UNIVERSIDADE FEDERAL RURAL DO SEMI-RIDO

Departamento de Cincias Ambientais Tecnolgicas DCATDisciplina : Gerao e utilizao de vaporProfessor: Alessandro Alisson de Lemos Arajo

Tratamento-Parte 2

Alguns Mtodos de Preveno Corroso

Alguns mtodos so empregados para se evitar a corroso provocada por alguns Constituintes da gua.

Entre as medidas usuais, pode-se citar:

desmineralizao da gua por meio de resinas catinicas e aninicas.

desaerao mecnica da gua por intermdio de desaeradorestrabalhando com vapor em contracorrente.

desaerao qumica da gua usando sulfito de sdio catalisado

correo do pH da gua para a faixa alcalina, a fim de evitar corroso cida e acelerar a formao do filme de xido de ferro protetor.

tratamento do vapor condensado para neutralizar cido carbnico e eliminar ataque ao ferro pelo cobre e nquel.

resfriamento lento da caldeira, quando a mesma retirada de operao, a fim de evitar choques trmicos.

Troca inica : um processo puramente qumico.

As resinas de troca inica so pequenas esferas polimricas carregadas com hidrognio (resinas catinicas) ou hidroxilas (resinas aninicas). O processo de remoo dos sais por troca inica simples:

As resinas catinicas trocam seus hidrognios (H+) por ctions, como clcio, magnsio, potssio, sdio etc.

As resinas aninicas trocam suas hidroxilas (OH-) por nions, como fluoretos, cloretos, sulfatos, bicarbonatos etc. A slica (SiO2) tambm removida pelas resinas aninicas.

OBS:Como um processo qumico, quando a resina troca todos seus hidrognios

(catinicas) ou hidroxilas (aninicas) necessrio regener-las, pois encontram-se saturadas pelos sais que estavam antes na gua.

Para repor hidrognio nas resinas catinicas, estas so regeneradas com um cido. Normalmente utilizado o cido clordrico, ou sulfrico.

Normalmente as unidades de desmineralizao so compostas de um leito de resinascatinicas onde os ctions da gua (Ca, Mg, Na, Fe etc) so removidos, seguido de umleito aninico, onde os nions e a slica so retirados da gua (Cl, SO4, NO3 etc.).

DUREZA CONCENTRAO (PPM)

Normal 0 to 60

Moderadamente Dura 60 to 120

Dura 120 to 180

Muito Dura Mais que 180

Classificao da dureza da gua

Arraste

Arraste representa uma condio de transporte da gua e suas impurezasminerais pelo vapor destinado seo ps-caldeira; tal fenmeno ocorre emcaldeiras que operam nas mais diversas presses. O arraste influi diretamente napureza do vapor.

Causas

Mecnicas

Qumicas

Mecanismo - Tipos de Arraste

O arraste, na realidade, engloba trs fenmenos paralelos e simultneos:

a formao de espuma;

o arraste propriamente dito;

o arrebatamento da gua pelo vapor

Um nvel muito alto na caldeira pode causar arraste de gua por meio dovapor. No instante que a bolha de vapor formada se rompe, leva consigo parte da guae as impurezas nela contidas. Um superaquecimento da gua, ou a abertura brusca deuma vlvula com retirada de grande quantidade de vapor provoca uma queda depresso acima da gua,ocorrendo em decorrncia uma ebulio violenta e tumultuosa,com arraste de gua e suas impurezas, responsveis pela formao de depsitos naslinhas de vapor.

O arrebatamento de gua pelo vapor de grande gravidade, principalmentequando o vapor gerado destinado a produo de energia, devido aos choquestrmicos nos aquecedores e choques mecnicos nas turbinas.

A tabela , fornece um resumo das principais razes mecnicas e qumicas do arraste:

Mecnicas Qumicas

nvel de gua alto excesso de slidos em

condies de carga excessiva suspenso;

falhas no projeto da caldeira excesso de slidos totais

dissolvidos;

excesso de alcalinidade total

presena de contaminaes

oleosas;

excesso de slica.

Podemos citar algumas das principais conseqncias do arraste:

formao de depsitos nos separadores e vlvulas de reduo;

formao de depsitos no aparelho separador de vapor;

formao de depsitos na seo ps-caldeira;

perda de produo;

manuteno cara.

Outros Problemas

Ataque custico ou Corroso Custica

provocado por um excesso de soda custica na gua da caldeira, embora altasconcentraes de hidrxido sejam desejveis para proteo de superfcies de ao.

Finalidades benficas do uso adequado da Soda Custica

manter a concentrao de OH- numa faixa adequada a formao de magnetita (Fe304) protetora nas superfcies de ao.

formar lamas no aderentes ao invs de incrustaes, quando na gua da caldeira h presena de sais de dureza.

Um excesso de NaOH na superfcie de ao provoca as seguintes reaes de corroso:

Como conseqncia de uma concentrao elevada de NaOH em certas reas dogerador de vapor, ocorre corroso localizada e severa, provocando fissuras no metale podendo ocorrer exploses, resultando em produo perdida e substituies caras.Tais fenmenos so mais freqentes em sistemas de alta presso.

Para se evitar o ataque custico basta seguir as recomendaes abaixo:

manter as superfcies metlicas da caldeira limpas

evitar a presena de dureza na gua de alimentao

manter as concentraes de cobre e ferro em nveis baixos, para se evitar depsitos e incrustaes por xidos metlicos.

Fragilizao por Hidrognio

Ocorre geralmente em caldeiras de alta presso devido a penetrao detomos e nitrognio, provenientes de reaes e corroso (ataque custico devido aexcesso de alcalinidade), nos interstcios do metal dos tubos da caldeira, provocandofadiga interna no ao, tornando-o frgil pela formao de bolhas de metano no metal.Tal processo pode ser acelerado por tenses residuais provocadas por deformaes dometal. Como conseqncia disto, podem ocorrer rompimentos dos tubos da caldeira,com exploses violentas e danos imprevisveis.

Entre as medidas preventivas mais eficazes a serem tomadas pode-se destacar:

manuteno das superfcies metlicas isentas de depsitos

preveno de alcalinidade excessiva

Volatilizao da Slica

Geralmente e um problema que ocorre de forma que geradores de vapor queoperam a altas presses e a altas taxas de gerao de vapor, devido a volatilizao da slicae seu transporte juntamente com o vapor, o que pode ocasionar posteriormente depsitosem turbinas. Nos processos atuais de purificao da gua destinada a geradores de vaporde alta presso, consegue-se eliminar a quase totalidade dos sais incrustantes, mas no aslica, que pode se encontrar em excesso para a presso e temperatura de operao dacaldeira. A manuteno de um pH elevado na gua auxilia a manter a slica em soluo soba forma de silicatos.

Fragilidade Custica

A corroso por tenso do ao - carbono do gerador de vapor provoca rachadurasintercristalinas decorrentes da reao de corroso nos interstcios dos gros do metal.

As condies mais favorveis ocorrncia de fragilidade custica so:

1. tenso de trao no metal;

2. alta alcalinidade hidrxida em contato com o metal sob tenso;

3. certas caractersticas da gua utilizada.

CORREO DOS PROBLEMAS

Qualquer sistema gerador de vapor potencialmente sujeito a srie de problemasdescritos anteriormente. Para sistemas operando altas presses, os cuidadosnecessrios so maiores, devido aos altos riscos envolvidos. O valor representadopor uma caldeira impe a necessidade de sua conservao atravs de cuidadospreventivos obtidos mediante o tratamento adequado da gua e do equipamentocomo um todo, visando tirar o mximo proveito til do sistema, evitando paradasdesnecessrias, manuteno freqente e diminuindo os custos totais.

ObjetivosOs objetivos principais do tratamento de gua de uma caldeira so trs, a saber:

1. prevenir a formao de depsitos

2. controlar a corroso dos metais

3. prevenir arraste de gua da caldeira

Eliminao de Oxignio Dissolvido

A gua de alimentao, a gua da caldeira e o condensado devem estar isentas deoxignio dissolvido. O melhor mtodo fsico de se evitar a introduo de ar na seopr caldeira pelo uso de um aquecedor-desaerador. A remoo completa dooxignio dissolvido assegurada por um tratamento qumico bem realizado,baseado em sulfito de sdio, usado com catalisador a temperaturas inferiores a90C. O uso de sulfito limitado a caldeiras de baixa e media presso, devido apossibilidade da sua decomposio em gases sulfdrico (H2S) e anidrido sulfuroso(SO2) a altas presses e o conseqente abaixamento do pH do meio, pondo em riscoas tubulaes e equipamentos da seo ps-caldeira.

A reao de desoxigenao mais favorecida em meio alcalino a seguinte

Um outro agente qumico que pode ser utilizado em caldeiras comosequestrante de oxignio a hidrazina, cuja vantagem consiste em noaumentar o teor de slidos dissolvidos na gua. A reao que ocorre aseguinte:

A hidrazina tambm o produto indicado para caldeiras de alta presso, devido asua propriedade de reconverter o xido de ferro em uma camada protetora demagnetita (Fe3O4), impedindo a ao de agentes corrosivos que normalmenteatuariam sob os depsitos de xido de ferro, provocando corroso nos tubos dacaldeira.

A correta dosagem de hidrazina muito importante porque um excesso poderprovocar a decomposio da mesma com a formao de nitrognio e amnia.

Programas Apropriados para Tratamento Qumico

Existem vrios mtodos de tratamento da gua de um sistema gerador devapor. Um dos mais comuns o mtodo da precipitao (floculao), aplicvel apraticamente todas as caldeiras de baixa e mdia presso (principalmente para ascaldeiras flamotubulares).

Programa de Fosfatos

Este programa consiste na aplicao de um ou mais dos produtos qumicos abaixodiscriminados, com o intuito de proporcionar uma ao mltipla:

fosfatos;

sulfito de sdio ou hidrazina;

anti-espumantes;

soda custica, quando necessrio;

agente para controle de corroso na seo ps-caldeira.

As reaes que ocorrem so:

O emprego de anti-espumantes, como de qualquer outro produto funodas caractersticas da gua utilizada na caldeira, bem como, das condies deoperao desta. Os anti-espumantes so geralmente baseados empoliglicicos e poliamidas. Entre algumas das vantagens, pode-se citar:

reduo do arraste qumico;

reduo do consume de combustvel diminuindo a freqncia de descargas emelhorando a qualidade do vapor;

anti-espumantes

Programa de Quelantes

Este programa baseia-se na aplicao equilibrada de um ou mais dos produtos qumicos :

sais de EDTA (sais do cido etileno diamino tetractico) ou de NTA (sais do cido nitrilo tetractico)

soda custica, se necessrio

agentes sequestrantes de oxignio (sulfito de sdio ou hidrazina)

condicionadores de lama, quando conveniente

sequestrantes de ferro e agentes dispersantes

agentes anti-espumantes

Os quelantes de EDTA a NTA so reagentes estequiomtricos que reagemcom ctions di e trivalentes (ctions de clcio, magnsio, ferro II e cobre II).

Via de regra, a estabilidade trmica dos quelantes de NTA e EDTA depende dos seguintes parmetros:

temperatura de utilizao;

pH da gua do gerador de vapor;

presena de agentes oxidantes e de sais na gua da caldeira;

tempo de residncia do quelante e de sua presena em pontos quentes do gerador de vapor.

De qualquer modo, os agentes quelantes de EDTA e NTA so os mais usados notratamento de gua de caldeiras. As vezes se torna necessrio a incluso da sodacustica para controle de pH e alcalinidade, favorecendo a atuao dos quelantes naformao dos complexos solveis.

Os condicionadores orgnicos de lama inibem a formao de incrustaes e auxiliam adisperso da lama formada mesmo por um programa baseado em quelantes. Taiscondicionadores podem ser constitudos de polmeros naturais ou sintticos quealteram o comportamento fsico-qumico dos depsitos. A aplicao das descargas defundo elimina a lama formada e auxilia na manuteno do gerador de vapor limpo.

condicionadores

O emprego de sequestrantes de ferro e agentes dispersantes se tornanecessrio para complementar efetivamente a atuao dos quelantes e evitara deposio de xidos de ferro nas superfcies metlicas.

Sequestrante

Os agentes anti-espumantes, alm das finalidades mencionadas no programade fosfato, devem ser empregados em dosagens que no ultrapassem o teormximo permissvel de slidos dissolvidos na gua.

Anti-espumantes

s vezes utiliza-se fosfatos juntamente com quelantes, com o intuito de reforara ao destes. O tratamento com esta combinao sinergstica, quando no bemconduzido e sem a presena dos condicionadores de lama de fosfatos, resultana formao de eventuais depsitos,devido a competio entre quelantes efosfatos pelos ons de clcio e magnsio. A opo por este tratamento dependedas caractersticas da gua e do gerador de vapor j mencionadasanteriormente.

Combinao de Ambos

Discusso dos Programas

A opo por um dado programa de tratamento ditada, principalmente, por razesEconmicas:

EX:

Numa instalao que se utilize de uma gua de reposio dura, torna-seantieconmico um programa de quelantes.

Geradores de vapor mais sujeitos a formaes. De lama devem ser submetidosprogramas de fosfatos.

De qualquer forma, a opo por um dado tratamento recai, principalmente, emfatores tcnicos e econmicos.

Alimentao dos Produtos Qumicos

Os produtos qumicos destinados ao tratamento interno de um sistema apresentam suamxima eficincia quando introduzidos no sistema de modo correto e nas dosagens certas,mantendo-se ainda as dosagens residuais ideais.

Pontos de Alimentao dos Produtos

A alimentao de produtos qumicos para sistemas geradores de vapor,geralmente contnua, podendo ser manual ou automtica, quandodispositivos especiais permitem corrigir a dosagem de alimentao em respostaa uma varivel perturbada (pH, condutividade, etc.).

As bombas dosadoras de deslocamento positivo so os equipamentos maisindicados para a alimentao dos produtos corretivos

s vezes, so necessrios outros dosadores e outros pontos de aplicao dos produtos no sistema.

Fosfatos: Geralmente, so alimentados diretamente no Gerador de vapor. Fosfatoscomplexos, como polifosfatos, podem ser adicionados na caldeira ou na seo pr-caldeira, enquanto que os ortofosfatos devem ser aplicados diretamente nacaldeira, para se evitar uma reao antecipada ainda na linha de gua dealimentao.

Sequestrante de oxignio: Devem ser introduzidos no setor de armazenamento de um desaerador e, na ausncia deste, no coletor de condensado. De qualquer forma, imprescindvel a alimentao do sequestrante de oxignio muito antes do gerador de vapor, para proporcionar um tempo suficiente para assegurar a reao.

Quelantes: devem ser introduzidos na linha da gua de alimentao, ainda naseo pr caldeira e livre de oxignio, pois, este pode ocasionar a degradaodos quelantes. Os quelantes nunca devem ser alimentados antes de trocadoresde calor de cobre e/ou suas ligas, devido a sua grande afinidade qumica porestes. Os quelantes no devem tambm ser alimentados diretamente aotubulo da caldeira, devido a sua ao corrosiva pronunciada a altastemperaturas e concentraes. Uma dosagem excessiva de quelantes na guada caldeira, pode acarretar corroso no metal da mesma, pela formao de umcomplexo com o filme protetor de xido metlico da superfcie.

dispersantes, aminas neutralizantes, anti-espumantes e lcalis: Podem serintroduzidos no setor de armazenamento de um desaerador ou diretamente nalinha da gua de alimentao ou no gerador de vapor.

Os condicionadores de Lama : Podem ser alimentados no setor de armazenamentode um desaerador ou na linha de alimentao da gua da caldeira.