Cómo mejorar la calidad del agua de alimentación para evitar la corrosión de la caldera

La falla de la caldera es una preocupación importante para las plantas de calefacción y energía, y se sabe que la corrosión asociada con la calidad del agua de la caldera es la causa principal. Se estima que el costo total de las fallas de los tubos de las calderas en las centrales eléctricas es de aproximadamente $5 mil millones al año (tenga en cuenta que esta cifra es de 2009, por lo que es probable que sea mucho mayor). Para garantizar el funcionamiento seguro a largo plazo de una caldera, el la calidad del agua debe mantenerse continuamente dentro de los requisitos de tolerancia de la caldera.

Impurezas del agua de alimentación de la caldera

Las fuentes de agua contienen impurezas que, en ciertos niveles, pueden ser muy dañinas. A altas temperaturas, incluso pequeñas cantidades de ciertas sustancias en el agua de alimentación pueden causar daños graves a los equipos y las tuberías en poco tiempo. Los sólidos disueltos o los sólidos en suspensión problemáticos, el oxígeno, el dióxido de carbono y la materia orgánica pueden causar incrustaciones, incrustaciones y corrosión. Por ejemplo:

• El hierro puede depositarse en las piezas y los tubos internos de la caldera, dañar los equipos posteriores y afectar la calidad de ciertos procesos de fabricación.
• El cobre puede hacer que los depósitos se asienten en las turbinas de alta presión, lo que reduce su eficiencia y requiere una limpieza costosa o cambios de equipo.
• La sílice puede causar incrustaciones extremadamente duras, especialmente en calderas de alta presión.
• El calcio puede causar incrustaciones en varias formas dependiendo de la química del agua de alimentación de la caldera.
• El magnesio puede adherirse al interior de la caldera y los tubos revestidos, lo que atrae más sólidos y contribuye a la formación de incrustaciones, especialmente si se combina con fosfato.
• El aluminio puede depositarse como incrustaciones en el interior de la caldera y puede reaccionar con la sílice para aumentar aún más la probabilidad de incrustaciones.
• La dureza provoca depósitos y escamas en las piezas y tuberías de la caldera.
• Los gases disueltos, como el oxígeno y el dióxido de carbono, pueden causar una corrosión severa en las tuberías y piezas de la caldera.

El tipo más común de corrosión es el ataque por picaduras debido al oxígeno disuelto. Este se caracteriza por orificios pequeños pero profundos que penetran las paredes del tubo y provocan una eventual falla. Los factores que afectan la gravedad incluyen la concentración de oxígeno disuelto, el pH y la temperatura. (Lectura relacionada:Cómo reconocer, prevenir y tratar eficazmente la corrosión por picadura).

Para evitar la corrosión, el agua de la caldera debe ser algo alcalina y no ácida. La acidez inadecuada y el agua ligeramente alcalina pueden disolver el metal y la película protectora de las superficies metálicas.

El ataque ácido ocurre si el pH cae por debajo de 8.5. En esta condición, los materiales son susceptibles al adelgazamiento de la superficie causado por el grabado. Cualquier área estresada sería la más vulnerable en este tipo de ataque.

El ataque cáustico se produce si el pH está por encima de 12,9 y, a menudo, se encuentra a altas temperaturas en calderas tratadas con fosfato. Los depósitos en áreas de alta transferencia de calor pueden quitar la película de magnetita del material base.

Remanente de espuma

El arrastre de espuma se debe a que las impurezas normales de la caldera se concentran demasiado, al tratamiento excesivo con productos químicos o a la introducción accidental de materia orgánica (grasa o aceite) en el agua de alimentación de la caldera o en el retorno de condensado. La espuma del interior de la caldera sale fácilmente por la salida de vapor de la caldera y puede causar daños importantes. Los golpes de ariete en una línea de vapor, la erosión en las tuberías de vapor y los eventos de bajo nivel de agua en la caldera son ejemplos.

Figura 1. Video que describe el funcionamiento de la caldera.

Sistemas de tratamiento de agua de alimentación de calderas

Un sistema de tratamiento de agua de alimentación de caldera se compone de varias tecnologías individuales que abordan la condición del agua de alimentación para cumplir con los requisitos de la caldera específica. El sistema de tratamiento está formado por los componentes necesarios para eliminar las impurezas que siempre están presentes independientemente de su origen. Un sistema básico de tratamiento del agua de alimentación de una caldera normalmente incluye algún tipo de coagulación, filtración, intercambio iónico, desalinización, desaireación y procesos de membrana como la ósmosis inversa. Estos componentes se describen en las siguientes secciones. (Lectura relacionada:Cómo evitar la corrosión a base de quelantes en una tubería de agua de caldera).

Coagulación y precipitación química

Después de retirar todos los objetos grandes de la fuente de agua original, se agregan varios productos químicos a un tanque de reacción para eliminar los sólidos en suspensión a granel y otros contaminantes diversos. Este proceso comienza con una variedad de reactores de mezcla, que suelen ser uno o dos reactores que agregan productos químicos específicos para eliminar todas las partículas más finas del agua combinándolas en partículas más pesadas a través de la coagulación que finalmente precipitan y sedimentan.

Filtración y ultrafiltración

El siguiente paso generalmente es filtrar el agua para eliminar cualquier partícula suspendida, como sedimentos, turbidez y ciertos tipos de materia orgánica. A menudo, es útil hacer esto al principio del proceso, ya que la eliminación de los sólidos en suspensión aguas arriba puede ayudar a proteger las membranas y las resinas de intercambio iónico contra el ensuciamiento más adelante en el proceso de pretratamiento.

Ablandamiento por intercambio de iones

Se puede usar una resina suavizante para tratar la alta dureza que contiene bicarbonatos, sulfatos, cloruros o nitratos. Este procedimiento utiliza un proceso de intercambio catiónico de ácido fuerte, mediante el cual la resina se carga con un ion de sodio. El agua dura pasa a través de un ablandador, y el calcio y el magnesio se intercambian con los iones de sodio. Los iones de sodio se mantienen sueltos y se reemplazan fácilmente por iones de calcio y magnesio. Durante este proceso, se liberan iones de sodio "libres" en el agua.

Desalcalinización

La desalcalización puede reducir la alcalinidad o el pH, que es una impureza que puede causar formación de espuma, corrosión y fragilización. La desalcalinización con cloruro de sodio utiliza una resina de intercambio aniónico fuerte para reemplazar el bicarbonato, el sulfato y el nitrato por aniones de cloruro.

Ósmosis inversa y nanofiltración

La ósmosis inversa (RO) y la nanofiltración (NF) fuerzan el agua presurizada a través de membranas semipermeables, atrapando contaminantes como bacterias, sales, compuestos orgánicos, sílice y dureza, mientras permiten el paso de agua concentrada y purificada. Estas unidades de filtración se utilizan principalmente con calderas de alta presión donde la concentración de sólidos en suspensión y disueltos debe mantenerse extremadamente baja.

Desaireación o desgasificación

El condensado que se devuelve se mezclará con el agua de reposición tratada y entrará en un proceso de desaireación o desgasificación. Cualquier rastro de oxígeno y dióxido de carbono puede ser extremadamente corrosivo para el equipo y las tuberías de la caldera. Por lo tanto, es imperativo eliminar estos gases a niveles aceptables para maximizar la vida útil y la seguridad del sistema de la caldera. Hay varios tipos de dispositivos de desaireación que vienen en una variedad de configuraciones, pero los tipos más comunes son un desaireador tipo bandeja o rociador para desgasificación o eliminadores de oxígeno.

Calderas de Alta y Baja Presion

Los requisitos de calidad del agua de alimentación dependen de la presión y el caudal. Para ciertas presiones, existe un nivel máximo de contaminantes y, a medida que aumenta la presión, se vuelve más crítico para el tratamiento completo del agua que produce agua de mayor calidad.

Las calderas de baja presión (600 PSI y menos) y el agua con una cantidad baja de sólidos disueltos totales (TDS) generalmente solo requieren una filtración simple y ablandamiento del agua. Según lo dicte la química del agua, o a medida que aumente la presión, es posible que se necesite un desalcalinizador.

Las calderas de alta presión (600 PSI y más) generalmente requieren algún tipo de desmineralización, intercambio de iones o dispositivos de pulido de lecho mixto o sándwich a base de resina. La ósmosis inversa utilizada en combinación con una tecnología de pulido es muy popular cuando se requiere agua de pureza extremadamente alta.

Pruebas de agua de alimentacion y control de calidad

Prevenir y minimizar los procesos de corrosión en calderas es muy importante en la industria térmica. La calidad del agua de alimentación debe mantenerse a un nivel que corresponda a los estándares de diseño, seguido de cualquier fluctuación en los parámetros medidos. Existen instrumentos analíticos sensibles en línea y fuera de línea que se pueden usar para medir los parámetros de diagnóstico clave que son cruciales para la seguridad y el rendimiento de la caldera.

Saber dónde se encuentra la calidad de la fuente del agua de alimentación en relación con la calidad del agua requerida para una caldera específica es esencial, ya que un tratamiento inadecuado del agua puede provocar incrustaciones, corrosión y ensuciamiento de la caldera y del equipo aguas abajo.