Conceitos avançados de tratamento de água de resfriamento (Parte 2)

Esta edição examina a química geral das tecnologias de substituição de fosfato que se mostraram eficazes em muitas aplicações.

Nota do editor: esta é a primeira de uma série de várias partes de Brad Buecker, presidente da Buecker & Associates, LLC.

Leia a Parte 1 aqui.

A Parte 1 desta série ofereceu uma visão geral dos mais proeminentes programas de tratamento de incrustação de água de resfriamento/inibidor de corrosão desde meados do século passado. O tratamento evoluiu da química de ácido/cromato muito eficaz, mas perigosa, para o tratamento de fosfato/fosfonato/zinco que utilizava reações de precipitação "controladas" e pH levemente básico para reduzir o potencial de corrosão e incrustação da água de resfriamento. Os últimos programas podem ser complicados de controlar, às vezes com uma linha tênue entre as condições de corrosão e descamação. A foto abaixo de um trocador de calor de duas passagens oferece um exemplo dramático.

Na extremidade de entrada (os tubos inferiores deste trocador), a corrosão era evidente. No lado de saída mais quente (a metade superior), a deposição foi problemática, como é claramente visível. O programa de fosfato/fosfonato não foi particularmente eficaz na mitigação da corrosão ou incrustação dependendo da localização e temperatura dentro do trocador de calor.

Nesta edição, examinaremos a química geral das tecnologias de substituição de fosfato que se mostraram eficazes em muitas aplicações; com menos incerteza do que os tratamentos de fosfato/fosfonato e com impacto ambiental reduzido da química de descarga.

Como o leitor deve se lembrar da Parte 1, do ponto de vista do controle de corrosão, os programas de fosfato/fosfonato dependem amplamente da deposição de produtos de reação para inibir reações anódicas e catódicas. Uma célula de corrosão comum em água aerada é mostrada abaixo.

Embora a corrosão por oxigênio do aço carbono seja provavelmente o mecanismo mais comum, muitos outros mecanismos de corrosão são possíveis. As limitações de espaço impedem uma discussão detalhada da maioria desses mecanismos neste artigo, mas espero delinear alguns dos mais importantes em um futuro artigo de Engenharia de energia. Continuando com o tópico principal; a confiança na química de precipitação para despolarizar reações anódicas e catódicas pode ser muito desafiadora, onde condições variáveis ​​podem levar a outros problemas, como a formação de incrustações mostrada na Figura 1. Assim, surgiram programas modernos para estabelecer uma película protetora direta em superfícies metálicas. As características importantes da(s) molécula(s) orgânica(s) em muitas formulações são sítios ativos que se ligam diretamente a superfícies metálicas com a cadeia orgânica hidrofóbica se estendendo para fora.

Um composto com o qual este autor está familiarizado atende pelo nome químico geral de inibidor de polihidroxiamido reativo (RPSI), (1) onde grupos contendo oxigênio ativo nas moléculas se ligam à superfície do metal com a porção orgânica protegendo o metal. Esta química e tecnologias semelhantes cresceram significativamente em popularidade e uso ao longo da última década, com agora vários milhares de aplicações ou mais. Os resultados indicam que a aplicação adequada da química, que não requer altas concentrações, muitas vezes pode reduzir as taxas de corrosão do aço carbono para menos de 1 mil por ano (mpy, onde um mil é 0,001 polegada). Isso está dentro da vida útil projetada de componentes típicos de aço carbono.

Os dados da Referência 1 também indicam uma boa proteção contra corrosão dos metais de aço inoxidável da série 300 contra pitting e trincas de cloreto, o que traz à tona um assunto que este autor planeja abordar. Por vários anos, estive fortemente envolvido na revisão das especificações de projeto de tratamento de água para novas usinas de ciclo combinado. Em vários casos, a empresa de engenharia de projeto especificaria aço inoxidável 304 ou 316 para tubos condensadores de superfície de vapor, aparentemente sem pensar na química da água de resfriamento e em possíveis problemas de impurezas.

Um caso primário é que os aços inoxidáveis ​​formam uma camada de óxido que protege o metal base, mas onde o cloreto em concentrações suficientes penetrará na camada de óxido e iniciará a corrosão por pite. Durante anos, os limites máximos de cloreto recomendados para esses aços variaram de 500 ppm para 304 SS a 3.000 ppm para 316L (L significa baixo teor de carbono) SS à temperatura ambiente. A pesquisa mostrou posteriormente que esses limites eram muito altos, e um notável especialista em materiais sugere 100 e 400 ppm, respectivamente, para tubos limpos. (2) Depósitos aumentam o potencial de corrosão. Algumas águas de reposição têm níveis de cloreto que excedem essas diretrizes antes mesmo de serem recicladas em uma torre de resfriamento. (3) O pitting é um mecanismo de corrosão insidioso e é conhecido por causar falhas em meses e às vezes até semanas em materiais que deveriam durar décadas. Outro elemento que pode causar corrosão severa no aço inoxidável é o manganês. Examinaremos essa questão em um artigo futuro.