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MUDANA NO TRATAMENTO DE GUA PARACALDEIRA. PROCEDIMENTO BANAL?

Copyright 2007, ABENDE, ABRACO e IBP

Trabalho apresentado durante a 9. COTEQ Conferncia sobre Tecnologia

de Equipamentos.

As informaes e opinies contidas neste trabalho so de exclusiva

responsabilidade do(s) autor(es).

Sinopse

A maior preocupao de um usurio de caldeira est relacionada possibilidade da ocorrncia de

falhas e, conseqentemente, de parada da unidade e interrupo da produo. Aliada a esta

preocupao encontra-se a constante busca da melhor relao custo/beneficio. Assim, com a rpida

evoluo nos processos de tratamento de gua para sistemas geradores de vapor, no raro

empresas comprarem novos pacotes e, inadvertidamente, apesar das inmeras publicaes de

trabalhos tcnicos e recomendaes por parte de entidades de estudos relacionados ao tratamento

de guas para caldeiras, proceder mudana de tratamento sem a necessria preparao da

unidade. Desta forma, ainda hoje, ocorrem inmeras falhas extremamente danosas aos

equipamentos com envolvimento de grandes perdas monetrias.

Introduo

Os casos descritos neste trabalho tm por objetivo alertar os profissionais, tcnicos, engenheiros e

operadores de sistemas geradores de vapor, especialmente caldeiras de alta presso, para os riscos

envolvidos quando da substituio inadvertida do programa de tratamento interno.

As ocorrncias aqui apresentadas envolveram uma caldeira de recuperao do tipo Kellogg e uma

caldeira do tipo A. Visando eliminar problema de incrustao na turbina, decorrente da adio de

fosfato na linha de gua de alimentao, antes da tomada de gua de atemperao, a empresa

responsvel pela aplicao do tratamento optou por substituir imediatamente o tratamento com

fosfato por tratamento totalmente voltil, sem que o sistema fosse previamente preparado para tal.

1. Inicio do Trabalho

O fosfato, nas suas diferentes formas, largamente utilizado no tratamento de gua de caldeira para

prevenir a deposio de sais de clcio, formando um composto insolvel, denominado de

hidroxiapatita, no aderente, que facilmente removido atravs das purgas de superfcie ou de fundo

das caldeiras. Tambm, erroneamente, so utilizados para tamponar o valor pH das guas de

caldeiras, mesmo quando estas recebem gua de excelente qualidade, ou seja, isentas de sais

dissolvidos. No raramente, ns encontramos plantas onde o produto adicionado na linha de gua

de alimentao, a montante da tomada de gua de atemperao do vapor superaquecido, que acaba

por causar srios problemas de deposio nas palhetas das turbinas.

Nas trs formas, o fosfato trissdico, dissdico e monossdico, quando em soluo, libera ons

cidos conforme reaes abaixo:

(a) Na3PO4 + H2O PO4-3 + 3Na+ + H2O HPO4

-2 + OH- + 3Na+

(b) Na2HPO4 + H2O H2PO4- + OH- + 2Na+

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(c) NaH2PO4 + H2O H2PO4- + OH- + Na+ HPO4

-2 + H+ + Na+

Quando estes ons cidos se cristalizam nas paredes dos tubos da fornalha, devido ao fenmeno

denominado hideout, no havendo alcalinizao suficiente para manter o meio com pH elevado,

ocorre severa e acelerada corroso.

Hideout a reduo de solubilidade dos sais de fosfato proporcionalmente ao aumento da

temperatura da gua da caldeira, principalmente em regies de alta transferncia de calor e/ou onde

ocorrerem perturbaes de fluxo. Nesta condio, comum notar a queda na concentrao do

produto e aumento do valor pH. Ao contrrio, quando ocorre a reduo da temperatura da gua da

caldeira estes sais precipitados se redissolvem e reaparecem na soluo conforme reaes a, b e c,

apresentando significativas queda do valor pH. Este fenmeno observado, principalmente, em

caldeiras de alta presso, predominantemente em unidades que operam com temperatura acima de

240C.

De acordo com o levantamento de dados referentes s unidades, nas quais foram registradas as

ocorrncias descritas abaixo, foi confirmado que devido impossibilidade operacional de transferir a

adio do fosfato, diretamente para os tambores de vapor das respectivas caldeiras, optou-se,

simplesmente, pela substituio do tipo de tratamento, passando de tratamento por fosfato

coordenado, razo Na/PO4 de 2,2 a 2,6:1, para tratamento totalmente voltil, com uma mistura de

aminas aplicada na sada do desaerador. As falhas foram observadas aps sete meses da alterao

do tipo de tratamento.

1 Caso Formao de laranja com conseqente vazamento em tubos de parede de gua.

Caractersticas do Equipamento:

Equipamento Caldeira

Tipo "Tipo A" - Aquatubular

Ano de Fabricao 1978

Ano de entrada em operao 1978

Produo nominal de vapor 32 ton/h

Produo real de vapor 40 ton/h

Presso de Operao 9,8 MPa

Retorno de Condensado 48%

Economizador Sim

Temperatura da gua de Alimentao 242 C

Temperatura do Vapor Superaquecido 312 C

gua de Makeup Desmineralizada

Combustvel Gs de Refinaria

Esta caldeira opera no regime de carga mxima durante vinte e quatro horas por dia e com parada

anual programada para manuteno geral.

H registros de retubulao completa da caldeira em 2001, em decorrncia de falhas de corroso nos

tubos geradores de vapor, cujas causas no foram anotadas ou avaliadas.

A troca de tratamento ocorreu seis meses antes da ocorrncia das falhas sendo que, neste perodo,

os valores mdios do pH da gua de alimentao e da caldeira apresentaram resultados conforme

grficos 1 e 2, abaixo:

Grfico 1

Clique para ampliar

Grfico 2

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Ocorrncia

Em maro de 2005, a caldeira encontrava-se em operao normal, produzindo 40 t/h de vapor,

quando foi percebido um escorrimento de gua pelo fundo da fornalha. A unidade foi, imediatamente,

retirada de operao e resfriada para inspeo interna. Anteriormente a esta ocorrncia, j era

percebido que a unidade no concentrava e operava com valores de pH inferiores a faixa de controle

recomendada, variando entre 8,4 e 9,0, no balo superior. A unidade foi inspecionada e foi constatada

a existncia de dois tubos da parede de gua, lado oeste, numa regio de curva, junto ao balo

superior, com formao de laranja e furos. Tambm, no seguimento de tubo removido da fornalha,

foram observadas diversas reas j com deposio. As reas sob depsito apresentavam severa

corroso, conforme pode ser observado nas fotos 1 e 2.

A anlise do material por fluorescncia de raios X, no depsito coletado no local, apresentou

concentrao elevada de xidos de ferro (95,8% como Fe2O3) e presena de fosfato (1,13% como

P2O5) e sdio (0,23% como Na2O), caracterizando a existncia de maricita, condio para a

existncia da corroso por fosfato cido.

Foto 1 Tubo com corroso sob depsito

Foto 2 Detalhe do ponto corrodo

2 Caso Rompimento de tubo de gua da parede de gua Caldeira de Recuperao.

Caractersticas do Equipamento:

Equipamento Caldeira

Tipo Recuperao - Kellog

Ano de Fabricao 1968

Ano de entrada em operao 1970

Produo nominal de vapor 60 ton/h

Produo real de vapor 100 ton/h

Presso de Operao 10 MPa

Retorno de Condensado 48%

Economizador No

Temperatura da gua de Alimentao 242 C

Temperatura do Vapor Superaquecido 343 C

gua de Makeup Desmineralizada

Combustvel Gs de Processo

Desenho esquemtico de caldeira tipo Kellogg

Detalhe do cap

Conforme exemplo da caldeira do caso anterior, tambm nesta unidade a troca de tratamento ocorreu

no mesmo perodo e a falha foi registrada em maio de 2005, ou seja, nove meses de operao sob a

nova condio, neste perodo os valores mdios do pH da gua de alimentao e da caldeira

apresentaram resultados conforme grficos 3 e 4 abaixo:

Grfico 3

Clique para ampliar

Grfico 4

Clique para ampliar

Ocorrncia

Quando da ocorrncia, devido s condies operacionais do sistema, a caldeira foi imediatamente

retirada de operao. Aps a remoo do feixe tubular da caldeira foi observado que um tubo havia

rompido na regio do cap, sada de gua da baioneta e entrada na bainha. Constatou-se tambm

que, na regio do rompimento do tubo, havia grande concentrao de material, predominantemente,

xidos de ferro, o que, possivelmente, impediu o resfriamento por falta de recirculao. A anlise do

material, por fluorescncia de raios X, apresentou o seguinte resultado: xidos de ferro (96,0% como

Fe2O3) e presena de fosfato (1,36% como P2O5) e sdio (0,13% como Na2O).

Foto 3 Terminal do feixe tubular Lado de Gases

Foto 4 Cap Depsito

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2. Concluses

Devido similaridade das falhas e de outros fatos tais como: ambas as caldeiras receberam o

mesmo tratamento interno, utilizaram mesma gua de alimentao e as anlises dos depsitos

apresentaram as mesmas caractersticas, ns conclumos que as falhas foram causadas pela

deposio de fosfato cido que deveria ser removido por limpeza qumica, antes da troca de

tratamento.

Tomando-se por referncia os casos acima e levando-se em conta as recomendaes largamente

encontradas em literaturas, chamamos a ateno para a necessidade de se fazer uma limpeza

qumica na caldeira, antes de efetivar a substituio do tratamento interno da gua (2).

Depois de constatadas as causas das falhas, todo o tratamento interno das caldeiras passou a ser

realizado por meio da adio de fosfato trissdico, na concentrao de 2 a 5 ppm e pH mantido na

faixa de 9,5 a 10. Nesta relao molar, de acordo com as pesquisas realizadas por Tremaine,

caldeiras operando com temperatura at de 360C no apresentaram formao de maricita (3).

Assim, at a presente data no foram registradas novas falhas e as inspees realizadas, no

perodo, no indicaram a existncia de formao de depsitos.

3. Referncias bibliogrficas

(1)HOWELL, Andrew G. Boiler Waterwall Corrosion Damage Due to Concentration of Phosphate in

Deposits. Corrosion, Paper N 612. NACE, New York, 1995.

(2) DOOLEY, Barry; SHIELDS, Kevin. Beneficial Use of EPRI Chemical Cleaning Guidelines.

International Water Conference, Paper N 02-60. Pittsburgh, PA, Engineers Society of Western

Pennsylvania, October, 2002.

(3) DOOLEY, Barry; SHIELDS, Kevin. Cycle Chemistry for Conventional Fossil Plants and Combined

Cycle/HRSGs. Power Plant Chemistry, p.153-64, volume 6(3), 2004.

Antonio Sergio B. Neves , Francisco A. Passos

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