Ciclo de Agua y Vapor

A continuación, se muestra un diagrama típico de un ciclo de agua y vapor para un Generador de Vapor de Recuperación de Calor (HRSG). Para evitar paradas inesperadas o daños a los componentes del ciclo, la calidad del agua y el vapor debe controlarse en todo momento. La norma de VGBE especifica una serie de parámetros de calidad para las líneas críticas, como el agua de alimentación, el agua de caldera y el vapor.

Debido a la variedad de líneas con diferentes características, los parámetros de calidad a monitorear varían según la necesidad y por distintas razones. Los parámetros más comunes controlados por un sistema en línea son:

  • pH
  • Conductividad
  • Oxígeno disuelto
  • Sodio
  • Sílice

En general, estos controles sirven para prevenir la corrosión y los depósitos de materiales sólidos en la caldera (incrustación) que causan daños irreparables y pérdida de eficiencia en la generación de vapor, como se ilustra en el resumen a continuación.

pH

El pH es un parámetro de medición importante en todas las líneas del ciclo y está relacionado con la reactividad del agua. Cada unidad de pH representa un factor de 10 veces la concentración de iones de hidrógeno. Se monitorea en prácticamente todas las líneas del ciclo, ya que su control previene la corrosión de aleaciones metálicas y la disolución de la capa protectora de hierro.

Para una medición precisa de este valor (indispensable en esta aplicación por motivos de eficiencia y seguridad), deben utilizarse sensores con compensación automática de temperatura referenciada a 25 °C. Si la muestra tiene una conductividad específica inferior a 10 µS/cm, deben tomarse algunas precauciones, como utilizar una sal neutra antes de la medición o calcular el pH a través de la conductividad (conociendo el agente alcalinizante).

Dr. Thiedig ofrece analizadores de pH para todas las condiciones posibles en el ciclo de agua y vapor, como el analizador con electrodo de vidrio para diferentes condiciones químicas de la muestra, como el 6 m pH ilustrado a continuación, y el analizador de conductividad Catcon 6 Delta con cálculo de pH, que se mencionará en la sección de conductividad.

Conductividad

La conductividad eléctrica es la medida de la suma de todas las sustancias disociadas (sales, ácidos, bases y algunas sustancias orgánicas) en líquidos y sirve como sustituto de la medición de sólidos disueltos totales (TDS) cuando está por debajo de 1 mg/l. Al igual que el pH, la conductividad es un parámetro importante en todas las líneas del ciclo de agua y vapor, y nos da una idea de la pureza del agua para prevenir incrustaciones o arrastres de sustancias al vapor.

La conductividad también debe referenciarse a 25 °C y puede dividirse en dos tipos: conductividad específica y conductividad catiónica (también conocida como conductividad ácida).

  • Conductividad específica: es la conductividad común, sin alterar las características químicas de la muestra.
  • Conductividad catiónica: se mide después de tratar la muestra con un intercambiador de iones ácido fuerte (una resina catiónica) que retiene los cationes de la muestra y los reemplaza por iones H+. En este caso, las sales de la muestra se convierten en ácidos, lo que aumenta la conductividad 3 a 4 veces, mejorando la sensibilidad de detección de trazas de sal.

Para las mediciones de conductividad, ofrecemos tres dispositivos:

  • Con 6 m SC: medidor de un solo canal para medición de conductividad específica.
  • Con 6 m CC: medidor de un solo canal con columna catiónica para medición de conductividad catiónica.
  • Catcon 6 Delta: medidor de doble canal con columna catiónica para conductividad catiónica específica y cálculo de pH, como se muestra en la imagen a continuación.

Nota: También ofrecemos el módulo EDI como un agregado opcional a las columnas catiónicas, con el beneficio de regeneración automática de resina, reduciendo drásticamente el tiempo de mantenimiento del equipo.

DAC – Conductividad Catiónica Desgasificada

El análisis de conductividad catiónica desgasificada (DAC) mide la conductividad después de tratar la muestra con la columna catiónica y un sistema para eliminar gases disueltos (principalmente dióxido de carbono). Se interpreta como conductividad catiónica sin la interferencia del CO₂, que no es dañino para la turbina, pero contribuye al valor de conductividad catiónica. En última instancia, DAC analiza la conductividad de los sólidos disueltos en la muestra, excluyendo gases y permitiendo una detección más rápida de la calidad del vapor adecuado para la turbina.

Este análisis es particularmente útil en la línea de vapor durante el arranque de la planta, ya que ahorra tiempo y costos, como se ilustra en el siguiente gráfico.

Al analizar el gráfico, vemos que cuanto mayor es la eficiencia de eliminación de gases de la muestra, más rápidamente se detecta que la calidad del vapor es ideal para comenzar la producción de energía. Con esto en mente, Dr. Thiedig desarrolló el Digox 602 DAC, que logra una eficiencia de eliminación de dióxido de carbono superior al 96% sin calentar la muestra. El método utilizado para expulsar gases es mediante burbujeo de aire atmosférico purificado.

Oxígeno Disuelto

Medido en el agua de alimentación, el oxígeno disuelto debe eliminarse porque, en concentraciones muy bajas, puede causar corrosión por picaduras bajo condiciones de alta presión, temperatura, concentración de sales y pH. Para eliminar el oxígeno disuelto se utilizan productos químicos secuestradores de oxígeno o, más comúnmente hoy en día, desaireadores. Este análisis evalúa la eficiencia de eliminación de oxígeno disuelto y protege el equipo del ciclo de agua y vapor contra la corrosión.

Dr. Thiedig ofrece tres soluciones para esta medición: el Digox Optical, un analizador óptico que es el método más utilizado en plantas térmicas y calderas de tamaño pequeño a mediano hoy en día, y dos analizadores amperométricos: Digox 6.1 KS (en línea) para muestras que requieren un límite de detección muy bajo (LD = 0.2 ppb) y Digox 6.1 K-LC (portátil) para detección de fugas y asistencia en el mantenimiento.

Sodio

El sodio debe analizarse en diferentes líneas por diferentes razones. En el agua de caldera, es fundamental para controlar la dosificación de agentes como hidróxido de sodio o tripolifosfato de sodio, cuando se usan en el proceso. En el condensado, es el parámetro más importante para detectar fugas en el condensador, indicando que parte del agua de enfriamiento está contaminando el ciclo. En el vapor, se mide para prevenir depósitos en sobrecalentadores o turbinas, que requieren costosas reparaciones.

Esta medición se realiza mediante un electrodo selectivo de iones. Entre los posibles iones en el ciclo de agua y vapor, el H+ es el único que interfiere en la lectura, por lo que debe utilizarse un agente controlador de pH para mantener constante esta influencia, permitiendo su eliminación en la curva de calibración del equipo. Otra interferencia que debe controlarse bien a un valor constante es la presión de la muestra. El analizador de sodio Digox 602 de Dr. Thiedig es ideal para mediciones en línea de sodio en el ciclo de agua y vapor, eliminando todas las interferencias mencionadas para lograr la máxima precisión en el análisis.

Sílice

La sílice se monitorea comúnmente en varias etapas, como en la salida de la columna de lecho mixto en la producción de agua desmineralizada. En esta aplicación, el análisis sirve para detectar el agotamiento de la resina en columnas de intercambio iónico, ya que la sílice tiene una conductividad muy baja y no es detectada por análisis de conductividad. Además, la sílice es el primer ion que se escapa de la columna agotada debido a la mayor selectividad de las columnas para iones más fuertes.

En el propio ciclo de la caldera, la sílice se monitorea típicamente en el agua de alimentación, el agua de caldera y el vapor para prevenir depósitos en turbinas. Como el contaminante más volátil entre las posibles sustancias disueltas en el ciclo de agua y vapor, la sílice es un parámetro clave de la calidad del ciclo. En la línea de condensado, sirve como indicador de la eficiencia de pulido.

Dr. Thiedig ofrece el Digox 602 sílice como solución para todas estas líneas, con hasta seis canales, secuenciador de muestras integrado en su electrónica, alta precisión, economía de reactivos y bajo mantenimiento gracias a sus bombas de microdosificación.