Concetti avanzati di trattamento dell'acqua di raffreddamento (Parte 2)

Questa puntata esamina la chimica generale delle tecnologie di sostituzione del fosfato che si sono dimostrate efficaci in molte applicazioni.

Nota dell'editore: questo è il primo di una serie in più parti di Brad Buecker, presidente di Buecker & Associates, LLC.

Leggi la prima parte qui.

La prima parte di questa serie offre una panoramica dei più importanti programmi di trattamento delle incrostazioni e degli inibitori della corrosione dell'acqua di raffreddamento a partire dalla metà del secolo scorso. Il trattamento si è evoluto dalla chimica acido/cromato, molto efficace ma in definitiva pericolosa, al trattamento con fosfato/fosfonato/zinco che utilizzava reazioni di precipitazione "controllate" e un pH leggermente basico per ridurre il potenziale di corrosione e incrostazione dell'acqua di raffreddamento. Questi ultimi programmi possono essere complicati da controllare, a volte con una linea sottile tra condizioni di corrosione e incrostazioni. La foto sotto di uno scambiatore di calore a due passaggi offre un esempio drammatico.

All'estremità di ingresso (i tubi inferiori di questo scambiatore), la corrosione era evidente. Sul lato di uscita più caldo (la metà superiore), la deposizione è stata problematica, come è chiaramente visibile. Il programma fosfati/fosfonati non si è rivelato particolarmente efficace nel mitigare la corrosione o le incrostazioni a seconda della posizione e della temperatura all'interno dello scambiatore di calore.

In questa puntata esamineremo la chimica generale delle tecnologie di sostituzione del fosfato che si sono dimostrate efficaci in molte applicazioni; con meno incertezza rispetto ai trattamenti con fosfati/fosfonati e con un impatto ambientale ridotto dovuto alla chimica di scarico.

Come il lettore ricorderà dalla Parte 1, dal punto di vista del controllo della corrosione, i programmi fosfati/fosfonati si basano in gran parte sulla deposizione di prodotti di reazione per inibire le reazioni anodiche e catodiche. Di seguito è mostrata una cella di corrosione comune in acqua aerata.

Sebbene la corrosione da ossigeno e acciaio al carbonio sia probabilmente il meccanismo più comune, sono possibili molti altri meccanismi di corrosione. I limiti di spazio impediscono una discussione dettagliata della maggior parte di questi meccanismi in questo articolo, ma spero di delineare alcuni dei più importanti in un futuro articolo di Power Engineering. Continuando con l'argomento principale; fare affidamento sulla chimica precipitante per depolarizzare le reazioni anodiche e catodiche può spesso essere molto impegnativo, dove condizioni variabili possono portare ad altri problemi come la formazione di incrostazioni mostrata nella Figura 1. Di conseguenza, sono emersi programmi moderni per stabilire una pellicola protettiva diretta sulle superfici metalliche. Le caratteristiche importanti delle molecole organiche in molte formulazioni sono siti attivi che si attaccano direttamente alle superfici metalliche con la catena organica idrofobica che si estende verso l'esterno.

Un composto con cui questo autore ha familiarità va sotto il nome chimico generale di inibitore reattivo dell'amido poliidrossilico (RPSI), (1) in cui gruppi attivi contenenti ossigeno sulle molecole si attaccano alla superficie metallica con la porzione organica che protegge il metallo. Questa chimica e tecnologie simili sono cresciute in modo significativo in popolarità e utilizzo negli ultimi dieci anni circa, con ora diverse migliaia di applicazioni o più. I risultati indicano che una corretta applicazione della sostanza chimica, che non richiede elevate concentrazioni, può spesso ridurre i tassi di corrosione dell’acciaio al carbonio a meno di 1 mil all’anno (mpy, dove un mil è 0,001 pollici). Questo valore rientra ampiamente nella durata prevista dei tipici componenti in acciaio al carbonio.

I dati del riferimento 1 indicano anche una buona protezione dalla corrosione dei metalli dell'acciaio inossidabile della serie 300 dalla vaiolatura e dalla fessurazione del cloruro, il che solleva un argomento che questo autore aveva intenzione di affrontare. Per diversi anni sono stato fortemente coinvolto nella revisione delle specifiche di progettazione del trattamento delle acque per le nuove centrali elettriche a ciclo combinato. In numerosi casi, la società di ingegneria di progettazione specificava l'acciaio inossidabile 304 o 316 per i tubi del condensatore di superficie del vapore, apparentemente senza prestare alcuna attenzione alla chimica dell'acqua di raffreddamento e ai potenziali problemi derivanti dalle impurità.

Un esempio significativo è che gli acciai inossidabili formano uno strato di ossido che protegge il metallo di base, ma dove il cloruro in concentrazioni sufficienti penetra nello strato di ossido e inizia la vaiolatura. Per anni, i limiti massimi di cloruro raccomandati per questi acciai variavano da 500 ppm per l'SS 304 a 3.000 ppm per l'SS 316L (L sta per SS a basso contenuto di carbonio) a temperatura ambiente. La ricerca ha successivamente dimostrato che questi limiti erano troppo alti e un noto esperto di materiali suggerisce rispettivamente 100 e 400 ppm per tubi puliti. (2) I depositi aumentano il potenziale di corrosione. Alcune acque di reintegro hanno livelli di cloruro che superano queste linee guida prima ancora di essere riciclate in una torre di raffreddamento. (3) La vaiolatura è un meccanismo di corrosione insidioso ed è noto che causa guasti nel giro di mesi e talvolta anche settimane di materiali che dovrebbero durare per decenni. Un altro elemento che può causare una grave corrosione dell’acciaio inossidabile è il manganese. Esamineremo la questione in un prossimo articolo.