Los sistemas de vapor y los sistemas que presentan reciclamiento o reciclos de condensado son susceptibles a experimentar formas únicas de corrosión. Prevenir el desgaste que ocurre en los equipos que experimentan la corrosión es una de las tareas de los ingenieros en planta, siendo fundamental conocer cómo minimizar este tipo de situaciones en las que el daño por corrosión puede poner en riesgo incluso la producción industrial de una planta.
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| Los sistemas de vapor con retorno de condensado son propensos a la corrosión. Imagen de marcepinc |
En este artículo, describiremos cómo prevenir la corrosión en sistemas de vapor y cómo minimizar sus efectos en este tipo de sistemas de transporte de vapor de agua o de recirculación de condensado (como por ejemplo, torres de enfriamiento, entre otros equipos).
Tabla de contenidos
Introducción a la protección de la corrosión en sistemas de vapor
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| Desgaste y corrosión en un sistema de vapor. Imagen de wilhelsem |
El vapor es utilizado frecuentemente en procesos de transferencia de calor y otras aplicaciones en miles de plantas industriales que realizan procesos químicos. Por lo general, una parte importante del condensado de vapor se recupera y se devuelve a las calderas. Dependiendo de los procesos de la planta a los que sirve el vapor, el condensado presente puede tener una enorme cantidad de impurezas. Estas impurezas pueden ser compuestos orgánicos, sales minerales, u otro tipo de compuestos.
Las impurezas que se encuentran presentes en el condensado de los sistemas de vapor, pueden causar daños considerables debido a la corrosión, e incluso, pueden generar un desgaste tan crítico, como fallos en las tuberías y equipos de retorno de condensado, lo que puede llevar a un deterioro de los generadores de vapor debido a la contaminación de estos equipos por partículas provenientes de las tuberías que experimentan fallas por corrosión, y de los equipos de retorno de condensado. Lo que vamos a describir a continuación, es un compendio de recomendaciones para poder reducir los daños que se puedan presentar en los sistemas de vapor por la aparición de la corrosión.
Desgastes potenciales en las calderas
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| Daños por corrosión dentro de una caldera. Imagen de medioexampreparation |
La caldera es el principal generador de vapor de una planta industrial y al mismo tiempo, es el principal generador de impurezas del condensado (CO2). Las calderas que trabajan a altas presiones, exigen una reposición de alta pureza (contaminantes que no superen las bajas concentraciones de partes por billón) como resultado de las altas temperaturas y presiones que estas calderas experimentan. Sin embargo, los flujos de calor y las presiones de muchas unidades industriales (mucho más bajas que la de las calderas), permiten una reposición menos estricta.
Un tratamiento de reposición muy popular para muchos tipos de caldera, especialmente para las que operan a menos de 300 psi, es el ablandamiento con zeolita sódica básica para lograr un intercambio de calcio y magnesio por sodio (disminuir la dureza), minimizando de manera considerable la formación de precipitados calcáreos, como el carbonato de calcio dentro de la caldera.
Esta técnica sin embargo no es 100% infalible, ya que no retira ciertos contaminantes o impurezas, como la alcalinidad del bicarbonato. Cuando este contaminante llega a la caldera suele convertirse en dióxido de carbono de la siguiente manera:
La conversión total del CO2 de las reacciones combinadas puede llegar a alcanzar el 90%. El CO2 se desprende del vapor y al redisolverse en el condensado puede aumentar la acidez del líquido. Aunque el pH generado por esta reacción tiene un límite inferior es relativamente suave, la acidez es más que suficiente para generar la corrosión del acero al carbón.
Existen diferentes métodos para contrarrestar la influencia del CO2 con el vapor. Uno de los más destacables es mejorar el sistema de tratamiento para disminuir la alcalinidad mediante flujo dividido con un ablandador de sodio y un intercambiador de cationes colocado en paralelo, seguido de un descarbonizador de tiro forzado. Este proceso no elimina otras impurezas, como cloruros, sulfatos y sílices. Otra manera de eliminar la alcalinidad es mediante adición de cloruros, utilizando un intercambiador aniónico justo a la salida del ablandador de agua. Uno de los métodos más modernos es el uso de ósmosis inversa para eliminar las impurezas del agua que entra en la caldera y de esta manera disminuir el riesgo de daños por corrosión.
Para las plantas para las que el ablandamiento del agua mediante la adición de sodio sigue siendo una opción, es posible realizar un control químico del CO2. Para ello, hay que mantener el pH del agua de alimentación a la caldera en un rango ligeramente alcalino (entre 8.3 y 10), de esta manera, se puede minimizar la corrosión del hierro en las tuberías de alimentación. El producto químico utilizado para lograr esta regulación de pH es el amoniaco, que al reaccionar con el agua crea una reacción de equilibrio que aumenta la alcalinidad de forma limitada. Cabe destacar, que el amoniaco es bastante volátil, es por ello, que las aminas neutralizadoras son una alternativa común para el acondicionamiento del pH del agua de alimentación.
Dos propiedades importantes de estos compuestos son la relación de distribución y basicidad. Algunas de las aminas tienen una basicidad más alta que el amoniaco y pueden elevar el pH a niveles mucho más altos de ser necesario. La distribución suele ser muy importante para los sistemas con retorno de condensado, ya que representan la cantidad de amina que se transporta con el vapor frente a la que permanece en el agua. Estas propiedades varían en función de la presión y la temperatura dentro de la caldera, pero algunos productos tienden a permanecer en el agua dentro de la caldera, mientras otros son arrastrados por el vapor. Es por ello, que hay que realizar una selección minuciosa del producto mezclado, ya que puede proporcionar un acondicionamiento completo del pH en las calderas y a los sistemas de retorno de condensado (recirculación).
Un aspecto crítico en el desarrollo de programas de tratamiento químico para la protección de sistemas de condensado, es la compresión de toda la metalurgia del sistema. Por lo general, las tuberías son de acero al carbón, en las cuales, los agentes más corrosivos son el oxígeno disuelto y los ácidos. Para las tuberías de aleación de cobre en los intercambiadores de calor, el amoniaco con el oxígeno disuelto suelen ser muy perjudiciales. Los equipos de acero inoxidable resisten bastante bien al oxígeno disuelto, suelen ser vulnerables a algunos aniones, como cloruros, los cuales pueden provocar picaduras localizadas y grietas por corrosión bajo tensión, siendo estas últimas muy influenciadas por la temperatura. Es por ello, que es vital conocer todos los materiales de los equipos involucrados, de modo, que se pueda crear un plan de tratamiento químico eficiente para la planta.
Desgastes en sistemas de retorno de condensado
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| Típico sistema de vapor con retorno de condensado. Imagen de campbell |
Con la gran cantidad de productos intermedios y finales creados en las plantas industriales, la posibilidad de fuga de contaminantes en el retorno de condensado es enorme. Entre las diferentes impurezas que comúnmente suelen encontrarse en sistemas de retorno de condensado, están: Compuestos orgánicos, sales minerales, compuestos fuertemente ácidos, compuestos de basicidad alta, oxígeno disuelto, entre otros, que pueden claramente propiciar la corrosión en los equipos de retorno de condensado.
Incluso si estos productos no llegaran a causar daños en el sistema de retorno de condensado, las impurezas arrastradas pudiesen llegar a la caldera, donde de seguro propiciarían una situación de corrosión y los daños serían aún más severos. Es por ello, que suelen utilizarse algunos métodos para evitar la corrosión en los equipos de retorno de condensado. Uno de estos métodos es establecer y mantener la integridad de los intercambiadores de calor, para que las impurezas no entren en el condensado. Este método es bastante complejo, sobre todo, si se cuenta con muchos intercambiadores de calor, pero es realmente eficiente mantenerlos en buenas condiciones para eliminar en gran medida la salida de contaminantes de los intercambiadores térmicos y disminuir la corrosión.
Otro método utilizado para la protección de los sistemas de vapor de la corrosión, es la implementación de un sistema de descarga en los sistemas de retorno de condensado, de esta manera, ante cualquier anomalía en la lectura de los instrumentos de lectura, se podrá abrir una válvula que permita drenar el condensado en lugar de ser devuelto a los generadores de vapor y así evitar el ingreso de promotores de corrosión a las calderas. Algunas plantas utilizan analizadores de TOC (Carbono Orgánico Total) para controlar el condensado de retorno. Si se utilizan aminas neutralizadoras para ajustar el pH, se tiene en cuenta el TOC que aporta la amina y se selecciona un TOC objetivo para el vertido.
El vertido puede suponer una gran pérdida de agua y puede requerir un diseño especial del sistema de agua de reposición. Es por ello, que colocar un pulidor de condensados en la línea de retorno a la caldera es una idea destacable. La selección de este tipo de equipos dependerá de las impurezas presentes en el condensado, el caudal, la temperatura y la presión. Para una selección de este tipo existen varias opciones entre las cuales podemos destacar:
- Las resinas de intercambio iónico, con cierta flexibilidad ante diversos contaminantes.
- La eliminación de partículas mediante filtros de tela o filtros mecánicos.
La primera opción permite eliminar una gran variedad de iones disueltos, desde cationes y aniones primarios hasta otras trazas de componentes. Su limitación más importante es que su funcionamiento depende de la temperatura. Algunas resinas aniónicas comienzan a descomponerse a temperaturas no muy superiores a los 100 °F, mientras que otras pueden ser estables a temperaturas muy superiores.
La segunda opción es muy común en sistemas con una gran cantidad de óxidos de hierro u otras partículas disueltas que puedan promover la corrosión.
Control del condensado
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| Tabla con los límites aceptables de impurezas para calderas que trabajan a presiones bajas. Imagen de chemengonline |
Los análisis químicos de agua/vapor para generadores de vapor a altas presiones (calderas) permiten realizar una detección oportuna a diferentes inconvenientes químicos, permitiendo ahorrar grandes cantidades de dinero al prevenir corrosión y fallos en los generadores de vapor. Los datos recolectados de los análisis químicos también permiten al personal de la planta mantener la química diaria dentro de los rangos adecuados.
La misma lógica se aplica a los análisis químicos en el retorno de condensado, siendo estos análisis muy valiosos. Dependiendo de las condiciones del proceso, pueden incluir lo siguiente:
- pH
- Conductividad específica catiónica
- TOC
- Sodio
- Análisis de hierro o Millipore (o ambos)
Las técnicas mejoradas de tomas de muestras para el control de hierro, con un tratamiento adecuado, pueden medir las concentraciones totales de hierro hasta 1 parte por billón, siendo este método de gran ayuda para proporcionar datos de la tasa de corrosión en tiempo real.
Las pruebas Millipore (pasar un volumen fijo de condensado a través de una almohadilla filtrante Millipore) y las tendencias del condensado de retorno, mostrarán si los productos de corrosión son rojizos (hematitas) o de color gris (magnetita) y si las condiciones del condensado están cambiando. La importancia de la supervisión del hierro ha sido demostrada con creces en la industria de la energía, pero puede ser igualmente valiosa en otro tipo de industria.
Conclusión
El control de contaminantes es vital para minimizar la aparición de la corrosión en sistemas de vapor, los cuales son muy comunes en la industria. Es por ello, que conocer y eliminar estos contaminantes se convierte en una tarea de gran importancia para el personal de planta, específicamente para el ingeniero y su equipo de trabajo. Cabe destacar, que el control de corrosión en los equipos que utilizan vapor permite un ahorro considerable de dinero, ya que minimiza el desgaste de los equipos, siendo un tema fundamental que bien vale la pena conocer e implementar en las plantas industriales.
¿Cómo proteger de la corrosión a los sistemas de vapor? by Ing. Bulmaro Noguera is licensed under a Creative Commons Reconocimiento-NoComercial-SinObraDerivada 4.0 Internacional License
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