Dez regras de ouro para controle de pureza de vapor em caldeiras de alta pressão para usinas de energia
Em usinas de energia, as condições de pureza do vapor afetam as especificações, práticas operacionais e tratamento, pois a turbina de vapor é muito suscetível a danos por mecanismos de corrosão ou formação de depósitos em seus componentes, e quando isso ocorre, pode ter enormes implicações financeiras, principalmente nestes tempos em que a situação atual do mercado de eletricidade exige que as usinas de energia mantenham a disponibilidade e eficiência muito altas.
A única abordagem prática é garantir que a turbina esteja funcionando a todo momento com vapor aceitavelmente puro, e isso significa que a caldeira (seja qual for o tipo) deve manter condições mecânicas, operacionais e químicas para gerar um vapor que atenda a todas as especificações de pureza. Para isso, é necessário seguir as seguintes regras básicas:
1. Todos com o mesmo objetivo. O especialista em tratamento da água deve estabelecer um programa abrangente para controle químico em todas as facetas do sistema, mas as outras disciplinas também devem estar envolvidas e concentrar suas práticas operacionais e de manutenção para que a caldeira possa gerar vapor com a pureza exigida pelo fabricante da turbina e/ou com as seguintes especificações:
• Sódio (Na) < 3 ppb
• Sílica (SiO2) < 10 ppb
• Cloretos (Cl) < 2 ppb
• Sulfatos (SO4) < 2 ppb
• TOC < 100 ppb
2. Alcance o máximo de pureza da água de reposição. O tratamento de água bruta deve ser ajustado em todos os seus estágios para atender à demanda de água da caldeira, mas com a pureza da água de reposição atendendo às mesmas especificações do vapor superaquecido.
3. Use aditivos químicos de alta pureza (grau ACS). Todos os produtos químicos se decompõem em subprodutos que podem contaminar o vapor, aumentar a demanda por drenagem e afetar os custos operacionais. O hidróxido de amônio, a amina ou os passivadores devem atender às seguintes condições:
• Cloretos < 1,0 mg/kg (1 ppm).
• Sulfatos < 1,5 mg/Kg (1,5 ppm)
• Sódio < 1,0 mg/kg (1 ppm)
• Ferro < 0,2 mg/Kg (0,2 ppm)
• Sílica < 0,5 mg/kg (0,5 ppm)
4. Controle eficaz da filtragem de ar. O objetivo é manter a água condensada e de alimentação com gases corrosivos (como oxigênio e CO2) em níveis toleráveis para a operação do gerador e da turbina (O2 < 10 ppb, CC < 0,2 µS/cm). Isso exige:
a. Reparo imediato de falhas mecânicas dos incondensáveis ou do sistema desaerador.
b. Reparo imediato de infiltrações de ar.
c. Uso de aditivos químicos (sequestrantes) como última opção e como uma solução temporária.
5. Controle de vazamento do condensador. Qualquer poro ou rachadura nos tubos do condensador, seja qual for sua origem ou tamanho, pode causar contaminação da água condensada e de alimentação que se manifestará com mecanismos de corrosão nos elementos tubulares da caldeira ou da turbina de vapor. Para minimizar riscos, esforços de diferentes disciplinas devem ser combinados para o seguinte:
a. Garantir o controle químico eficaz da água de resfriamento para evitar corrosão por erosão nos tubos superficiais do condensador.
b. Alta precaução para evitar choques nos tubos do condensador durante o trabalho de manutenção.
c. Máximo controle de vibração nos tubos do condensador.
6. Tome cuidado com a água de controle de temperatura. Se ocorrer contaminação do condensado, seja qual for a causa, as impurezas chegarão à turbina da maneira mais rápida, que é pela água de controle de temperatura. Caso ocorra qualquer contaminação do condensado, a primeira manobra a ser considerada é o desligamento do sistema de controle de temperatura e o reparo da falha que está causando a contaminação.
7. Controle de arrasto mecânico. Para que o gerador de vapor alcance máxima eficiência de separação de umidade e máxima capacidade de secagem de vapor, a capacidade de geração de vapor deve ser respeitada conforme as especificações do fabricante, bem como as rampas de parada e partida, mas as boas práticas a seguir também devem ser consideradas na cúpula de vapor:
a. Boa condição dos separadores primário e secundário.
b. Nível correto de água na cúpula.
c. Correção imediata de distúrbios ou borbulhamento no espelho d'água da cúpula.
d. Evitar flutuações de alto nível devido a movimentos da carga.
8. Controle de transferência de voláteis. Como as condições de pressão, temperatura e PH da água da cúpula influenciam a volatilidade específica das espécies químicas, as práticas operacionais a seguir devem ser consideradas na cúpula de vapor:
a. Estabelecer limites máximos para condutividade específica, PH, sódio, sílica, cloretos e sulfatos na água da cúpula com base no tipo de tratamento aplicado (fosfato, cáusticos ou todo volátil) e a pressão operacional máxima da cúpula de vapor.
b. Gerenciar a drenagem contínua da caldeira para sempre cumprir os limites de PH e condutividade específica e, em segundo lugar, para manter controle da sílica, sódio, cloretos e sulfatos.
9. Tratamento químico integral. Todos os programas oferecidos hoje para o condicionamento químico da água da caldeira (sistema de condensados e água da cúpula) agem fornecendo alcalinidade de OH para neutralizar a ação corrosiva das impurezas, mas a melhor prática é que o programa químico, além do aspecto químico, integre os aspectos mecânico e operacional para contribuir com a melhoria dos custos operacionais totais da usina. Nesse sentido, a seleção do programa químico deve considerar os seguintes critérios:
a. Ele deve neutralizar as impurezas da água da caldeira afetando o mínimo possível a pureza do vapor.
b. Ele deve alcançar o melhor transporte de produtos corrosivos (CPT, na sigla em inglês).
c. Ele deve ajudar a alcançar as condições do vapor em menos tempo.
d. Ele deve ajudar a otimizar a porcentagem de purga.
e. Ele deve fornecer alta capacidade de resposta e flexibilidade para controle de contingência de produtos químicos.
f. Ele deve minimizar limpezas químicas do gerador.
g. Ele deve alcançar as melhores condições de conservação do gerador de vapor (paragem).
10. Monitoramento e plano de controle de contingência (resolução de problemas). O ciclo de água e vapor é um sistema propenso a se contaminar a qualquer dia ou hora, portanto, usinas de energia devem estar preparadas com um plano que ofereça um rápido tempo de resposta antes que impurezas causem danos permanentes à turbina ou a elementos tubulares do gerador de vapor. Para confirmar a eficácia, o plano deve ser avaliado regularmente com exercícios. O plano deve ser documentado com identificação e definição dos seguintes elementos:
a. Pontos de amostragem em todos os estágios do ciclo.
b. Variáveis críticas e não críticas para cada estágio do ciclo.
c. Variáveis para confirmar qualquer condição química (resolução de problemas).
d. Variáveis químicas medidas continuamente (instrumentação analítica), laboratório na usina e laboratório externo.
e. Controlar os limites para cada variável química.
f. Limites de alarme de 3 níveis com base na severidade da contaminação.
g. Tempo máximo de exposição permitido.
h. Alarmes visíveis na sala de controle.
i. Procedimentos analíticos de rotina e contrastivos.
j. Frequências das rotinas de procedimentos analíticos.
k. Procedimentos de campo para controle de cada contingência.