Como melhorar a qualidade da água de alimentação para evitar a corrosão da caldeira

A falha da caldeira é uma grande preocupação para as usinas de aquecimento e energia, e a corrosão associada à qualidade da água da caldeira é conhecida como a principal causa. O custo total de falhas de tubos de caldeiras em usinas de energia é estimado em cerca de US$ 5 bilhões por ano (observe que esse valor é de 2009, portanto, provavelmente será muito maior). a qualidade da água precisa ser mantida continuamente dentro dos requisitos de tolerância da caldeira.

Impurezas da água de alimentação da caldeira

As fontes de água contêm impurezas que, em certos níveis, podem ser muito prejudiciais. Em altas temperaturas, mesmo pequenas quantidades de certas substâncias na água de alimentação podem causar danos graves a equipamentos e tubulações em um curto período de tempo. Sólidos dissolvidos ou sólidos suspensos problemáticos, oxigênio, dióxido de carbono e matéria orgânica podem causar incrustação, incrustação e corrosão. Por exemplo:

• O ferro pode se depositar nas peças e tubos internos da caldeira, danificar equipamentos a jusante e afetar a qualidade de certos processos de fabricação.
• O cobre pode causar depósitos em turbinas de alta pressão, diminuindo sua eficiência e exigindo limpeza cara ou trocas de equipamentos.
• A sílica pode causar incrustação extremamente difícil, especialmente em caldeiras de alta pressão.
• O cálcio pode causar incrustação de várias formas, dependendo da química da água de alimentação da caldeira.
• O magnésio pode aderir ao interior da caldeira e tubos revestidos, atraindo mais sólidos e contribuindo para a incrustação, especialmente se combinado com fosfato.
• O alumínio pode se depositar como incrustação no interior da caldeira e pode reagir com a sílica para aumentar ainda mais a probabilidade de incrustação.
• A dureza causa depósitos e incrustações nas peças e tubulações da caldeira.
• Gases dissolvidos, como oxigênio e dióxido de carbono, podem causar corrosão severa nos tubos e peças da caldeira.

O tipo mais comum de corrosão é o ataque por pites devido ao oxigênio dissolvido. Isso é caracterizado por furos pequenos, mas profundos, que penetram nas paredes do tubo e causam eventual falha. Fatores que afetam a gravidade incluem concentração de oxigênio dissolvido, pH e temperatura. (Leitura relacionada:Como reconhecer, prevenir e tratar efetivamente a corrosão por picadas.)

Para evitar a corrosão, a água da caldeira precisa ser um pouco alcalina e não ácida. Acidez inadequada e água levemente alcalina podem dissolver o metal e a película protetora nas superfícies metálicas.

O ataque ácido ocorre se o pH cair abaixo de 8,5. Nesta condição, os materiais são suscetíveis ao afinamento da superfície causado pela corrosão. Qualquer área estressada seria a mais vulnerável nesse tipo de ataque.

O ataque cáustico ocorre se o pH estiver acima de 12,9 e é frequentemente encontrado em altas temperaturas envolvendo caldeiras tratadas com fosfato. Depósitos em áreas de alta transferência de calor podem remover o filme de magnetita do material base.

Transição de espuma

A transferência de espuma é causada por impurezas normais da caldeira que se tornam muito concentradas, tratamento excessivo com produtos químicos ou uma introdução acidental de matéria orgânica (graxa ou óleo) na água de alimentação da caldeira ou retorno de condensado. A espuma dentro da caldeira é facilmente forçada para fora da saída de vapor da caldeira e pode causar grandes danos. Golpe de aríete em uma linha de vapor, erosão na tubulação de vapor e eventos de baixa água na caldeira são exemplos.



Figura 1. Vídeo descrevendo a operação da caldeira.

Sistemas de tratamento de água de alimentação de caldeira

Um sistema de tratamento de água de alimentação de caldeira é composto por várias tecnologias individuais que abordam a condição da água de alimentação para atender aos requisitos da caldeira específica. O sistema de tratamento é composto pelos componentes necessários para remover as impurezas que estão sempre presentes, independentemente da fonte. Um sistema básico de tratamento de água de alimentação de caldeira normalmente inclui algum tipo de coagulação, filtração, troca iônica, desalcalinização, desaeração e processos de membrana, como osmose reversa. Esses componentes são descritos nas seções a seguir. (Leitura relacionada:Como evitar corrosão à base de quelante em um tubo de água de caldeira.)

Coagulação e precipitação química

Depois que todos os objetos grandes são removidos da fonte de água original, vários produtos químicos são adicionados a um tanque de reação para remover os sólidos suspensos a granel e outros vários contaminantes. Esse processo começa com uma variedade de reatores de mistura, que normalmente são um ou dois reatores que adicionam produtos químicos específicos para remover todas as partículas mais finas da água, combinando-as em partículas mais pesadas por meio de coagulação que eventualmente precipitam e sedimentam.

Filtragem e ultrafiltração

O próximo passo é geralmente passar a água por filtração para remover quaisquer partículas suspensas, como sedimentos, turbidez e certos tipos de matéria orgânica. Muitas vezes, é útil fazer isso no início do processo, pois a remoção de sólidos suspensos a montante pode ajudar a proteger as membranas e as resinas de troca iônica de incrustações mais tarde no processo de pré-tratamento.

Abrandamento da troca iônica

Uma resina de amaciamento pode ser usada para tratar de alta dureza contendo bicarbonatos, sulfatos, cloretos ou nitratos. Este procedimento usa um processo de troca catiônica de ácido forte, em que a resina é carregada com um íon sódio. A água dura passa por um amaciante, e o cálcio e o magnésio trocam de lugar com os íons de sódio. Os íons de sódio são mantidos frouxamente e são substituídos facilmente por íons de cálcio e magnésio. Durante esse processo, íons de sódio “livres” são liberados na água.

Desalcalinização

A desalcalização pode reduzir a alcalinidade ou o pH, que é uma impureza que pode causar espuma, corrosão e fragilização. A desalcalização por cloreto de sódio usa uma resina de troca aniônica forte para substituir bicarbonato, sulfato e nitrato por ânions cloreto.

Osmose reversa e nanofiltração

A osmose reversa (RO) e a nanofiltração (NF) forçam a água pressurizada através de membranas semipermeáveis, retendo contaminantes como bactérias, sais, orgânicos, sílica e dureza, enquanto permite a passagem de água concentrada e purificada. Estas unidades de filtração são usadas principalmente com caldeiras de alta pressão onde a concentração de sólidos suspensos e dissolvidos precisa ser mantida extremamente baixa.

Desaeração ou desgaseificação

O condensado que está sendo devolvido se misturará com a água de reposição tratada e entrará em um processo de desaeração ou desgaseificação. Qualquer traço de oxigênio e dióxido de carbono pode ser extremamente corrosivo para os equipamentos e tubulações da caldeira. Portanto, a remoção desses gases a níveis aceitáveis ​​é imprescindível para maximizar a vida útil e a segurança do sistema da caldeira. Existem vários tipos de dispositivos de desaeração que vêm em uma variedade de configurações, mas um desaerador do tipo bandeja ou spray para desgaseificação ou removedores de oxigênio são os tipos mais comuns.

Caldeiras de alta e baixa pressão

Os requisitos de qualidade da água de alimentação dependem da pressão e da vazão. Para certas pressões, há um nível máximo de contaminantes e, à medida que a pressão aumenta, torna-se mais crítico para o tratamento completo da água que produz água de maior qualidade.

Caldeiras de baixa pressão (600 PSI e inferior) e água com baixa quantidade de sólidos totais dissolvidos (TDS) normalmente requerem apenas filtração simples e amaciamento da água. Como a química da água pode ditar, ou à medida que a pressão aumenta, pode ser necessário um descalcificante.

Caldeiras de alta pressão (600 PSI e superiores) geralmente requerem algum tipo de desmineralização, troca iônica ou sanduíche à base de resina ou dispositivos de polimento de leito misto. A osmose reversa usada em combinação com uma tecnologia de polimento é muito popular onde é necessária água de pureza extremamente alta.

Teste de água de alimentação e controle de qualidade

Prevenir e minimizar processos de corrosão em caldeiras é muito importante na indústria termelétrica. A qualidade da água de alimentação deve ser mantida em um nível correspondente aos padrões de projeto, seguido pela observação de quaisquer flutuações nos parâmetros medidos. Existem instrumentos analíticos sensíveis online e offline que podem ser usados ​​para medir os principais parâmetros de diagnóstico que são cruciais para a segurança e o desempenho da caldeira.

Saber onde está a qualidade da fonte de alimentação em relação à qualidade da água necessária para uma caldeira específica é essencial, pois o tratamento inadequado da água pode levar à incrustação, corrosão e incrustação da caldeira e dos equipamentos a jusante.