Análise de traços de metais para monitoramento de corrosão em sistemas condensados ​​de cogeração

Uma revisão de diversas análises de ferro na água de alimentação de geradores de vapor e por que o monitoramento do cobre é necessário em instalações de cogeração.

Por Brad Buecker – Buecker & Associates, LLC

Em artigos anteriores de Engenharia de Energia, examinamos a importância do monitoramento de vestígios de ferro para determinar a extensão da corrosão do aço carbono em circuitos de água de alimentação e condensado de gerador de vapor de recuperação de calor (HRSG). (1, 2) Os sistemas de água de alimentação HRSG normalmente não contêm ligas de cobre, exceto talvez raramente um condensador com tubos de liga de cobre. No entanto, os sistemas de cogeração e grandes sistemas industriais de vapor podem ter numerosos trocadores de calor contendo tubos de liga de cobre.

Conseqüentemente, o monitoramento do condensado de ferro e cobre é importante para avaliar a eficácia dos programas de tratamento químico na minimização da corrosão e do efeito secundário do transporte de produtos de corrosão para geradores de vapor. Neste artigo, revisitaremos brevemente vários aspectos importantes das análises de ferro condensado/água de alimentação de geradores de vapor. Também examinaremos por que o monitoramento do cobre é necessário em instalações de cogeração, juntamente com métodos analíticos modernos para análise de vestígios de metais.

Durante a era da construção de grandes plantas fósseis em meados do século anterior, a rede de condensado/água de alimentação normalmente continha vários aquecedores fechados de água de alimentação, além de um aquecedor aberto, o desaerador.

As ligas de cobre eram uma escolha comum de material para tubos fechados de aquecedores de água de alimentação devido às excelentes propriedades de transferência de calor do cobre. No entanto, o cobre é suscetível à corrosão devido aos efeitos combinados do oxigênio dissolvido e da amônia, sendo esta última o produto químico comum para o controle do pH da água de alimentação (embora em algumas plantas as aminas alcalinizantes, também conhecidas como neutralizantes, continuem sendo a escolha). (3, 4)

O oxigênio converte a camada protetora de Cu2O na superfície do cobre (onde o cobre está no estado de oxidação +1) em CuO, com o cobre se transformando em um estado de oxidação +2. Cu2+ reage com amônia para formar um composto solúvel. Assim, para praticamente qualquer sistema contendo ligas de cobre, uma combinação de desaeração mecânica e eliminação química de oxigênio era, e ainda é, necessária para proteger as ligas. O eliminador de oxigênio também serve como agente passivante para converter CuO de volta em Cu2O.

A combinação de amônia ou uma mistura de amônia/amina para controle de pH e alimentação do eliminador de oxigênio é conhecida como redução de tratamento totalmente volátil (AVT(R)). Produz a familiar camada de magnetita escura (Fe3O4) em aço carbono, mas não é mais recomendada para unidades utilitárias e HRSGs sem ligas de cobre.

Em vez disso, o tratamento oxidante totalmente volátil (AVT(O)) conforme descrito na Referência 1 (sem alimentação de eliminador de oxigênio, mas ainda com amônia ou uma mistura de amônia/amina para controle de pH) é a escolha adequada. AVT(O) produz uma camada de óxido vermelho, α-hematita (alternativamente conhecida como hidrato de óxido férrico (FeOOH)) em aço carbono. AVT(O) requer água de alimentação de alta pureza com condutividade de cátions <0,2 mS/cm para ter sucesso. Para sistemas de cogeração e geração de vapor industrial, a água de alimentação (geralmente) de menor pureza e/ou a presença de trocadores de calor com tubos de liga de cobre proíbem o AVT(O), sendo o AVT(R) a opção necessária.

É necessário um controle químico cuidadoso para encontrar o equilíbrio entre a corrosão mínima do ferro e do cobre. Um ingrediente chave no programa de tratamento é o monitoramento do produto de corrosão para garantir que a química seja otimizada.

Com relação ao monitoramento do ferro, vários pontos de discussão da Referência 2 merecem uma breve repetição.

Normalmente, 90% ou mais dos produtos de corrosão do aço existem como partículas de óxido de ferro. Assim, as medições do ferro recém-dissolvido não chegam perto da concentração total do produto de corrosão. A Hach desenvolveu um procedimento de bancada que utiliza um processo de digestão de 30 minutos para converter todo o ferro em forma solúvel para análise subsequente em um espectrofotômetro padrão.

O limite inferior de detecção é de 1 parte por bilhão (ppb), o que é satisfatório até mesmo para geradores de vapor de alta pressão onde a concentração recomendada de ferro na água de alimentação é <2 ppb. Como os eventos demonstraram nas últimas quase quatro décadas, o monitoramento do ferro é altamente importante para rastrear a corrosão acelerada por fluxo (FAC) em sistemas de condensado/água de alimentação e no economizador e evaporador de baixa pressão (e muitas vezes em alguns circuitos de pressão intermediária) de multi- pressão HRSGs. Esta técnica de bancada fornece apenas leituras instantâneas, mas muitas vezes são suficientes com um sistema protegido por produtos químicos adequados. (5)