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Contaminantes de caldeiras que prejudicam a operação e manutenção da usina

O posicionamento ideal de instrumentos analíticos em pontos-chave em todo o ciclo de água e vapor e estações de tratamento de água em usinas elétricas modernas, pode fornecer aos operadores uma visão valiosa para melhorar a eficiência e a rentabilidade da planta.

Jon Penn, da ABB Measurement & Analytics UK, explica os benefícios da química balanceada de caldeiras e como os contaminantes principais podem ser controlados para garantir um processo seguro e eficiente.

Jon Penn, da ABB Measurement & Analytics UK

Jon Penn - ABB Measurement & Analytics UK

Manter os principais contaminantes de vapor e água da caldeira em cheque pode ajudar a garantir um processo seguro e eficiente. A geração de energia requer grandes quantidades de água para produzir vapor. A obtenção de uma química da água bem equilibrada pode otimizar a eficiência da criação e distribuição de vapor.

As elevadas temperaturas e pressões inerentes às aplicações de geração de energia aumentam grandemente a velocidade das reações químicas que ocorrem em uma caldeira. A Sociedade Americana de Engenheiros Mecânicos (ASME) aconselha que, para controlar a deposição e a corrosão na caldeira, os operadores da usina devem garantir o monitoramento eficaz das qualidades de água de reposição, condensado, água de alimentação e caldeira.

A ausência de monitoramento e controle adequados quase certamente resultará em aumento de custos e falhas de componentes mais frequentes. Evidências mostram que permitir que a química da caldeira varie de acordo com os limites especificados pode resultar em dispendiosas interrupções da planta, potencialmente incorrendo em custos de mais de US $ 1,000,000 por dia.

Medindo e monitorando não apenas a água na caldeira, mas também o circuito de distribuição de vapor e outras áreas ao redor de uma usina, é possível obter uma melhor visão geral das condições atuais. Quando incorporada em um programa de manutenção preventiva planejada, essa informação pode ajudar a reduzir substancialmente o risco de interrupções não planejadas.

Por que eu deveria medir a química da caldeira?

Um dos principais culpados por muitas falhas na caldeira é o acúmulo de incrustações e corrosão causado pela entrada de água contaminada na caldeira.

Mesmo em um regime bem controlado, não é possível eliminar totalmente a presença de potenciais contaminantes presentes na água de alimentação da caldeira. Por exemplo, em uma caldeira de megawatts 500, cerca de 1,500 toneladas de água são fervidas por hora, o que equivale a um milhão de toneladas por mês. A maioria dos contaminantes resultantes que estão presentes na água permanecem na caldeira.

O monitoramento e controle próximos podem determinar o tempo ideal para as operações de purga da caldeira sangrarem uma medida da água contaminada. Isso ajuda a evitar depósitos de incrustações precipitadas de isolar termicamente as superfícies de calor, o que pode diminuir a taxa de geração de vapor e reduzir a eficiência operacional.

O amplo monitoramento químico on-line é hoje uma prática muito bem estabelecida no setor de energia. On-line / monitoramento permite o controle cuidadoso da química da água para atingir a máxima eficiência e minimizar o tempo de inatividade causado pela excessiva corrosão ou descamação da caldeira.

Contaminantes de Caldeira. Navegador -500

Controlando a contaminação

A análise on-line dos principais parâmetros que podem afetar a qualidade da água e do vapor da caldeira permite que os operadores obtenham um quadro contínuo das condições dentro e ao redor do circuito de elevação e distribuição de vapor. O seguinte é um detalhamento de alguns dos principais parâmetros que devem ser cobertos pelo monitoramento on-line.

Oxigênio dissolvido

O oxigênio dissolvido é uma das principais causas de corrosão nos sistemas de vapor. A contaminação por oxigênio do condensado de vapor pode resultar em aeração de água de alimentação ineficiente ou inadequada, vazamento de ar nas vedações da bomba, receptores e flanges, vazamento de trocadores de calor e entrada em sistemas que estão sob vácuo. Também pode promover corrosão por pite localizada, o que pode causar falha rápida de equipamentos críticos no sistema de vapor.

Uma maneira de controlar os níveis de oxigênio dissolvido é dosando a água de alimentação da caldeira com produtos químicos de eliminação de oxigênio, como a hidrazina. Quando estes químicos são utilizados, os operadores podem avaliar a eficiência do seu regime de dosagem, medindo o oxigénio dissolvido no economizador ou na entrada da caldeira, com quaisquer flutuações que possam ser resolvidas aumentando ou reduzindo as quantidades de dose.

As dramáticas variações nos níveis de oxigênio durante o ciclo de carga de uma planta, combinadas com os diferentes níveis requeridos para diferentes regimes químicos de caldeiras, requerem um analisador que ofereça uma resposta rápida em concentrações altas e baixas de oxigênio dissolvido.

Hidrazina

Como eliminadora de oxigênio, a hidrazina é amplamente usada para remover os níveis de oxigênio dissolvido na água de alimentação da caldeira, formando nitrogênio e água. Em altas temperaturas e pressões, também formará amônia, o que aumenta o nível de pH da água de alimentação, reduzindo o risco de corrosão ácida.

A hidrazina também reage com camadas de hematitamacia nos tubos da caldeira para criar uma camada de magnetita protetora que atua para proteger os tubos contra corrosão adicional.

Colocar um monitor de hidrazina na entrada de água de alimentação ajudará a verificar se a água de alimentação está sendo dosada com a quantidade correta de hidrazina. Demasiada hidrazina é tanto desperdício e caro, enquanto muito pouco não será capaz de controlar adequadamente os níveis de oxigênio dissolvido e impedirá a formação adequada de magnetita. Tipicamente, a dosagem mais eficaz de hidrazina é a hidrazina em relação ao nível esperado de oxigênio dissolvido, o que deve resultar em um nível de concentração de oxigênio dissolvido de cinco partes por bilhão.

Sódio

Como o sexto elemento mais abundante na Terra, o sódio é a causa raiz de muitos tipos diferentes de corrosão em caldeiras, tornando-se um dos parâmetros mais importantes para medir em aplicações de usinas de energia. Tradicionalmente, a medição de condutividade foi usada para indicar o total de sólidos dissolvidos. No entanto, falta-lhe a sensibilidade para medir o sódio em níveis baixos.

Um problema particular com o sódio é o ciclo que sofre durante a hidrólise. Durante este processo, o carbonato de sódio é transformado em hidróxido de sódio, que então ataca o ferro na caldeira. Como o ferro se dissolve, forma ferroato de sódio, que sob hidrólise regenera em hidróxido de sódio. A exposição prolongada a esse ciclo colocará os componentes da caldeira, como curvas e juntas, sob ataque constante, fazendo com que fiquem fragilizados e aumentando o risco de vazamentos e rachaduras.

Se transportado no vapor, o sódio também pode acumular-se em componentes críticos à medida que o vapor se condensa, incluindo a turbina a vapor, onde pode atacar as pás da turbina.

A importância da salvaguarda contra o sódio significa que os operadores devem medir os níveis em pontos-chave nos circuitos de geração e distribuição de vapor. Os pontos de amostragem devem incluir a estação de tratamento de água, a bomba extratora do condensador, a saída da planta de polimento e os circuitos de distribuição de vapor saturado e superaquecido.

Na estação de tratamento de água, a monitoração de sódio pode ser usada para ajudar a identificar qualquer ruptura de sódio da troca de cátions e saídas de leito misto causadas pela exaustão dos leitos de troca iônica.

Como o sódio é um íon monovalente, é muito mais provável que se rompa primeiro, fornecendo um indicador precoce de exaustão do leito. Como tal, a monitoriza�o do s�io tamb� actua como uma medida �il da efic�ia do leito, bem como uma medi�o do precursor para potencial contamina�o de s�io mais abaixo na linha.

Medição on-line de sódio após a bomba de extração fornece um indicador útil de vazamentos de condensador.

Operado sob alto vácuo, o condensador está propenso a vazamentos que causam a mistura da água de refrigeração com o condensado.

Uma das principais preocupações aqui é a entrada de cloreto e sulfato, que ocorrem principalmente na forma de cloreto de sódio e sulfato de sódio. Como os monitores de sódio têm 10 100 vezes a sensibilidade das técnicas de medição de cloreto on-line, a medição dos níveis de sódio fornece uma boa maneira de detectar a presença de cloreto e sulfato.

Trabalhando de maneira similar à estação de tratamento de água, as plantas de polimento podem usar monitores de sódio para detectar a exaustão da cama de troca iônica, bem como monitorar a qualidade da água. Em algumas usinas, a planta de polimento é incorporada na principal estação de tratamento de água.

Em caldeiras de alta pressão, quaisquer contaminantes químicos presentes no vapor podem acumular-se rapidamente no tambor da caldeira e podem ser transportados no vapor para a turbina.

A monitoração de sódio nos circuitos de distribuição de vapor saturado e superaquecido ajuda a proteger contra a corrosão e a formação de sais de sódio no superaquecedor ou turbinas causadas pelo transporte de vapor.

Medindo a pureza do vapor e comparando-o com as medidas tomadas do vapor saturado antes dos estágios do superaquecedor e do condensado, os operadores podem avaliar se a qualidade está sendo afetada por problemas como a deposição de sais de sódio ou vazamentos de condensador. A mesma medição também pode ser realizada para caldeiras OnceThrough; entretanto, como estes não possuem superaquecedores separados, a amostra é retirada do vapor superaquecido antes da turbina.

Sílica

A sílica é a principal culpada por trás do acúmulo de escala dura e densa dentro das caldeiras e turbinas de usinas de geração de energia. Tem uma condutividade térmica muito baixa e forma uma camada de porcelana densa que não pode ser removida mesmo com ácido. Mesmo um acúmulo de sílica 0.5mm pode reduzir a transferência térmica em 28%, reduzindo a eficiência, levando a pontos quentes e eventuais rupturas, resultando em falhas na planta.

A única maneira de controlar o acúmulo de sílica é através de um regime de monitoramento eficaz. Como o sódio, a sílica deve ser medida em múltiplos pontos ao redor do sistema de vapor, incluindo a planta de desmineralização, a água de alimentação da caldeira, os tambores da caldeira, o superaquecedor e as saídas do condensador.

A medição de sílica no vapor da caldeira, seja no superaquecedor ou na entrada da turbina, fornece um bom indicador da pureza total do vapor. Desde que a concentração de sílica permaneça abaixo de 20 partes por bilhão, o nível de deposição de escala deve ser mínimo.

Ao contrário de muitos outros contaminantes potenciais, a sílica dissolvida é apenas muito pouco ionizada, por isso não pode ser detectada usando uma simples medição de condutividade, mas requer um monitor dedicado.

Outros parâmetros que os operadores também podem monitorar incluem fosfato, amônia e cloreto, usando sensores que oferecem tempos de resposta rápidos, são tolerantes à temperatura e requerem manutenção mínima.

Contaminantes de Caldeira. Contaminantes da caldeira

Dicas para monitoramento on-line

Para obter o melhor retorno sobre o investimento, os sistemas de monitoramento on-line devem ser bem mantidos e devem usar os mais recentes desenvolvimentos em tecnologia para garantir que eles ofereçam o máximo de benefícios.

Para reduzir os custos e o esforço de manutenção, os analisadores modernos para usinas de energia devem incluir:

  • Seções molhadas cuidadosamente projetadas
  • Gerenciamento remoto
  • Calibração e limpeza automáticas
  • Mensagens de Diagnóstico

Qualquer programa que vise maximizar a eficiência dos sistemas de monitoramento on-line deve incluir o uso de instrumentos que possam responder rapidamente a mudanças na química da caldeira e oferecer recursos de autodiagnóstico sempre que possível.

A localização do equipamento de monitoramento é um fator vital para garantir o melhor retorno sobre o investimento em uma usina de energia.

Idealmente, o equipamento de monitoramento deve estar situado em um ambiente que tenha menos potencial de danos, tenha fácil acesso para manutenção e permita maior precisão nas medições.

A incorporação de tecnologia de comunicação digital, como a Ethernet, permite que os dados sejam transmitidos para uma sala de controle central, abrindo a acessibilidade dos dados de medição além do operador local.

Resumo

A capacidade de avaliar a frequência de manutenção, juntamente com os custos aprimorados do ciclo de vida, oferece uma oportunidade de ouro para melhorar a confiabilidade do fornecimento e minimizar as interrupções não programadas.

Informador de Indústria de Processos

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