L'importanza di un accurato monitoraggio del condensato di ossigeno disciolto/acqua di alimentazione

Questo articolo ha lo scopo di ricordare le problematiche relative alla corrosione accelerata dal flusso e che il monitoraggio dell'ossigeno disciolto è uno strumento importante per qualsiasi programma di chimica.

Di Brad Buecker, Buecker & Associates

Di Denton Slovacek e Jean Holz, Hach

Spesso, l’autore Buecker vede un post su LinkedIn che offre una raccomandazione generale per la deaerazione dell’acqua di alimentazione nei generatori di vapore ad alta pressione. I vari autori di questi commenti sembrano non essere a conoscenza del problema della corrosione da flusso accelerato (FAC). Data la distribuzione potenzialmente ampia dei post di LinkedIn, molte persone potrebbero essere esposte a una disinformazione critica a questo riguardo. Ho scritto sulle problematiche FAC in una serie di ingegneria energetica lo scorso autunno,1 seguito da un recente articolo sull'analisi dei metalli in tracce per il monitoraggio della corrosione dell'acqua di alimentazione.2 Il presente articolo fornisce una panoramica dei dettagli, con un'ulteriore discussione di Hach sull'importanza di accurate analisi disciolte monitoraggio dell'ossigeno (DO) per il controllo chimico dell'acqua di alimentazione.

I seguenti punti forniscono una rassegna condensata, per lo più cronologica, dell'evoluzione della chimica dell'acqua di alimentazione delle caldaie ad alta pressione dalla metà del secolo scorso ai giorni nostri.

· Il materiale comune di costruzione delle tubazioni dell'acqua di condensa/alimentazione e delle caldaie è sempre stato l'acciaio dolce al carbonio. Fornisce una buona resistenza a basso costo.

· La pressione e la temperatura del generatore di vapore furono costantemente aumentate dagli anni '30 fino alla metà del secolo e oltre per migliorare l'efficienza della caldaia. L'adozione del riscaldamento rigenerativo dell'acqua di alimentazione ha rappresentato un notevole miglioramento per recuperare parte dell'energia che altrimenti andrebbe persa nel condensatore. Le leghe di rame sono diventate una scelta comune per il materiale dei tubi riscaldanti, grazie alla discreta resistenza del rame e alle eccellenti proprietà di trasferimento del calore. Le reti di acqua di alimentazione con tubazioni in acciaio al carbonio e leghe di rame nei riscaldatori dell'acqua di alimentazione sono note come sistemi a metallurgia mista.

Figura 1. Schema di base di una grande unità elettrica alimentata a carbone. Da notare i molteplici riscaldatori dell'acqua di alimentazione, compreso il disaeratore.3

· Ferro e rame mostrano una corrosione generale minima a un pH leggermente alcalino, con il valore ottimale per il ferro mostrato di seguito nel noto diagramma di Sturla.

Figura 2. Dissoluzione dell'acciaio al carbonio nell'acqua di alimentazione in funzione del pH e della temperatura. Nota: le analisi del pH sono a 25o C.4

Come è evidente, la corrosione generale diminuisce notevolmente quando il pH aumenta nell'intervallo medio-alto di 9.

Tuttavia, un intervallo più basso, a metà degli 8, è migliore per l'ossido protettivo che si forma sul rame.5 Per i sistemi metallurgici misti, una linea guida comune per anni è stata 8,8-9,1 per bilanciare il controllo della corrosione tra i due metalli, ma le linee guida moderne ora suggeriscono 9.1-9.3.6 L'ammoniaca o in alcuni casi un'ammina neutralizzante (il nuovo termine è ammina alcalinizzante) era, ed è tuttora, il trattamento chimico per stabilire il corretto intervallo di pH. Le ammine alcalinizzanti offrono potenziali vantaggi e svantaggi e devono essere attentamente valutate.7

· Con l'aumento delle dimensioni e del livello di sofisticazione delle caldaie elettriche nel secolo scorso, i ricercatori si sono convinti che anche tracce di ossigeno disciolto durante il funzionamento avrebbero causato una grave corrosione dei metalli, il che è vero per le leghe di rame nell'acqua contenente ammoniaca. Praticamente tutte le unità erano dotate di un disaeratore meccanico. La garanzia comune degli effluenti DA è di 7 ppb DO

· Anche 7 ppb erano considerati eccessivi, quindi l'eliminazione chimica dell'ossigeno è diventata uno standard. Originariamente, l'idrazina era l'agente preferito per la rimozione/riduzione dell'ossigeno, ma i problemi di salute derivanti dalla manipolazione della sostanza chimica hanno portato alla sostituzione dell'idrazina con composti come carboidrazide, dietilidrossilammina (DEHA) e altri.

· La combinazione di ammoniaca o di un'ammina per il controllo del pH e l'alimentazione di assorbitori di ossigeno divenne nota come trattamento riducente completamente volatile (AVT(R)). La chimica riducente genera il familiare strato di magnetite di ossido di ferro grigio-nero (Fe3O4) sull'acciaio al carbonio e mantiene lo strato ridotto di ossido di rame, ossido rameoso (Cu2O)), sulle leghe di rame.