Analisi dei metalli in tracce per il monitoraggio della corrosione negli impianti di cogenerazione a condensato

Una rivisitazione di diverse analisi del ferro nell'acqua di alimentazione dei generatori di vapore e il motivo per cui è necessario il monitoraggio del rame negli impianti di cogenerazione.

Di Brad Buecker – Buecker & Associates, LLC

Nei precedenti articoli di Power Engineering, abbiamo esaminato l'importanza del monitoraggio delle tracce di ferro per determinare l'entità della corrosione dell'acciaio al carbonio nei circuiti della condensa e dell'acqua di alimentazione del generatore di vapore a recupero di calore (HRSG). (1, 2) I sistemi di acqua di alimentazione HRSG in genere non contengono leghe di rame, tranne forse raramente un condensatore con tubi in lega di rame. Tuttavia, la cogenerazione e i grandi sistemi a vapore industriale possono avere numerosi scambiatori di calore contenenti tubi in lega di rame.

Di conseguenza, il monitoraggio della condensa sia del ferro che del rame è importante per valutare l’efficacia dei programmi di trattamento chimico nel ridurre al minimo la corrosione e l’effetto secondario del trasporto dei prodotti della corrosione ai generatori di vapore. In questo articolo rivisiteremo brevemente diversi aspetti importanti delle analisi del ferro sulla condensa/acqua di alimentazione del generatore di vapore. Esamineremo anche il motivo per cui è necessario il monitoraggio del rame negli impianti di cogenerazione, insieme ai moderni metodi analitici per l'analisi dei metalli in tracce.

Durante l’era della costruzione di grandi impianti fossili, a metà del secolo precedente, la rete di condensa/acqua di alimentazione conteneva tipicamente diversi riscaldatori chiusi dell’acqua di alimentazione più un riscaldatore aperto, il disaeratore.

Le leghe di rame erano una scelta comune di materiali per i tubi chiusi dei riscaldatori dell'acqua di alimentazione a causa delle eccellenti proprietà di trasferimento del calore del rame. Tuttavia, il rame è suscettibile alla corrosione derivante dagli effetti combinati dell’ossigeno disciolto e dell’ammoniaca, essendo quest’ultima la sostanza chimica comune per il controllo del pH dell’acqua di alimentazione (anche se in alcuni impianti le ammine alcalinizzanti, ovvero neutralizzanti, rimangono la scelta). (3, 4)

L'ossigeno converte lo strato protettivo Cu2O sulla superficie del rame (dove il rame si trova nello stato di ossidazione +1) in CuO, con il rame che si trasforma in uno stato di ossidazione +2. Cu2+ reagisce con l'ammoniaca per formare un composto solubile. Pertanto, praticamente per qualsiasi sistema contenente leghe di rame, una combinazione di deaerazione meccanica e rimozione chimica dell'ossigeno era, ed è tuttora, necessaria per proteggere le leghe. Lo scavenger di ossigeno funge anche da agente passivante per riconvertire CuO in Cu2O.

La combinazione di ammoniaca o di una miscela ammoniaca/ammina per il controllo del pH e l'alimentazione dell'antiossidante è nota come riduzione del trattamento completamente volatile (AVT(R)). Produce il familiare strato di magnetite scura (Fe3O4) sull'acciaio al carbonio, ma non è più consigliato per unità di servizio e HRSG senza leghe di rame.

Piuttosto, il trattamento ossidante completamente volatile (AVT(O)) come delineato nel Riferimento 1 (senza alimentazione di assorbitore di ossigeno ma ancora ammoniaca o una miscela ammoniaca/ammina per il controllo del pH) è la scelta corretta. AVT(O) produce uno strato di ossido rosso, α-ematite (noto anche come ossido ferrico idrato (FeOOH)) sull'acciaio al carbonio. Per avere successo, l'AVT(O) richiede acqua di alimentazione ad elevata purezza con una conduttività cationica <0,2 mS/cm. Per i sistemi di cogenerazione e di generazione di vapore industriale, l'acqua di alimentazione (solitamente) di purezza inferiore e/o la presenza di scambiatori di calore con tubi in lega di rame impedisce l'AVT(O), mentre AVT(R) è l'opzione richiesta.

È necessario un attento controllo chimico per trovare l'equilibrio tra la corrosione minima del ferro e quella del rame. Un ingrediente chiave nel programma di trattamento è il monitoraggio dei prodotti della corrosione per garantire che la chimica sia ottimizzata.

Per quanto riguarda il monitoraggio del ferro, diversi punti di discussione del Riferimento 2 meritano una breve ripetizione.

Tipicamente, il 90% o più dei prodotti della corrosione dell'acciaio si presentano sotto forma di particelle di ossido di ferro. Pertanto, le misurazioni del solo ferro disciolto non si avvicinano alla concentrazione totale del prodotto della corrosione. Hach ha sviluppato una procedura da banco che utilizza un processo di digestione di 30 minuti per convertire tutto il ferro in forma solubile per la successiva analisi su uno spettrofotometro standard.

Il limite di rilevamento inferiore è 1 parte per miliardo (ppb), che è soddisfacente anche per i generatori di vapore ad alta pressione in cui la concentrazione di ferro consigliata nell'acqua di alimentazione è <2 ppb. Come hanno dimostrato gli eventi degli ultimi quattro decenni, il monitoraggio del ferro è molto importante per monitorare la corrosione accelerata dal flusso (FAC) nei sistemi di condensa/acqua di alimentazione e nell'economizzatore e nell'evaporatore a bassa pressione (e spesso in alcuni circuiti a pressione intermedia) di multi- HRSG di pressione. Questa tecnica da banco fornisce solo letture istantanee, ma queste sono spesso sufficienti con un sistema protetto da un'adeguata chimica. (5)