciones
para causar que funcione el aparato. El sistema de supervisión puede
incluir uno o más visualizadores. Por lo menos uno del uno o más
visualizadores puede estar conectado para permitir por lo menos una
visualización a tiempo parcial de una entrada de la cámara de
vídeo.
Según otro aspecto de la invención se
proporciona un procedimiento para limpiar superficies en el interior
de una serie de vasijas en una serie de ubicaciones. En la
ubicación central, se supervisan los datos con respecto a cada una
de las vasijas. En respuesta a los datos supervisados para una en
particular de las vasijas, un aparato de limpieza detonante
asociado con una vasija particular se hace que descargue para
limpiar la superficie en el interior de la vasija particular.
En diversas formas de realización preferidas, el
procedimiento puede ser llevado a cabo a través de un sistema de
control y supervisión programado que se programa para seleccionar,
en respuesta a los datos supervisados, por lo menos uno de una
serie de protocolos de limpieza por lo menos parcialmente
determinados previamente y causar la descarga de acuerdo con el
protocolo seleccionado. El procedimiento se puede llevar a cabo de
un modo secuencial repetido. Una cámara de infrarrojos se puede
utilizar en el interior de cada vasija para inspeccionar la
superficie asociada mientras la vasija está en funcionamiento. La
supervisión puede incluir por lo menos una de las siguientes
supervisiones, la supervisión del poder de emisión de las
superficies en el interior de la vasija, la supervisión de una
imagen del interior de una vasija y la supervisión de la cantidad
de productos químicas en el interior de la vasija. El procedimiento
puede incluir la recepción de una solicitud automática de
mantenimiento o de servicio para por lo menos una de las vasijas. La
solicitud puede ser específica para uno de los aparatos o puede ser
general.
Los detalles de una o más formas de realización
de la invención se establecen en los dibujos y en la descripción
que se adjuntan más adelante en este documento. Otras
características, objetos y ventajas de la invención se pondrán
claramente de manifiesto a partir de la descripción y los dibujos y
de las reivindicaciones.
La figura 1 es una vista de un horno industrial
asociado con diversos sopladores de hollín colocados para limpiar
un nivel del horno.
La figura 2 es una vista lateral de uno de los
sopladores de la figura 1.
La figura 3 es una vista lateral parcialmente
cortada de un extremo aguas arriba del soplador en la figura 2.
La figura 4 es una vista en sección longitudinal
de un segmento de la cámara de combustión principal del soplador de
hollín de la figura 2.
La figura 5 es una vista desde el extremo del
segmento de la figura 4.
La figura 6 es una vista esquemática de un
sistema de control para un aparato de limpieza múltiple.
La figura 7 es una vista desde arriba de un
módulo de interfaz ejemplar del aparato de la figura 6.
La figura 8 es una vista lateral del módulo de
interfaz de la figura 7.
La figura 9 es una vista esquemática de la
electrónica de control para el módulo de interfaz de la figura
7.
Números de referencia y designaciones iguales en
los diversos dibujos indican elementos iguales.
La figura 1 muestra un horno 20 provisto de tres
sopladores de hollín asociados 22 ejemplares. En la forma de
realización ilustrada, la vasija del horno está formada como un
paralelepípedo recto y los sopladores de hollín están todos
asociados a una única pared común 24 de la vasija y están colocados
a igual altura a lo largo de la pared. Otras configuraciones son
posibles (por ejemplo, un único soplador de hollín, o uno o más
sopladores de hollín en cada uno de los múltiples niveles y
similar).
Cada soplador de hollín 22 incluye un conducto
de combustión alargado 26 que se extiende desde un extremo distante
aguas arriba 28 alejado de la pared del horno 24 hasta un extremo
próximo aguas abajo 30 exactamente asociado con la pared 24.
Opcionalmente, sin embargo, el extremo 30 puede estar en el interior
del horno. En el funcionamiento de cada soplador de hollín, la
combustión de una mezcla de combustible y oxidante en el interior
del conducto 26 se inicia cerca del extremo aguas arriba (por
ejemplo, en el interior de la mayor parte aguas arriba del 10% de
la longitud de un conducto) para producir una onda de detonación la
cual es expedida desde el extremo aguas abajo como una onda de
choque junto con gases de combustión asociados para limpiar las
superficies en el interior del volumen del horno. Cada soplador de
hollín puede estar asociado con una fuente de combustible y
oxidante 32. Una fuente de este tipo o uno o más componentes de la
misma pueden ser compartidos entre los diversos sopladores de
hollín. Una fuente ejemplar incluye un cilindro de combustible
gaseoso comprimido o licuado 34 y un cilindro de oxígeno 36 en
estructuras de contención respectivas 38 y 40. En la forma de
realización ejemplar, el oxidante es un primer oxidante tal como por
ejemplo oxígeno esencialmente puro. Un segundo oxidante puede
adoptar la forma de aire del taller distribuido desde una fuente de
aire central 42. En la forma de realización ejemplar, el aire está
almacenado en un acumulador de aire 44. El combustible, expandido
desde ahí en el cilindro 34 generalmente está almacenado en un
acumulador de combustible 46. Cada fuente ejemplar 32 está acoplada
al conducto asociado 26 mediante tuberías apropiadas por debajo. De
forma similar, cada soplador de hollín incluye una caja de chispas
50 para iniciar la combustión de la mezcla de oxidante y
combustible y la cual, junto con la fuente 32, está controlada
mediante un sistema de control y supervisión (no representado). La
figura 1 muestra adicionalmente la pared 24 incluyendo una serie de
puertos para la inspección o la medición. Puertos ejemplares
incluyen un puerto de supervisión óptica 54 y un puerto de
supervisión de la temperatura 56 asociado con cada soplador de
hollín 22 para recibir respectivamente una cámara de infrarrojos o
de vídeo de luz visible y una sonda de termopar para observar las
superficies que se van a limpiar y supervisar las temperaturas
internas. Se pueden utilizar otras sondas, supervisiones o
muestreos, incluyendo la supervisión de la presión, un muestreo de
la composición y similares.
La figura 2 muestra detalles adicionales de un
soplador de hollín ejemplar 22. El conducto de detonación ejemplar
26 está formado por una parte del cuerpo principal formada por una
serie de secciones o segmentos de conducto doblemente rebordeados
60 dispuestos en matriz desde aguas arriba hasta aguas abajo y una
sección o segmento del conducto de la boquilla aguas abajo 62
provista de una parte aguas abajo 64 que se extiende a través de
una abertura 66 en la pared y que termina en el extremo aguas abajo
o salida 30 expuesta al interior del horno 68. El término boquilla
se utiliza ampliamente y no requiere la presencia de ninguna
contracción o expansión aerodinámica ni combinaciones de las
mismas. El material del segmento conductor ejemplar es metálico (por
ejemplo, acero inoxidable). La salida 30 puede estar colocada
adicionalmente en el interior del horno si se proporciona un
soporte y una refrigeración adecuados. La figura 2 muestra
adicionalmente haces de tubos interiores del horno 70, las
superficies exteriores de los cuales están sometidas a
incrustaciones. En la forma de realización ejemplar, cada uno de
los segmentos de los conductos 60 está sostenido en un carro
asociado 72, las ruedas del cual se acoplan a un sistema de
carriles 74 a lo largo del suelo de la instalación 76. El sistema de
carriles ejemplar incluye un par de raíles paralelos que acoplan
superficies periféricas cóncavas de las ruedas del carro. Los
segmentos ejemplares 60 son de una longitud similar L, y están
unidos mediante espárragos por los extremos mediante matrices
asociadas de espárragos en los taladros de los espárragos de sus
respectivos rebordes. De forma similar, el reborde aguas abajo de
la parte más extrema aguas abajo de los segmentos 60 está unido
mediante espárragos al reborde aguas arriba de la boquilla 62. En la
forma de realización ejemplar, una tira de reacción 80 (por
ejemplo, algodón o material sintético térmicamente y
estructuralmente resistente), en serie con uno o más resortes de
reacción helicoidales de metal 82, está acoplada a este último par
de rebordes acoplados y une el conducto de combustión a una
estructura del entorno tal como por ejemplo la pared del horno para
absorber de forma elástica las fuerzas de reacción asociadas con la
descarga del soplador de hollín y asegurar la colocación correcta
del conducto de combustión para tiros subsiguientes. Opcionalmente,
puede estar provisto un amortiguamiento adicional (no
representado). La combinación de la tira y resorte de reacción
puede estar formada como una única longitud o como un bucle. En la
forma de realización ejemplar, esta sección aguas abajo combinada
tiene una longitud global L_{2}. Medios alternativos de
amortiguación del movimiento de retroceso elástico pueden incluir
resortes que no sean de metal ni helicoidales o caucho, o bien otros
elementos elastoméricos que ventajosamente se deforman por lo menos
parcialmente de forma elástica por tensión, compresión o esfuerzo
cortante, amortiguadores del movimiento de retroceso neumático y
similares.
Extendiéndose aguas abajo desde el extremo aguas
arriba 28 hay un segmento o sección del conducto del detonador
previo 84 el cual también puede tener un reborde doble y tiene una
longitud L_{3}. El segmento del conducto del detonador previo 84
tiene un área de la sección transversal interna característica
(transversal a la línea entre el eje y el centro 500 del conducto)
la cual es menor que el área de la sección transversal interna
característica (por ejemplo, media, mediana, modo o similar) de la
parte aguas abajo (60, 62) del conducto de combustión. En una forma
de realización ejemplar que implica a los segmentos del conducto de
sección circular, el área de la sección transversal del detonador
previo está caracterizada por un diámetro de entre 8 cm y 12 cm
mientras la parte aguas abajo está caracterizada por un diámetro de
entre 20 cm y 40 cm. Por consiguiente, las relaciones del área de
la sección transversal de la parte aguas abajo del segmento del
detonador previo están entre 1:1 y 10:1, más estrechamente, 2:1 y
10:1. Una longitud global L entre los extremos 28 y 30 puede ser de
1-15 m, más estrechamente, 5-15 m.
En la forma de realización ejemplar, un segmento del conducto de
transición 86 se extiende entre el segmento del detonador previo 84
y el segmento de más arriba aguas arriba 60. El segmento 86 tiene
rebordes aguas arriba y aguas abajo que están dimensionados para
acoplarse con los rebordes respectivos de los segmentos 84 y 60 y
tiene una superficie interior que proporciona una transición suave
entre las secciones transversales internas del mismo. El segmento
ejemplar 86 tiene una longitud L_{4}. La mitad
del ángulo ejemplar de divergencia de la superficie interior del segmento 86 es \leq 12º, más estrechamente 5-10º.
del ángulo ejemplar de divergencia de la superficie interior del segmento 86 es \leq 12º, más estrechamente 5-10º.
Una carga de combustible y oxidante puede ser
introducida en el interior del conducto de detonación en una
variedad de modos. Puede ser una o más mezclas distintas de
combustible y oxidante. Tales mezclas pueden estar mezcladas en el
exterior del conducto de detonación o se pueden mezclar en el
momento o a continuación de la introducción en el conducto. La
figura 3 muestra los segmentos 84 y 86 configurados para una
introducción distinta de dos combinaciones distintas de combustible
y oxidante: una combinación del detonador previo y una combinación
principal. En la forma de realización ejemplar, en la parte aguas
arriba del segmento 84, un par de conductos de inyección de
combustible del detonador previo 90 están acoplados a puertos 92 en
la pared del segmento que define los puertos de inyección de
combustible. De forma similar, un par de conductos del oxidante del
detonador previo de 94 están acoplados a puertos de admisión del
oxidante 96. En la forma de realización ejemplar, estos puertos
están en la mitad aguas arriba de la longitud del segmento 84. En la
forma de realización ejemplar, cada uno de los puertos de inyección
de combustible 92 está emparejado con el asociado de los puertos de
oxidante 96 en una posición axial uniforme y un ángulo
(ejemplarmente se representan 90º, aunque son posibles otros
ángulos incluyendo 180º) para proporcionar el mezclado de chorros
opuestos de combustible y oxidante. Tal como se describe más
adelante en este documento, un conducto de gas de purga 98 está
conectado de forma similar a un puerto de gas de purga 100 todavía
adicionalmente aguas arriba. Una placa extrema 102 unida mediante
espárragos al reborde aguas arriba del segmento 84 cierra de forma
hermética el extremo aguas arriba del conducto de combustión y pasa
a través de un dispositivo de encendido o iniciador 106 (por
ejemplo, una bujía de encendido) provisto de un extremo funcional
108 en el interior del segmento 84.
En la forma de realización ejemplar, el
combustible y el oxidante principales son introducidos en el
segmento 86. En la forma de realización ilustrada, el combustible
principal es transportado por una serie de conductos del
combustible principal 112 y el oxidante principal es transportado
por una serie de conductos del oxidante principal 110, cada uno de
los cuales tiene partes terminales que rodean concéntricamente el
asociado de los conductos de combustible 112 de forma que se mezcla
el combustible y el oxidante principales en la admisión asociada
114. En las formas de realización ejemplares, los combustibles son
hidrocarburos. En las formas de realización ejemplares
particulares, ambos combustibles son los mismos, arrastrados desde
una única fuente de combustible pero mezclados con distintos
oxidantes: esencialmente oxígeno puro para la mezcla del detonante
previo y aire para la mezcla principal. Combustibles ejemplares
útiles en tales situaciones son el propano, el gas MAPP
(metil-acetileno propadieno) o mezclas de los
mismos. Son posibles otros combustibles, incluyendo etileno y
combustibles líquidos (por ejemplo, diesel, keroseno y combustibles
para reactores de aviación). Los oxidantes pueden incluir mezclas
tales como mezclas de aire y oxígeno en relaciones apropiadas para
conseguir las composiciones químicas deseadas de las cargas
principal y del detonador previo. Además, los combustibles para
monopropulsores que tienen molecularmente combinados componentes de
combustible y oxidante pueden ser opciones.
En funcionamiento, al principio de un ciclo de
utilización, el conducto de combustión está inicialmente vacío
excepto por la presencia de aire (o bien otro gas de purga). El
combustible y el oxidante del detonador previo son introducidos
entonces a través de los puertos asociados llenando el segmento 84 y
extendiéndose parcialmente en el interior del segmento 86 (por
ejemplo, hasta cerca del punto medio) y ventajosamente justo más
allá de los puertos del combustible y el oxidante principales. Los
flujos del combustible y del oxidante del detonador previo son
entonces cortados. Un volumen ejemplar de llenado con el combustible
y el oxidante del detonador previo es del orden de
1-40%, más estrechamente 1-20%, del
volumen del conducto de combustión. El combustible y el oxidante
principales son entonces introducidos, hasta llenar sustancialmente
alguna fracción (por ejemplo, del 20-100%) del
volumen restante del conducto de la cámara de combustión. Los flujos
del combustible y del oxidante principales son cortados entonces.
La introducción previa del combustible y del oxidante del detonante
previo pasando por los puertos del combustible y el oxidante
principales eliminan en gran medida el riesgo de la formación de
aire o bien otro estancamiento no combustible entre el detonador
previo y las cargas principales. Un estancamiento de este tipo
puede evitar la migración del frente de combustión entre las dos
cargas.
Con las cargas introducidas, la caja de chispas
es disparada para proporcionar una descarga de chispa del iniciador
que enciende la carga del detonador previo. La carga del detonador
previo siendo seleccionada para una química de combustión muy
rápida, la deflagración inicial transita rápidamente a una
detonación en el intervalo de 84 segundos y produce una onda de
detonación. Una vez ha ocurrido una onda de detonación de este
tipo, es eficaz pasar a través la carga principal la cual, por otra
parte, debe tener una química lo suficientemente lenta como para no
detonar en el interior del conducto espontáneamente. La onda pasa
longitudinalmente aguas abajo y emerge del extremo aguas abajo 30
como una onda de choque en el interior del horno, impactando sobre
las superficies que se van a limpiar y chocando térmicamente y
mecánicamente contra la contaminación típicamente por lo menos
suelta. La onda será seguida por la expulsión de los productos de la
combustión a presión desde el conducto de detonación, los productos
expedidos emergiendo como un chorro desde el extremo aguas abajo 30
y completando adicionalmente el proceso de limpieza (por ejemplo,
extrayendo el material suelto). Después o en solapamiento con una
ventilación de este tipo de los productos de combustión, un gas de
purga (por ejemplo, aire desde la misma fuente que proporciona el
oxidante principal o el nitrógeno) es introducido a través del
puerto de purga 100 para conducir los productos de la combustión
final fuera y dejar el conducto de detonación lleno con el gas de
purga preparado para repetir el ciclo (tanto inmediatamente o en un
intervalo regular subsiguiente o en un intervalo irregular
subsiguiente (el cual se puede determinar manualmente o
automáticamente mediante el sistema de control y supervisión)).
Opcionalmente, un flujo de línea de base del gas de purga se puede
mantener entre los ciclos de carga y descarga de modo que se evite
que el gas y las partículas del interior del horno se infiltren
aguas arriba y ayuden en la refrigeración del conducto de
detonación.
En diversas implantaciones, mejoras en la
superficie interior pueden incrementar sustancialmente el área de
la superficie interna más allá de lo provisto por las superficies
interiores del segmento nominalmente cilíndricas y tronco cónicas.
La mejora puede ser eficaz para ayudar en la transición de la
deflagración a la detonación o en el mantenimiento de la onda de
detonación. La figura 4 muestra las mejoras en la superficie
interior aplicadas al interior de uno de los segmentos principales
60. La mejora ejemplar es nominalmente una espiral Chin, aunque
también se pueden utilizar otras mejoras tales como espirales
Shchelkin y cavidades Smimov. La espiral está formada por un
elemento helicoidal 120. El elemento ejemplar 120 está formado como
un elemento metálico de sección circular (por ejemplo, cables de
acero inoxidable) de aproximadamente 8-20 mm de
diámetro de sección. Se pueden utilizar alternativamente otras
secciones. El elemento ejemplar 120 se mantiene separado de la
superficie interior del segmento mediante una pluralidad de
elementos longitudinales 122. Los elementos longitudinales
ejemplares son varillas de sección y material similares a los del
elemento 120 y están soldadas al mismo y a la superficie interior
del segmento asociado 60. Tales mejoras también se pueden utilizar
para proporcionar una detonación previa en lugar, o además, de las
técnicas anteriores que implican diferentes cargas y diferentes
secciones transversales de la cámara de combustión.
El aparato puede ser utilizado en una amplia
variedad de aplicaciones. A título de ejemplo, sólo en el interior
de un horno típico de carbón, el aparato puede ser aplicado para:
los sobrecalentadores pendientes o secundarios, el paso convectivo
(los sobrecalentadores primarios y los haces del economizador); los
precalentadores del aire, los extractores de catálisis selectiva
(SCR - Selective catalyst removers); los sacos para filtrar gases y
recuperar óxidos metálicos en suspensión o el precipitador
electrostático; las tolvas del economizador; la ceniza o bien otras
acumulaciones de calor ya sea en las superficies de transferencia de
calor o en cualquier otro lugar y similares. Existen posibilidades
iguales dentro de otras aplicaciones que incluyen los hornos con
combustible de petróleo, las calderas de recuperación del licor
negro, las calderas de biomasa, los quemadores de regeneración de
residuos (quemadores de desechos) y similares.
Pueden estar provistos una gran variedad de
sistemas para la supervisión o el control del funcionamiento del
aparato de limpieza detonante. La implantación de cualquier sistema
de control y supervisión particular puede estar influida por el
entorno físico que incluye la naturaleza y la configuración de la
vasija y sus superficies y la disposición de los conductos de
combustión. La figura 6 muestra esquemáticamente uno de una serie de
niveles de una vasija 200. En este nivel, están colocados una serie
de conductos de combustión 202A-D. En la forma de
realización ejemplar, las salidas aguas abajo de los conductos están
colocadas en el interior de la vasija y los extremos aguas arriba
son exteriores a la vasija. Aunque representados rectos, los
conductos pueden tener configuraciones que no sean rectas para
descargar las ondas de choque en las ubicaciones deseadas con
direcciones deseadas. Cada conducto está exactamente asociado con un
módulo de interfaz 204A-D el cual puede
proporcionar el control local de diversos parámetros funcionales
(por ejemplo, incluyendo la introducción de combustible y oxidante,
la introducción del gas de purga y refrigeración, la iniciación y
similar). Detalles adicionales de un módulo de interfaz ejemplar se
exponen más adelante en este documento. El nivel determinado de la
vasija también puede incluir sensores 206 y 208. Sin embargo, los
sensores no necesitan ser específicos del nivel. De forma similar,
los conductos pueden ser distintos de los específicos del nivel y
estar orientados de forma diferente para descargar en planos
paralelos. Los sensores pueden ser específicos del conducto (por
ejemplo, cerca de la salida de un conducto asociado específico o de
la superficie del horno limpiada mediante un conducto de este tipo)
o pueden estar colocados más globalmente. Los sensores pueden
detectar una o más de las condiciones térmicas, las presiones, los
flujos, las condiciones químicas o las condiciones visuales. El
funcionamiento de un sensor ejemplar se expone con mayor detalle más
adelante en este documento.
Para la comunicación de señales, los módulos y
los sensores están acoplados a través de líneas de comunicación 209
a un borne (por ejemplo, ethernet) 210. En la forma de realización
ejemplar, los sensores están acoplados al borne a través de módulos
(por ejemplo, acoplados a los módulos mediante líneas de
comunicación o de señal). Para la entrada física (por ejemplo, de
combustible, oxidante, gas de purga, refrigerante, energía y
similar), los módulos están acoplados a un conjunto de suministro
central 212 a través de líneas de fluido y de energía 213. El borne
y el conjunto de suministro pueden ser específicos del nivel,
comunes o alguna otra combinación. El borne está acoplado para la
comunicación de señales (por ejemplo, a través de líneas de redes
215 tales como una línea de fibra óptica, una línea ethernet, o
similar) a un sistema de control y supervisión 214 de la
instalación (por ejemplo, un software de control y supervisión que
corran en un ordenador de propósito general) el cual puede ser
específico para la vasija o central para un grupo de vasijas en ese
lugar (por ejemplo, en una instalación determinada). El conjunto de
suministro de forma similar puede estar acoplado al sistema 214 a
través del borne 210 o puede existir de forma independiente. El
sistema 214 está en comunicación con un sistema remoto de control y
supervisión 216. El sistema 216 puede estar en comunicación segura
con una serie de sistemas 214 en una serie de lugares diferentes.
En una situación de este tipo, sin embargo, el sistema 216 puede
estar colocado con uno o más de aquellos sistemas 214 y en un lugar
diferente de los otros. La comunicación ejemplar entre el sistema
216 y los sistemas 214 es a través de una red de área amplia 217
tal como por ejemplo Internet. Se pueden utilizar redes alternativas
públicas o privadas o bien otros sistemas de comunicación. El
conjunto de suministro 212 puede, él mismo, estar alimentado desde
un parque de depósitos ubicado remotamente 218 (por ejemplo, un
parque de depósitos central de la instalación) a través de las
líneas 219 para el suministro de gases que no sean aire y otros
fluidos y para el aire del taller y fuentes de energía apropiadas
(no representadas) las cuales también pueden ser fuentes centrales
de la instalación). El sistema 214 se puede comunicar con diversos
sistemas centrales. Por ejemplo, el sistema 216 puede ser un
sistema central del propietario o del operador de una instalación
que comunica con sistemas 214 en diversas instalaciones de este
propietario u operador. Un sistema central 223 puede ser un sistema
central de un vendedor de servicios que se comunica con los
sistemas 214 de diversas instalaciones de diversos propietarios y
operadores tanto directamente como a través de los sistemas 216.
Sobre la base de los últimos datos provistos por los sensores 206 y
208, los sistemas 214 pueden informar a los sistemas 223 de que es
necesario el servicio o la rutina de mantenimiento o cualquiera
otra apropiada (siendo realizada la decisión en cualquiera de los
sistemas 214, 216 o 223).
En la forma de realización ejemplar, un panel de
control de emergencias 220 está muy cerca del sistema 214. El panel
de control de emergencia ejemplar incluye una o más luces de estado
y uno o más conmutadores (por ejemplo luces de estado roja y verde
y conmutadores de emergencia de apagado para cada conducto además de
un conmutador de apagado maestro para todos los conductos). Éstos
están acoplados por las líneas 222 que se extienden hasta los
módulos de interfaz individuales. En el caso del fallo de un sistema
de control que pueda evitar el control (es decir, la seguridad) de
los conductos a través del sistema 214 y el borne 210, los
conmutadores de apagado serán disparados por un técnico para la
seguridad de los conductos (por ejemplo, cerrando las válvulas de
combustible y oxidante, desactivando la ignición y similar para
desconectar o desactivar con seguridad los conductos asociados).
Los propios modelos de interfaz pueden estar constituidos en un modo
de seguridad al fallo por lo que una rotura en la línea asociada
215 o 222 causa que el módulo transite a un modo de seguridad.
Las figuras 7 y 8 muestran un módulo de interfaz
ejemplar 204 asociado con un conducto de combustión 202. En la
implantación ejemplar, el módulo de interfaz incluye una caja de la
electrónica de control 230 desde la cual se extiende una luz de
estado 232. Cerca de la caja 230 están las respectivas cajas de las
válvulas de combustible y oxidante 234 y 236 y un acumulador de
aire 238. En la forma de realización ejemplar, las líneas de
combustible y oxidante 240 y 242 se extienden en el interior de las
cajas de las válvulas 234 y 236 y se conectan con las válvulas
controladas electrónicamente (no representadas) las cuales, a su
vez, están conectadas a través de líneas de fluido apropiadas al
conducto 202. De forma similar, una línea de aire del taller 244 se
puede conectar a la caja de la válvula del oxidante 236. La caja de
control está conectada a través de líneas apropiadas 309 tanto al
panel de control 220 como al borne 210. Un conmutador de apagado
local 246 puede estar conectado a la electrónica de control a través
de la línea 248 y puede estar montado directamente sobre la caja de
la electrónica 230 o próxima a la misma.
La figura 9 muestra una electrónica de control
ejemplar desde la caja de la electrónica 230 del módulo de interfaz
204. La electrónica sirve como un sistema de supervisión y control
local específico del conducto asociado. El núcleo de la electrónica
es una tarjeta de emulador de unidad central de proceso (CPU) 250 en
el que corre el software del control de la interfaz. El emulador
250 se comunica con un banco de relés 252 a través de las líneas
254 para controlar las diversas válvulas en el interior de las cajas
234 y 236 asociadas con los respectivos relés a través de líneas de
control de las válvulas 256. Por seguridad, ventajosamente las
válvulas se cierran en el momento de un fallo. Para asegurar la
creación de una onda de detonación con éxito, el emulador 250
recibe una entrada del temporizador a través de una línea 258
conectada a sondas de ionización montadas en el conducto (por
ejemplo, dos sondas separadas longitudinalmente cerca del extremo
aguas abajo del conducto y que representan subconjuntos de sensores
genéricamente identificados 206). El emulador se comunica a través
de las líneas 260 con un control a partir de ethernet 262 que forma
interfaz con el borne 210 a través de las líneas 209. El control
262 está configurado para recibir la entrada desde termopares y de
detectores de la temperatura por resistencia (RTD - Resistance
temperature detectors) a través de líneas 270, desde sensores de la
presión a través de líneas analógicas 272 y de conmutadores de
limitación a través de líneas de entrada discreta 274. En una
implantación ejemplar, los termopares pueden estar conectados en
diversas ubicaciones a lo largo del conducto, a las cajas de las
válvulas, o en algún sitio en el interior de la vasija. Los
sensores de la presión (por ejemplo, transductores) pueden medir las
presiones en una o más ubicaciones en las cajas de las válvulas o
bien en otras ubicaciones. Los termopares y los detectores de la
temperatura por resistencia pueden representar subconjuntos de
sensores identificados genéricamente 206 y 208. Los conmutadores de
limitación pueden verificar la colocación del equipo mecánico (por
ejemplo, para confirmar que las cajas están cerradas con seguridad
antes del encendido).
La energía para el emulador y el banco de
solenoides está suministrada por baterías de corriente continua 280
y 282 que extraen la energía de una fuente de energía de corriente
alterna 284. En la forma de realización ejemplar, un suministro de
energía ininterrumpida (UPS) y una batería de reserva 286
suministran la energía de corriente alterna a los suministros de
energía 280 y 282 y al control de ethernet en el caso de una pérdida
de energía desde la fuente 284.
En funcionamiento, una variedad de medios pueden
permitir que el sistema de control y supervisión 214 decida iniciar
la limpieza detonante mediante uno o más de los conductos y
determinar las características de una limpieza de este tipo. Los
sensores identificados pueden incluir combinaciones de sensores de
radiación de imágenes o sin imágenes (por ejemplo, sensores de
infrarrojos). Alternativamente, o adicionalmente, sensores
exteriores a la vasija pueden supervisar el interior de la vasija a
través de ventanas como ha sido descrito antes en este documento.
Los sensores pueden proporcionar una indicación de las emisiones
químicas (por ejemplo, contaminantes). Por ejemplo, iones tales
como CH^{-} y OH^{-} tienen frecuencias características las
cuales pueden ser detectadas (por ejemplo, 324 nm y 282 nm en la
banda de los infrarrojos). La capacidad de emisión o bien otras
mediciones pueden detectar directamente las formaciones creadas
sobre las superficies. Las mediciones de la temperatura del fluido
que viaja a través de los haces de tubos pueden proporcionar
indicaciones de formaciones aislantes en los tubos. Los sensores
pueden facilitar una supervisión continua.
En funcionamiento, los diversos sensores pueden
ser utilizados para la determinación de cualquier formación (por
ejemplo, la composición de un depósito, el grosor del depósito y la
extensión del depósito). Estos pueden ser utilizados para
determinar las secuencias y los protocolos de limpieza apropiados
caracterizados por los conductos particulares que se van a
descargar y las características de las descargas de este tipo (por
ejemplo, la naturaleza y la cantidad de las cargas particulares de
combustible y oxidante que se van a introducir en el conducto en
particular). La temporización relativa del encendido de los
diferentes conductos se puede seleccionar para conseguir el
comportamiento deseado (esto puede incluir retrasos para evitar
interferencias o sincronización para proporcionar un efecto
combinado). Después de una secuencia de encendido (la cual puede
incluir uno o más encendidos de uno o más conductos) puede haber
una reevaluación para determinar si son apropiados encendidos
adicionales sobre la base de la entrada de un sensor. Los resultados
de una reevaluación y de subsiguientes reevaluaciones de este tipo
se pueden utilizar para el ajuste fino de protocolos de limpieza
particulares para un uso futuro. Los datos de los sensores también
se pueden utilizar para determinar la condición del sistema de
limpieza y sus componentes. Una falta de entrada desde los sensores
de iones puede indicar una falta de detonaciones. Los sensores de
presión pueden indicar una presión insuficiente o excesiva del
combustible o del oxidante. Los sensores de temperatura pueden
indicar un sobrecalentamiento del conducto. Unos datos de las
condiciones anormales de este tipo pueden causar la visualización de
una alarma y puede causar la generación de una solicitud automática
de servicio y mantenimiento. En una implantación ejemplar, el
sistema de control 214 puede estar programado para mandar
globalmente cualquiera de diversas clases de descargas de disparo
único y enviar los mandatos correspondientes a la electrónica de
control de los conductos individuales. Esa electrónica de control
puede almacenar la información necesaria para cargar y descargar
realmente del modo apropiado el disparo específico (por ejemplo,
las cantidades de combustible y oxidante). Por ejemplo, el sistema
de control 214 puede enviar un mandato general representativo de un
impulso fuerte, de alta potencia, a la electrónica de control local
la cual, a su vez, es capaz de generar el disparo incluso aunque los
parámetros de llenado para un disparo fuerte de alta potencia
puedan diferir entre los conductos. El sistema de control 214
adicionalmente puede estar programado para generar combinaciones de
tales disparos para protocolos particulares.
Se ha descrito una o más formas de realización
de la presente invención. Sin embargo, se comprenderá que se pueden
realizar diversas modificaciones sin salirse del ámbito de la
invención como se establece en las reivindicaciones que se
adjuntan. Por ejemplo, la invención se puede adaptar para utilizarla
con una gran variedad de equipos industriales y con una variedad de
tecnologías de sopladores de hollín. Aspectos del equipo y de las
tecnologías existentes pueden influir en los aspectos de cualquier
implantación particular. Por consiguiente, otras formas de
realización están dentro del ámbito de la siguiente
reivindicaciones.
Claims (20)
1. Aparato para limpiar una o más superficies en
el interior de una vasija (200) provista de una pared de la vasija
(24) que separa un exterior de la vasija de un interior de la vasija
y que está provista de una abertura en la pared (66), el aparato
comprendiendo:
- por lo menos un conducto alargado (26)
provisto de un primer extremo aguas arriba (28) y un segundo extremo
aguas abajo (30) y que se puede colocar de forma que se pueda
dirigir una onda de choque desde el segundo extremo en el interior
de la vasija;
- una fuente (32) de combustible y oxidante
acoplada al conducto para distribuir combustible y oxidante al
conducto;
- un iniciador (106) que se puede colocar de
forma que se inicie una reacción del combustible y del oxidante
para producir la onda de choque;
- por lo menos un sensor (206, 208) para
detectar una o más propiedades de termodinámicas asociadas con la
vasija; y
- un sistema de control (214) acoplado al
iniciador, la fuente y el sensor para recibir entradas desde el
sensor y controlar el funcionamiento del iniciador y de la fuente en
respuesta a dicha entrada;
dicho aparato estando caracterizado
porque adicionalmente comprende:
- una pluralidad de dichos conductos alargados
(202A-D) y una pluralidad de iniciadores, cada uno
de los conjuntos asociados con uno o más iniciadores; y porque el
sistema de control incluye:
- una pluralidad de controles locales
(204A-D) respectivamente asociados y acoplados a uno
de los iniciadores; y
- un control central (214) acoplado a la
pluralidad de controles locales (204A-D).
2. El aparato de la reivindicación 1 en el que
existe una pluralidad de sensores de un tipo (206, 208) que incluye
por lo menos un sensor de temperatura y por lo menos un sensor de
presión.
3. El aparato de la reivindicación 1 o 2 en el
que existe una pluralidad de sensores de un tipo (206, 208) que
incluye por lo menos un termopar que se puede colocar sobre el
conducto o sobre la vasija y por lo menos un sensor de
infrarrojos.
4. El aparato de la reivindicación 3 en el que
el por lo menos un sensor de infrarrojos incluye una cámara de
infrarrojos.
5. El aparato de cualquiera de las
reivindicaciones anteriores en el que existe una pluralidad de
sensores de un tipo (206, 208) que incluye por lo menos un sensor
de emisión de la combustión.
6. El aparato de cualquiera de las
reivindicaciones anteriores en el que el control central (214) se
puede programar de forma que se genere una solicitud de
mantenimiento o de servicio en respuesta a la entrada.
7. El aparato de cualquiera de las
reivindicaciones anteriores en el que el sistema de control se
comunica con un sistema de supervisión remoto (216).
8. El aparato de cualquiera de las
reivindicaciones anteriores en el que el sistema de control se puede
programar de forma que controle el funcionamiento del conducto en
respuesta a la entrada desde dicho por lo menos un sensor (206,
208).
9. El aparato de cualquiera de las
reivindicaciones anteriores en el que el sistema de control se puede
programar con una pluralidad de diferentes procesos de limpieza y
adicionalmente se puede programar de forma que ejecute los procesos
en respuesta a las condiciones detectadas correspondientes.
10. El aparato de cualquiera de las
reivindicaciones anteriores adicionalmente comprendiendo una cámara
de inspección de imágenes acoplada al sistema de control para la
supervisión visual del interior de la vasija.
11. Un sistema de supervisión para supervisar el
funcionamiento de una pluralidad de aparatos remotos de limpieza
detonante, el sistema comprendiendo:
- una pluralidad de aparatos remotos de limpieza
detonante como se reivindica en cualquiera de las reivindicaciones
anteriores;
- una interfaz de comunicaciones para comunicar
con el aparato;
- un procesador acoplado a la interfaz de
comunicaciones; y
- una memoria acoplada al procesador;
en el que el por lo menos uno del procesador y
de la memoria almacena instrucciones para recibir datos desde el
aparato y grabar la información con respecto al aparato.
12. El sistema de la reivindicación 11 siendo un
sistema de supervisión y control en el que por lo menos uno del
procesador y de la memoria almacena instrucciones para causar que el
aparato funcione.
13. El sistema de la reivindicación 11 o 12
adicionalmente incluyendo uno o más visualizadores.
14. El sistema de la reivindicación 13 en el que
por lo menos uno del uno o más visualizadores se puede conectar de
forma que permita por lo menos una visualización a tiempo parcial de
la entrada de la cámara de vídeo.
15. Un procedimiento para limpiar superficies en
el interior de una pluralidad de vasijas en una pluralidad de
ubicaciones, el procedimiento comprendiendo:
- en una ubicación central, los datos de
supervisión con respecto a cada una de las vasijas; y
- en respuesta a dichos datos supervisados para
una en particular de las vasijas, causar que un aparato de limpieza
detonante asociado con la vasija en particular descargue para
limpiar la superficie en el interior de la vasija particular.
16. El procedimiento de la reivindicación 15
llevado a cabo a través de un sistema de control y supervisión
programado y que está programado para seleccionar, en respuesta a
dichos datos supervisados, por lo menos uno de una pluralidad de
protocolos de limpieza por lo menos parcialmente determinadas
previamente y causar dicha descarga de acuerdo con el por lo menos
un protocolo seleccionado.
17. El procedimiento de la reivindicación 15 o
16 llevado a cabo de un modo secuencial.
18. El procedimiento de la reivindicación 15, 16
o 17 adicionalmente comprendiendo la utilización de una cámara de
infrarrojos en el interior de cada vasija para inspeccionar la
superficie asociada mientras la vasija está en funcionamiento.
19. El procedimiento de cualquiera de las
reivindicaciones 15 a 18 en el que dicha supervisión comprende por
lo menos una de las siguientes:
- la supervisión de la capacidad de emisión de
una superficie en el interior de cada una de las vasijas;
- la supervisión de las cantidades de uno o más
productos químicos en cada una de las vasijas; y
- la supervisión de una o más imágenes de los
interiores de cada una de las vasijas.
20. El procedimiento de cualquiera de las
reivindicaciones 15 a 19 adicionalmente comprendiendo la recepción
de una solicitud automática de mantenimiento o servicio para por lo
menos una de las vasijas.
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