Ciclo de água e vapor

Abaixo está um diagrama típico de um ciclo de vapor e água para uma caldeira de recuperação de calor (HRSG). Para evitar uma parada inesperada ou danos aos componentes do ciclo, a qualidade da água e do vapor deve ser controlada a todo momento. A norma da VGBE especifica uma série de parâmetros de qualidade para as linhas críticas, como água de alimentação, água de caldeira e vapor.

Devido à quantidade de linhas de naturezas distintas, os parâmetros de qualidade a serem monitorados variam conforme a necessidade, por diferentes razões. Os parâmetros mais comuns a serem controlados por um sistema online são:

  • pH
  • Condutividade
  • Oxigênio dissolvido
  • Sódio
  • Sílica

De um modo geral, esses controles servem para evitar a corrosão e depósitos de materiais sólidos na caldeira (incrustação) que causam danos irreparáveis e perda de eficiência de geração de vapor, conforme ilustrado no resumo abaixo.

pH

O pH é um importante parâmetro de medição em todas as linhas do ciclo e está relacionado à reatividade da água. Por conta de sua definição, cada unidade de pH equivale a um fator de 10 vezes a concentração dos íons de hidrogênio. Monitorado em praticamente todas as linhas do ciclo, o seu controle evita a corrosão de ligas metálicas, assim como a dissolução da camada protetora de ferro.

Para uma medição exata desse valor (indispensável para essa aplicação por motivos de eficiência e segurança), devendo ser utilizados sensores com compensação de temperatura automática referenciada a 25 °C. Caso a amostra tenha uma condutividade específica abaixo de 10 µS/cm, tal medida só é possível tomando alguns cuidados como utilizar um sal neutro antes da medição ou substituir o eletrodo de pH pelo cálculo de pH através da condutividade (conhecendo-se o agente alcalinizante).

A Dr. Thiedig possui analisadores de pH para todas as condições possíveis no ciclo de água e vapor, como o analisador com eletrodo de vidro para diferentes condições químicas da amostra con 6 m pH ilustrado abaixo e o analisador de condutividade com cálculo de pH Catcon 6 Delta, que será mencionado no tópico de condutividade.

Condutividade

A condutividade elétrica é a medida da soma de todas as substâncias dissociadas (sais, ácidos, bases e algumas substâncias orgânicas) em líquidos e é o substituto da medição de sólidos dissolvidos totais (SDT) quando este está abaixo de 1 mg/l. Assim como o pH, a condutividade é um parâmetro importante em todas as linhas do ciclo de vapor e água, por nos dar uma ideia do grau de pureza da água, evitando incrustações ou arraste de substâncias para o vapor.

A condutividade também precisa ser referenciada a 25 °C e pode ser dividida em dois tipos: condutividade específica e condutividade catiônica (também conhecida como condutividade ácida).

A condutividade específica é a condutividade comum, sem alterar as suas características químicas da amostra. Já a condutividade catiônica é medida após a amostra ser tratada por um trocador de íons fortemente ácido (uma resina catiônica) que retém os cátions da amostra e os troca por íons H+. Nesse caso, os sais da amostra se transformam em ácidos, que possuem condutividade de 3 a 4 vezes maior e com isso, a detecção dos íons ganha uma sensibilidade também maior para detectar traços de sais.

Para as medições de condutividade, possuímos 3 equipamentos:

  • Con 6 m SC – Condutivímetro de 1 canal para a medição de condutividade específica
  • Con 6 m CC – Condutivímetro de 1 canal e coluna catiônica para a medição de condutividade catiônica.
  • Catcon 6 Delta – Medidor de 2 canais e coluna catiônica para a medição de condutividade específica catiônica e cálculo do pH, segundo a imagem abaixo.

Obs.: Também possuímos o módulo EDI como opcional às colunas catiônicas, com o benefício da regeneração automática da resina, diminuindo drasticamente o tempo de manutenção do equipamento.

DAC – Condutividade Catiônica Desgaseificada

A análise catiônica desgaseificada é a análise da condutividade após o tratamento com a coluna catiônica e um sistema para retirada de gases dissolvidos da amostra (principalmente o gás carbônico). Ela pode ser interpretada como sendo a condutividade catiônica sem a interferência do CO2, que não é nocivo para a turbina, mas contribui com o valor de condutividade catiônica. O DAC acaba, por fim, analisando a condutividade dos sólidos dissolvidos na amostra, sem a contribuição dos gases, detectando a boa qualidade do vapor a ser usado na turbina mais rapidamente.

Essa análise atende especialmente à linha de vapor durante o start-up da planta. Apesar de ter uma finalidade específica, essa análise economiza tempo e custos, conforme ilustrado no gráfico a seguir.

Ao analisarmos o gráfico, percebemos que quanto maior a eficiência de remoção dos gases da amostra, mais rápido ainda será detectado que a qualidade do vapor já está ideal para o início da produção de energia. Com isso em mente, a Dr. Thiedig desenvolveu o equipamento Digox 602 DAC que possui eficiência maior de 96% de remoção de gás carbônico, sem precisar aquecer a amostra. O método utilizado de expulsão dos gases é com o borbulhamento de ar atmosférico purificado.

Oxigênio dissolvido

Medido na água de alimentação, o oxigênio dissolvido deve ser removido, uma vez que ele pode causar corrosão por pit a baixíssimas concentrações em condições de alta pressão, temperatura, concentração de sais e pH. Para a remoção do oxigênio dissolvido, são utilizados agente químicos sequestrantes de oxigênio ou, mais comumente nos dias de hoje, desaeradores. A análise desse parâmetro identifica a eficiência na remoção de oxigênio dissolvido, protegendo os equipamentos do ciclo de vapor e água da corrosão.

A Dr. Thiedig oferece três soluções para essa medição: o analisador óptico Digox Optical que é o método mais utilizado hoje em dia para aplicação em termelétricas e caldeiras de pequeno e médio porte e os dois analisadores pelo método amperométrico: Digox 6.1 KS (on-line) para amostras que exigem um limite de detecção muito baixo (LD = 0,2 ppb) e Digox 6.1 K-LC (portátil) para identificação de pontos de vazamento e ajuda em manutenções.

Sódio

O sódio precisa ser analisado em diferentes linhas, por motivos distintos. Na água de caldeira, ele é importante para controlar a dosagem de agentes como hidróxido de sódio de trifosfato de sódio, quando utilizados no processo. No condensado, ele é o parâmetro mais importante de detecção de vazamento no condensador, indicando que parte da água de resfriamento está contaminando o ciclo. No vapor, ele é medido para impedir que ele se deposite em superaquecedores ou na turbina, causando danos que necessitam de investimento altíssimo para serem reparados.

Essa medição é feita por um eletrodo íon seletivo. Dentre os possíveis íons do ciclo de água e vapor, o H+ é o único que causa interferência na leitura, por isso, faz-se necessário utilizar um agente controlador de pH para manter essa influência constante, para que ela possa ser eliminada na curva de calibração do equipamento. Outra interferência que precisa ser bem controlada a um valor constante é a pressão da amostra. O analisador Digox 602 sodium da Dr. Thiedig é ideal para as medições online de sódio no ciclo de vapor e água e elimina todas as interferências mencionadas anteriormente, para a maior precisão em análise possível. Mais informações desse instrumento a seguir.

Sílica

Um ponto muito comum a se utilizar é na saída da coluna de leito misto na produção de água desmineralizada. Para essa aplicação, a análise serve para identificar a exaustão das resinas das colunas de troca iônica, uma vez que a sílica possui uma condutividade muito baixa, passando despercebida pela análise de condutividade. Além disso, a sílica é o primeiro íon a escapar da coluna exausta, dada a seletividade das colunas ser maior para íons mais fortes. Abaixo, se pode ver a diferença das análises de condutividade e sílica após o tratamento e a seletividade de uma coluna aniônica.

Já no próprio ciclo da caldeira, a sílica é normalmente monitorada na água de alimentação, água de caldeira e vapor para evitar que ela se deposite nas turbinas. Por ser o contaminante mais volátil entre as possíveis substâncias dissolvidas no ciclo de vapor e água, a sílica é um parâmetro chave da qualidade do ciclo. Para a linha de condensado, ela serve como indicador da eficiência do polimento.

A Dr. Thiedig oferece o Digox 602 silica como solução a todas essas linhas, uma vez que ele possui até 6 canais com o sequenciador de amostra integrado em sua eletrônica, além de altíssima precisão e economia de reagentes e baixa manutenção com as suas bombas de microdosagem. Confira abaixo!