Fundamentos de corrosion en sistemas con agua

Sistemas de análisis de líquidos y sensores están cuestan herramientas eficaces contra la corrosión.

 

Agua plus de metal es igual a la corrosión. Esta realidad ataca la línea inferior de cada planta de generación de energía de vapor impulsado en el mundo.

En una planta de energía de vapor, agua de alta pureza se calienta y se hierve para producir vapor, que energiza y acciona una turbina para producir electricidad.

El agua y el vapor están en constante contacto con las superficies metálicas que amenazan la integridad de equipos de la planta como condensadores, calentadores, bombas, tuberías, calderas y turbinas.

Afortunadamente, purificación de agua y producto químico de tratamiento a reducir y controlar la corrosión en la planta en gran medida. Asegurar buena química ciclo para evitar la corrosión, sin embargo, requiere mediciones precisas y continuas de análisis en el tren de desmineralización, agua de enfriamiento, el condensado, y la caldera de agua de alimentación y los sistemas de vapor.

Si bien las directrices dadas a continuación abordan las necesidades de una planta de generación de energía de vapor impulsado, también pueden ser útiles en otras instalaciones de fabricación en donde el agua juega un papel importante.

La corrosión se produce cuando los iones metálicos transfieren de un metal de base al agua y se combinan con el oxígeno para convertirse en hidróxidos e hidróxidos de metal sólido. partículas resultantes a menudo viajan a otras partes del sistema y se depositan.

Reaccion de corrosion

 

El depósito es un mal conductor

Una vez que se forma un depósito, que atrae más sólidos en suspensión y el depósito crece. Depósitos con frecuencia se acumulan en las superficies de intercambio de calor, tubos de calderas, y calentadores.

El depósito es un conductor pobre de calor que el metal y, por lo tanto interfiere con la transferencia de calor a través del tubo. Esto reduce la eficiencia global del ciclo y puede causar fallos de sobrecalentamiento del tubo locales. Los depósitos también pueden reducir significativamente la eficiencia de las turbinas y, a su vez, se convierten en sitios de corrosión cuando se disuelven los sólidos atrapados en el concentrado de depósito como el líquido hierve lejos. Eventualmente, la concentración alcanza niveles muy corrosivos y graves deficiencias de depósito se produce la corrosión.

Una película de óxido resistente que protege el metal de base es la mejor manera de defender hierro y cobre de la corrosión. Para el hierro y el acero al carbono, la película protectora es magnetita.

Para las aleaciones de cobre y de cobre, la película protectora es óxido cuproso. Esta película funciona sólo en la presencia de la química del agua adecuadamente controlado.

la química del agua adecuada también asegura que la película no se desgasta y, si se produce una ruptura, la película se repara rápidamente.

El control de la química del agua requiere el mantenimiento de agua de alta pureza, el control de pH, el seguimiento de las cantidades de trazas de oxígeno disuelto, y, si es necesario, controlar la alimentación de un agente de eliminación como hidrazina.

Tren de desmineralización

La primera línea de defensa contra la corrosión en una planta de energía de vapor es el uso de agua de alta pureza. La producción de que el agua es la función del tren de desmineralización, que convierte el agua en bruto que contiene entre 100 y 1.500 ppm de sólidos disueltos en el agua que contiene no más de 10 a 20 ppb sólidos disueltos. Los pasos de tratamiento pueden incluir filtración, ablandamiento, la eliminación de cloro, ósmosis inversa, desgasificación, y el intercambio de iones.

ósmosis inversa eficaz (RO), en la que las fuerzas de agua a través de una membrana semi-permeable, puede eliminar aproximadamente el 98% de las sales disueltas y de sílice en el agua en bruto y moléculas orgánicas casi todas las grandes. Ponerse en contacto con sensores de conductividad colocados en el agua de alimentación y del permeado de la RO permiten operadores de plantas de supervisar la calidad del agua y la eficiencia general del sistema de RO.

Las mediciones de conductividad en RO impregnan y agua de alta pureza no son simples, sin embargo. La calibración de sensores es complejo y debe tener lugar mediante la comparación del sensor contra un Instituto Nacional de Estándares y celular calibrada trazable Tecnología (NIST) de una constante de celda conocidos o mediante la calibración del sensor en una solución certificada. Sin embargo, tras la exposición a la atmósfera, patrones de conductividad de alta pureza y falta de agua a través de la absorción de dióxido de carbono del aire circundante y cualquier residuo en el recipiente de muestra. Para evitar la contaminación, puede ser deseable usar sensores de pre-calibrados a los estándares NIST. instrumentos de validación de conductividad están disponibles que se conectan al proceso a través de la tubería, eliminando los efectos de la atmósfera en la medición.

Típicamente, agua de alimentación a un sistema de RO se someterá a tratamiento y ya contendrá los productos químicos para asegurar un funcionamiento óptimo. Estos productos químicos, sin embargo, requieren una vigilancia cuidadosa, o pueden atacar a las membranas de OI. Esto es particularmente cierto si el agua de alimentación se encuentra fuera del intervalo ácido deseado. Los operadores de planta requieren sensores de pH de uso general para mantener la acidez leve en el agua de alimentación. El cloro puede estar en el agua de alimentación en algunas plantas como un biocida o necesita la eliminación en otros por medio de un lecho de carbón porque ataca las membranas de OI. Sin embargo, lechos de carbón alcanzan la saturación con el tiempo, por lo tanto, los monitores de cloro detectan avance de cloro.

La ósmosis inversa sola rara vez puede producir agua de pureza suficiente para el maquillaje. El permeado de RO se suele pulido usando un intercambiador de iones (IX). Estos sistemas consisten en tanques que contienen perlas de resina tratados selectivamente para adsorber o bien cationes o aniones. A los intercambios de cama de cationes cargados positivamente iones (tales como calcio, magnesio y sodio) para el hidrógeno, y los intercambios de cama anión cargado negativamente iones (tales como cloruro, sulfato y bicarbonato) para hidroxilo. El hidrógeno desplazados e hidroxilo se combinan para formar agua pura. Después de una cierta cantidad de uso, estos sistemas se agotan y deben ser regeneradas usando ácido sulfúrico o clorhídrico para la resina de catión y el hidróxido de sodio para aniones. El seguimiento de la concentración de ambas de estas sustancias debe ocurrir continuamente con sensores de conductividad medir el regenerante medida que entra en el tanque. Durante enjuague, las mediciones de conductividad toroidales realizadas en el efluente del lecho determinar qué tan bien enjuagados los regenerantes son.

 

Las variaciones en el diseño de la torre de enfriamiento

En el condensador, la recirculación de agua de refrigeración convierte turbina de vapor de escape en el condensado. El agua de enfriamiento generalmente contiene altos niveles de sólidos disueltos, y las fugas de agua de refrigeración en el ciclo de vapor es una fuente importante de contaminación.

Las fugas introducen iones que aumentan la conductividad y aumentar la corrosividad del agua de alimentación, caldera de agua y vapor. Para dar indicación temprana de fugas y para supervisar el rendimiento del condensador en general, la conductividad de cationes de los registros de descarga de la bomba de condensado en un sensor de conductividad de flujo a través.

Además, el seguimiento de condensado y de agua de alimentación pureza requiere medir la conductividad de cationes. Después de que el condensado pasa a través de la columna de cationes, la conductancia de los aumentos de sal contaminantes, ya que convierte a un ácido significativamente más conductor.

Hay un mayor énfasis en la industria de la reutilización de agua de refrigeración mediante torres de refrigeración. El efecto de enfriamiento viene por la evaporación de una pequeña fracción de intercambio de agua y el calor con el aire que pasa a través de la torre de refrigeración. Como el agua se evapora, sin embargo, los sólidos disueltos se concentran, provocando finalmente que la escala y la corrosión en el equipo de intercambio de calor. Aunque hay muchas variaciones en el enfriamiento de diseño de la torre, una característica común es el control de la calidad del agua con el uso de mediciones de conductividad y pH continuos para mantener un conjunto dado de condiciones. Un sensor de conductividad en contacto mide la concentración relativa de las impurezas en el agua. El analizador de ese sensor inicia la apertura de una válvula de purga cuando la conductividad es demasiado alta. A continuación se introduce la pureza del agua más alta de maquillaje que reduce la conductividad.

Como la mayoría de impurezas en el agua de refrigeración son alcalinas, una pequeña cantidad de ácido sulfúrico se agrega en al agua en circulación para bajar el pH y por lo tanto prevenir la formación de incrustaciones. La medición de este concentración de ácido sulfúrico y manteniendo el pH por debajo de siete, donde es menos probable que ocurra de escala (como se indica por el índice de Langelier), se logra mejor por un sensor de pH de propósito general. agua que contiene un alto nivel de sólidos en suspensión de refrigeración, sin embargo, requiere el uso de sensores de pH más especializados más resistente al ensuciamiento.

El condensado de agua de alimentación

La torre de refrigeración se convierte en vapor de agua en el agua después de salir de la turbina. El agua de reposición del tren desmineralización se suma a esta agua para convertirse en agua de alimentación, que bombea a través de una serie de calentadores a la caldera. El control de la corrosión en el condensado y el sistema de alimentación de agua se logra generalmente en una de dos maneras, todo tratamiento volátil (AVT) y el tratamiento oxigenada (OT). AVT utiliza amoníaco para controlar el pH y la hidrazina para proporcionar un ambiente reductor para la protección de aleaciones de cobre. AVT requiere la medición de amoniaco, oxígeno disuelto, y la hidrazina. medición de amoníaco puede ocurrir ya sea directamente o indirectamente de pH y conductividad. El método indirecto es útil porque el amoníaco reacciona en agua para producir iones hidróxido. Tanto la conductividad, que es una medida de los iones en soluciones, y pH, que es una medida indirecta de iones hidróxido, puede combinar para producir la concentración de amoníaco.

OT utiliza amoníaco para controlar el pH y rastrear de oxígeno para proporcionar un ambiente ligeramente oxidante que promueve la formación de una película de óxido modificado resistente. La calidad del agua para OT es más estricta que para AVT, lo que requiere la conductividad de cationes de menos de 0.15 micro Siemens / centímetro. Es necesario para medir el oxígeno disuelto, pH, y la conductividad de cationes en sistemas de agua de alimentación utilizando el método de OT. medición del pH puede ser difícil en agua de baja conductividad y requiere el uso de tecnología que fluye referencia. Una medición de pH requiere continuidad eléctrica entre la referencia y electrodos de vidrio y un camino a la tierra solución. agua de alta pureza no proporciona suficiente conductividad para completar de forma fiable estos caminos y causa potencial de unión que registra la deriva como errático y compensado en la medición de pH. Una referencia que fluye elimina este efecto mediante la estabilización de la potencial de unión. Esta medición se lleva a cabo en una línea de derivación con el fin de preservar la calidad de la alimentación de agua y preferiblemente en una cámara de medición de acero inoxidable para disipar la corriente electrostática generada por el agua de alta pureza. Desde alta pureza pH es de flujo sensible, las tasas de flujo debe ser muy bajo y constante.

tratamiento con vapor de agua de la caldera

La caldera es el punto de recogida final para todos los contaminantes corrosivos y escala productoras generados aguas arriba. corrosión sólido aterriza en las superficies de los tubos de la caldera y crece mediante la recopilación de más materia suspendida. Eventualmente, el sobrecalentamiento y producir fallo de los tubos. El mantenimiento de una película de óxido protectora es la forma óptima para limitar la corrosión del agua, y esto ocurre más fácilmente cuando el mantenimiento de una baja concentración de sólidos disueltos en un entorno de pH ligeramente alcalino. Para lograr esto, la medición continua tanto de pH y conductividad tiene que ocurrir. se requiere medidas de conductividad, la concentración de sólidos disueltos y un sensor de conductividad de larga duración. Para mantener el ambiente alcalino necesario, las plantas de energía comúnmente tamponar el agua de la caldera con sales de hidróxido de sodio y fosfato de sodio. La sobrealimentación o subalimentación de estos productos químicos pueden ser perjudiciales, sin embargo, y las mediciones de pH y fosfato, por lo tanto precisas son críticas.

agua de la caldera también se somete a tratamiento con el fin de producir vapor de agua de alta pureza. Impurezas en el agua de la caldera de la caldera y de tambor de arrastre en forma de vapor, que se deposita sobre la turbina y causa daños por erosión. La sílice es el contaminante más notoria, y es necesario medirlo en el agua de la caldera y el vapor. Las sales tales como sales de hidróxido de sodio y amoníaco también se vaporizan en el vapor y el flujo en la turbina, donde se precipitan, se concentran, y se convierten en altamente corrosivo. Para controlar la contaminación en el vapor, la medición de la conductividad del agua de la caldera debe suceder, que mide indirectamente los sólidos disueltos. A continuación, purga controla la cantidad de contaminación.

Por lo tanto, para evitar la corrosión incontrolada que cuesta los mil millones de la industria eléctrica de dólares cada año, monitorear la calidad del agua y controlar rigurosamente que la calidad de forma continua.

sistemas de análisis de líquidos y sensores son de trabajo duro, fácil de usar, cuesta herramientas eficaces cuando se mide contra el impacto de la corrosión en los costes y operaciones de la planta.

Mientras que cada planta es diferente, se requiere generalmente una gran variedad de instrumentos de detección de pH y conductividad para prácticamente cada paso del proceso de generación de fuerza de vapor.

Más allá de eso, las plantas individuales requerirán oxígeno disuelto, el ozono, cloro, y otras mediciones más especializados.

Muchas plantas están optando por sistemas de control digital centralizada para controlar continuamente la salida de los analizadores y automatizar muchas funciones de control. Esto reduce el impacto sobre el personal y permite la gestión de control de la corrosión para funcionar como una máquina bien engrasada.

Lo más importante, la clave para el control de la corrosión éxito es la continuidad de la medición.

Las muestras individuales y otras técnicas de medición periódicas son inadecuados para la tarea. Sólo continua, análisis en tiempo real ofrece la garantía de la calidad del agua que requiere control de la corrosión.

Detrás del carril

pH detectar una persecución venerado

En el siglo decimosexto, alquimista Leonard Thurneysser descubrió que el matiz de la savia violeta cambió con la adición de ácidos sulfurosos o sulfúrico. Este indicador temprano fue ampliamente utilizado a través de los siglos posteriores para detectar ácidos.

Con introducción de la teoría iónica en la década de 1880 de Svante Arrhenius, se desarrollaron las primeras teorías referentes a la disociación de ácidos y bases. Johannes Bronsted, que postularon que los ácidos y bases son sustancias capaces de cualquiera de donar o aceptar iones de hidrógeno, refinó aún más estas teorías iniciales.

Por 1904, Hans Friedenthal había establecido con éxito la primera escala de clasificación de ácidos mediante la determinación de las constantes de disociación para los ácidos débiles, de acuerdo con la conductividad y la correlación de los cambios de color que corresponden a diferentes concentraciones de iones hidrógeno utilizando 14 colorantes que indican.

Los números de la concentración de iones de hidrógeno a partir de los cálculos de Friedenthal eran pequeños y difíciles de manipular. Por lo tanto, Lauritz Sorensen sugirió utilizar el logaritmo negativo de estos números, que él dobló el "exponente de hidrógeno" o "pondus Hydrogennii."

Esto llevó al desarrollo de la expresión del pH y la creación de la escala de pH moderna.

 

 

 

 

Originó publicada en: https://www.isa.org/standards-and-publications/isa-publications/intech-magazine/2005/may/sensing-ph-controlling-ph/


Aldo Zaffalon
Aldo Zaffalon

Author

Water treatment automation expert, with over 25 years of experience in industrial water treatment automation, marketing, sales and engineering.



Leave a comment

Comments will be approved before showing up.