Monitoreo y tratamiento de sistemas de agua de refrigeración de circuito cerrado

Es posible que haya varios sistemas de enfriamiento de circuito cerrado en su planta de energía. Es muy probable que enfríen o controlen la temperatura de algunos componentes muy críticos. Los dos que es más probable que existan son el llamado sistema de refrigeración por agua de rodamientos (que se encarga de algo más que los rodamientos) y el sistema de refrigeración del estator, para aquellas plantas que tienen un estator refrigerado por agua. Los sistemas de refrigeración de circuito cerrado también se pueden encontrar en refrigeradores de aire en las entradas de las turbinas de combustión.

Por su propia naturaleza, cuando un sistema de circuito cerrado permanece cerrado y funciona correctamente durante un período prolongado, a menudo se olvida, o al menos se descuida. Es posible que no se noten pequeños cambios en la química o en los caudales y presiones diferenciales en todo el sistema. Sin embargo, una vez que los procesos de corrosión se afianzan en estos sistemas, puede resultar muy difícil corregirlos. Mientras tanto, los equipos de datos críticos pueden dañarse hasta el punto de afectar la capacidad de funcionamiento de la planta. Comenzamos con algunos principios y prácticas generales para sistemas de agua de refrigeración de circuito cerrado antes de analizar el sistema de agua de refrigeración del estator, que es un caso especial.

Comprensión de los sistemas de refrigeración de circuito cerrado

La mayoría de las centrales eléctricas que utilizan refrigeración por agua de circuito cerrado para sistemas mecánicos (en lugar de para el ciclo de vapor) tienen varios subsistemas. El sistema de agua de refrigeración de cojinetes generalmente proporciona refrigeración para cojinetes y sellos críticos de la bomba, refrigeradores de hidrógeno para el generador, aceite lubricante y refrigeradores del compresor de aire. Otros sistemas de enfriamiento de circuito cerrado pueden incluir sistemas de agua enfriada para enfriadores de aire utilizados en la entrada de aire a las turbinas de gas en una planta de energía de ciclo combinado y el panel de muestras químicas.

Un sistema de refrigeración de circuito cerrado puede intercambiar calor con el sistema principal de agua de refrigeración en intercambiadores de calor de carcasa y tubos convencionales o en intercambiadores de calor de placas y marcos. Los sistemas de agua helada (enfriadores de aire) intercambian calor con el compresor, que a su vez utiliza una torre de enfriamiento para devolver el calor al medio ambiente.

Generalmente, se utiliza agua desmineralizada para la reposición del agua de refrigeración de circuito cerrado, pero se requieren tratamientos químicos para evitar la corrosión y, en algunos sistemas, la congelación. Lo más común es que las tuberías en un sistema de circuito cerrado sean de acero al carbono. Las superficies de intercambio de calor, como los conjuntos de enfriadores de aire, pueden ser de cobre o incluso de aluminio. Los intercambiadores de calor de placas y marcos suelen estar hechos de placas de acero inoxidable. El cuidado y mantenimiento de estos sistemas requiere que se preste atención a todos los metales.

En un sistema de circuito cerrado, las picaduras de oxígeno son el tipo de corrosión más común (Figura 1). Los síntomas de picaduras de oxígeno pueden ser agua oxidada o mantenimiento recurrente en los rodamientos debido a la abrasión causada por los productos de corrosión contra las superficies del sello.

1. Picaduras de oxígeno en un sistema de agua de refrigeración de circuito cerrado. Cortesía: m&M Ingeniería

Para que se produzca picadura de oxígeno, primero debe haber un depósito que cubra una porción de la superficie del metal, creando un diferencial entre el contenido de oxígeno debajo del depósito y el contenido de oxígeno en el agua a granel. El área deficiente en oxígeno debajo del depósito se convierte en el ánodo, y el área alrededor del depósito que está expuesta al agua en masa se convierte en el cátodo. Esta configuración de “cátodo grande, ánodo pequeño” provoca picaduras concentradas y aceleradas en un área confinada, lo que produce fugas por orificios.

Si se permite que las bacterias se propaguen dentro del sistema de circuito cerrado, pueden crear un depósito "vivo". Los subproductos de la respiración bacteriana suelen ser ácidos y la respiración también consume oxígeno, lo que hace que la base de la biopelícula sea propicia para la corrosión del metal base. Esto estimula aún más a algunos tipos de bacterias, ya que utilizan el metal oxidado en su metabolismo.

Tratamientos químicos para refrigeración por agua de circuito cerrado

Cuando un sistema de enfriamiento de circuito cerrado es hermético y no experimenta pérdida de agua, el tratamiento químico que se aplica puede durar semanas o meses antes de que sea necesario renovarlo. Esto puede llevar a la complacencia. Por otro lado, los sistemas de enfriamiento de circuito cerrado que tienen fugas (y que tienen una pérdida significativa de agua) pueden ser casi imposibles (y a veces muy costosos) de mantener en los niveles de tratamiento adecuados. Unos niveles de tratamiento inadecuados siempre provocarán la corrosión de estos sistemas.

A continuación, enumeramos algunas opciones que puede utilizar con éxito para tratar sistemas de enfriamiento de circuito cerrado, como el sistema de agua de enfriamiento de rodamientos o el sistema enfriador de aire de circuito cerrado. Generalmente, encuentra un programa de tratamiento que funciona bien para los distintos metales de su sistema y los requisitos del sistema (por ejemplo, determina si necesita protección contra congelación) y luego lo sigue.

Independientemente de cuál de los tres tratamientos químicos elija, es probable que también contengan tampones de pH (el cáustico y el borato de sodio son comunes) para mantener un pH alcalino, lo que contribuye a minimizar la corrosión en el acero al carbono. Si hay cobre en el sistema de circuito cerrado, se puede agregar un azol al tratamiento para mantener una capa química protectora sobre las superficies metálicas de cobre expuestas.

Nitrito de sodio. El nitrito de sodio se ha utilizado durante muchos años para prevenir la corrosión en una amplia variedad de sistemas de circuito cerrado. El nitrito es un oxidante y esencialmente detiene la corrosión "corroyendo" todo de manera uniforme. Esto parece contradictorio, pero cuando todo se convierte en cátodo y no hay ánodo, la corrosión se detiene.

Un suministro constante de nitrito en el sistema garantiza que cualquier punto desnudo que se cree se pasiva rápidamente. Sin embargo, si no hay suficiente nitrito en el circuito de agua enfriada, se puede formar un ánodo en la tubería, y nuevamente tenemos la celda de corrosión de cátodo grande/ánodo pequeño. Las pautas generales para tratamientos a base de nitritos son de un mínimo de 700 ppm de nitrito.

Algunas bacterias utilizan los nitritos como fuente de energía. Si el sistema de circuito cerrado se contamina con estas bacterias, el nivel de nitrito puede disminuir rápidamente. Las bacterias también generan biopelículas, que crean depósitos que producen áreas que actúan como ánodos para el resto de las tuberías. Agregar más nitrito sólo acelera aún más la reproducción de las bacterias, empeorando el problema. Los sistemas que utilizan nitrito deben comprobarse periódicamente para detectar la presencia de bacterias. En algunos sistemas, se agregan al tratamiento biocidas no oxidantes como glutaraldehído o isotiazolina para prevenir el crecimiento bacteriano.

Molibdato de sodio. El molibdato de sodio generalmente se clasifica como un inhibidor de oxidación anódica. El molibdato trabaja con el oxígeno disuelto en el agua para formar un complejo protector de ferricmolibdato en el acero.

Los niveles de tratamiento de molibdato pueden oscilar entre 200 ppm y 800 ppm como molibdato. Los sistemas de circuito cerrado que utilizan agua desmineralizada tenderían a estar en el extremo inferior de este rango. Desafortunadamente, la oferta mundial de molibdato metálico tiende a concentrarse en áreas de agitación política histórica y, a lo largo de los años, los precios del molibdato han variado dramáticamente. Esa variabilidad de precios puede hacer que el tratamiento con molibdato sea competitivo con el nitrito, o mucho más caro.

Irónicamente, en sistemas de circuito cerrado que son muy ajustados, los niveles de oxígeno disuelto pueden disminuir y, por lo tanto, minimizar la efectividad de un tratamiento con molibdato (que requiere oxígeno disuelto para formar una capa pasiva). Los expertos recomiendan un mínimo de 1 ppm de oxígeno disuelto en sistemas tratados con molibdato.

Tratamientos con polímeros. Los tratamientos con polímeros se han utilizado durante muchos años para evitar acumulaciones de incrustaciones y productos de corrosión en torres de enfriamiento abiertas. Actualmente también se venden polímeros similares para su uso en sistemas de circuito cerrado. Parece que el polímero actúa como dispersante de cualquier producto de corrosión o incrustaciones que puedan formarse, por lo que previene la corrosión manteniendo la superficie limpia y asegurando que el oxígeno disuelto en el agua ataque todas las superficies de manera uniforme. Esto produce un nivel de corrosión general, pero en general bajo.

Una de las ventajas de este tratamiento es que se cree que es muy benigno para el medio ambiente, aunque mientras el sistema de circuito cerrado permanezca cerrado, no debería haber ningún impacto en el medio ambiente.

Monitoreo del agua de enfriamiento de circuito cerrado

La clave para mantener su sistema de circuito cerrado funcionando correctamente es el monitoreo regular. Cualquiera que sea el agente activo en su tratamiento (nitrito, molibdato o polímero), la concentración debe controlarse periódicamente. Generalmente, las pruebas semanales son suficientes a menos que los niveles del tratamiento estén disminuyendo. (No lo sabrá si no realiza un seguimiento regular). Debido a que el tratamiento contra la corrosión del acero al carbono y del cobre generalmente se mezclan en un solo producto, los niveles bajos de tratamiento pueden afectar algo más que las tuberías de acero al carbono.

También se debe comprobar periódicamente el pH del agua. Teniendo en cuenta la cantidad de amortiguador de pH en el tratamiento químico, el pH del agua debe ser sólido como una roca. Las caídas en el pH pueden indicar contaminación bacteriana, particularmente con los tratamientos a base de nitritos. Otra cosa que puede bajar el pH son las fugas en el sistema, que aportan agua fresca desmineralizada.

Esté atento a otros signos de contaminación bacteriana, como crecimiento viscoso en cualquier visor o indicador de flujo, u olores sépticos cuando se recolecta la muestra. Los intercambiadores de calor de placas y marcos tienen una superficie muy grande y un espacio pequeño para el intercambio de calor entre las placas. La contaminación bacteriana no sólo puede afectar gravemente la transferencia de calor, sino que también puede provocar fugas en las placas de acero inoxidable. Dependiendo de la presión del sistema de circuito cerrado frente a la de circuito abierto en este punto, el agua de refrigeración del rodamiento puede filtrarse o el agua de refrigeración abierta puede entrar.

Recuerde que es mucho más fácil prevenir la contaminación bacteriana que intentar recuperarse de un sistema que está gravemente contaminado.

Sistemas de agua de refrigeración del estator

El sistema de agua de refrigeración del estator es un circuito cerrado muy especial por un par de razones. En primer lugar, protege uno de los equipos más críticos: el generador. Sólo hay un metal que preocupa en este sistema: el cobre. Y este sistema debe permanecer muy limpio, incluso prístino. Pequeños aumentos de temperatura en las barras de enfriamiento del estator pueden restringir la carga o incluso apagar el generador. Por lo tanto, este sistema requiere especial comprensión, atención y seguimiento.

■ Un tanque de cabeza que contiene el agua desionizada que proporciona succión a las bombas.

■ Bombas de circulación

■ Intercambiador de calor

■ Filtros (filtros de cartucho, coladores de malla o ambos)

■ Desionizador de lecho mixto

■ Monitoreo del flujo, temperatura, conductividad, oxígeno disuelto y, en algunos casos, pH

A menudo hay dos recipientes desionizadores y dos juegos de filtros para permitir que uno se cierre con válvula para reemplazar el cartucho del filtro o para reemplazar las resinas del lecho mixto.

El circuito de enfriamiento elimina el calor de las barras del estator y lo transporta a través de intercambiadores de calor. El agua pasa continuamente a través de un pulidor de lecho mixto que elimina cualquier contaminante iónico soluble que ingrese al agua. Estas impurezas son generalmente dióxido de carbono disuelto y productos de corrosión de cobre ionizado (disuelto).

Las resinas de intercambio iónico también pueden atrapar partículas finas de óxidos de cobre, aunque esto se logra mejor con los filtros de cartucho. La resina de intercambio iónico puede agotarse con el tiempo (como lo indica el aumento de la conductividad). Pero es más común que la presión diferencial a través del lecho de resina (causada por la acumulación de productos de corrosión en las resinas) requiera el reemplazo de las resinas.