Corrosión y protección de calderas fuera de servicio: ¡conocimientos que nosotros, los químicos, debemos dominar!

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Fuente: Jiangsu Jiaan Safety. Fecha de publicación: 2016-12-27 14:24:49. Número de visitas: 131. Corrosión de las calderas cuando están fuera de uso: Si no se toman medidas de protección adecuadas durante el período en que las calderas están inactivas, tanto la estructura misma de las calderas como las superficies metálicas de todo el sistema de vapor y agua pueden sufrir corrosión debido al oxígeno disuelto. La velocidad de corrosión es mucho mayor cuando las calderas están en funcionamiento. Resulta que la mayoría de las calderas con corrosión severa lo son debido a una protección inadecuada durante los períodos de inactividad. Además, si estos productos de corrosión no se eliminan, aceleran la corrosión electroquímica una vez que la caldera vuelve a funcionar. Por lo tanto, la corrosión durante el apagado no solo acorta la vida útil de la caldera, sino que también genera riesgos operativos. Corrosión durante el periodo de inactividad de la caldera http://www.chemicalsafety.org.cn/uploads/allimg/161227/1429454533-0.jpg I. Causas de la corrosión durante la inactividad La caldera, una vez fuera de servicio, permite que gran cantidad de aire exterior entre en su sistema de vapor y agua. En particular, cuando la caldera se enfría y se drena el agua sin secarla previamente, se forma una película de agua sobre la superficie metálica. El oxígeno del aire se disuelve fácilmente en dicha película hasta alcanzar la saturación; además, tras producirse la reacción de corrosión entre el oxígeno y el hierro, este sigue siendo reabastecido continuamente por el aire. Por todo ello, se produce con facilidad la corrosión oxidativa del metal. Si el agua de caldera que queda residualmente en la superficie del metal contiene Cl- o SO42-, la corrosión será aún más grave. II. Factores que influyen en la corrosión durante el cierre de la planta industrial: http://www.chemicalsafety.org.cn/uploads/allimg/161227/1429452034-1.jpg El grado de corrosión que ocurre durante el cierre de la planta está relacionado con varios factores. Los principales puntos son los siguientes: 1. La humedad en las calderas fuera de servicio tiene una gran influencia en la velocidad de corrosión, ya que la humedad en la superficie metálica afecta significativamente este proceso. Cuando la humedad del aire es alta, es fácil que se condense agua en la superficie metálica, formando una película húmeda que intensifica la corrosión. Cuando la superficie del metal está seca y la humedad relativa en el interior de la caldera es inferior al 30 %, se puede evitar por completo la corrosión del hierro. 2. Nivel de salinidad en el agua: Un aumento en la concentración de sales en la película de agua presente dentro de las calderas o sobre las superficies metálicas acelera el proceso de corrosión. En particular, cuando aumentan los niveles de óxidos y sulfatos, la velocidad de corrosión se incrementa significativamente. 3. Grado de limpieza de la superficie metálica: Cuando en la superficie metálica hay depósitos o residuos de agua, esa zona tiende a retener humedad residual, manteniendo así la superficie metálica debajo de los depósitos en un estado húmedo. Al mismo tiempo, esos depósitos impiden la difusión del oxígeno; en cambio, en la superficie metálica que rodea a dichos depósitos hay una cantidad suficiente de oxígeno. De este modo, debido a las diferencias en la concentración de oxígeno, se forma una pila de corrosión por gradiente de concentración; la zona con alta concentración de oxígeno alrededor del depósito actúa como cátodo, mientras que la zona con baja concentración de oxígeno bajo el depósito funciona como ánodo, provocando la corrosión del metal situado debajo del depósito. Como se ha mencionado, para evitar la corrosión cuando la caldera está fuera de servicio, es necesario mantener la superficie metálica de la caldera seca y limpia, y eliminar a tiempo la cal u otros depósitos acumulados ； En el caso de la protección por vía húmeda, se debe reducir al mínimo el contenido de sales en el agua para evitar la aceleración de la corrosión por oxígeno. Métodos comunes de protección durante el cierre de la caldera: http://www.chemicalsafety.org.cn/uploads/allimg/161227/1429452315-2.jpg. I. Los principios básicos para el mantenimiento de la caldera durante su cierre son: 1. Evitar que el aire exterior ingrese al sistema de vapor y agua de la caldera que está fuera de uso ； 2. Mantener secas las superficies metálicas dentro del sistema de refrigeración ； 3. Formar una película con efecto anticorrosivo en la superficie interna del metal, para aislar el aire ； 4. Sumergir la superficie del metal en un medio que contenga desoxidantes u otros agentes protectores. II. Métodos de mantenimiento: existen dos categorías principales: protección por método seco y protección por método húmedo.
Protección por método seco: 11. Método con desecantes. Este método es adecuado para la protección de calderas que permanecen fuera de servicio durante períodos prolongados (más de tres meses). Para las calderas en las que el volumen del vaso de expansión representa una proporción mayor del volumen total de agua de la caldera, este método resulta más práctico. El método específico es el siguiente: (1) Después de detener el funcionamiento de la caldera de recuperación de calor, se debe realizar el mantenimiento de la caldera en estado de reposo. Cuando la temperatura de entrada de la caldera desciende por debajo de 300 °C y la temperatura del agua de la caldera llega a unos 100 °C, se abren todas las válvulas de purga para evacuar rápidamente todo el agua de la caldera de recuperación de calor. Abra todos los orificios de inspección y elimine la cal, los residos de agua y el hollín externo acumulados en la caldera. Utilice el calor residual del horno para secar todas las superficies calentadas de la caldera y sus equipos; una vez seco, cierre todas las válvulas de la caldera. (2) Colocar los desecantes en el vaso de expansión y en todos los tanques de conexión (es necesario registrar la ubicación y cantidad de desecantes colocados, para evitar olvidos). Inmediatamente después de colocarlo, se deben cerrar herméticamente las escotillas del tanque de vapor y todas las válvulas relacionadas con el sistema de vapor, a fin de aislar completamente dicho sistema del aire exterior. Cantidad de desecante y criterios para determinar su inutilización http://www.chemicalsafety.org.cn/uploads/allimg/161227/14294532R-3.jpg (3). Al mantener el desecante, se deben tener en cuenta los siguientes puntos: el desecante no debe entrar en contacto directo con la superficie metálica de la caldera; puede colocarse en recipientes como bandejas de hierro ； Después de colocar el desecante, se deben cerrar herméticamente las tapas de los orificios de inspección y otros orificios; además, las válvulas en las tuberías de vapor y agua deben cerrarse ； Es necesario verificar periódicamente el estado del desecante. Por lo general, se debe revisar por primera vez después de unos quince días; posteriormente, se debe hacer la verificación cada mes. Si el desecante deja de funcionar, es necesario reemplazarlo de inmediato. 2. Método de secado: El método de secado se utiliza con frecuencia para la protección contra la corrosión durante las reparaciones de calderas. Cuando la temperatura del agua dentro de la caldera disminuye a unos 100 °C, se vacía por completo el agua de la caldera. Luego, se utiliza el calor residual del horno para secar la superficie metálica de la caldera. 3. Método de llenado con amoníaco: El método de llenado con amoníaco se utiliza generalmente para proteger las calderas de centrales eléctricas cuando estas están fuera de servicio por períodos prolongados. Dado que el amoníaco corroe el cobre, al utilizar el método de llenado con amoníaco se deben retirar o aislar todos los componentes de cobre del sistema de vapor y agua de la caldera. El método de llenado con amoníaco consiste en introducir amoníaco dentro de la caldera, después de haberse drenado el agua de esta, con el fin de mantener la presión de amoníaco a 13 kPa. De esta manera, se elimina el aire y se reduce el contenido de oxígeno en la capa de agua que se forma sobre la superficie metálica. Dado que la disolución del amoníaco en la película de agua confiere a la superficie metálica una buena resistencia a la corrosión, el método de llenado con amoníaco no exige requisitos estrictos en cuanto al grado de sequedad de la superficie metálica; sin embargo, se exige que todo el sistema esté hermético y no presente fugas. Se debe inspeccionar las zonas donde podría haber una fuga de amoníaco utilizando papel de tornasol rojo húmedo; si el papel pasa de rojo a azul, significa que hay una fuga de amoníaco, y es necesario repararla de inmediato. También se debe prohibir estrictamente el uso de fuego abierto, para evitar explosiones. 4. Método de protección con inhibidores: Los inhibidores utilizados para proteger la caldera cuando esta está apagada suelen tener una buena volatilidad; por eso, también se les conoce como método de inhibidores en fase gaseosa. Los principales inhibidores de corrosión son: sales inorgánicas de amonio como el carbonato de amonio, el bicarbonato de amonio y el difosfato de amonio; aminas orgánicas como la ciclohexilamina, el benzoato, etc.; así como el inhibidor compuesto TH901. Las características de estos inhibidores de corrosión son: son volátiles y pueden generar una cierta presión de vapor ； Puede formar una película protectora en la superficie del metal, lo que le confiere una alta capacidad antioxidante ； No se requiere un alto nivel de sequedad en la superficie metálica; en particular, el inhibidor de corrosión TH901 ofrece un buen efecto antioxidante incluso en superficies metálicas húmedas. Modo de uso: Después de vaciar el agua de la caldera, eliminar los sedimentos y residuos. Añadir el producto químico en las cantidades adecuadas de manera uniforme dentro de la caldera. Cerrar todas las válvulas y asegurar bien el sistema. Cabe señalar que la mayoría de estos inhibidores de corrosión liberan amoníaco, lo cual tiene un efecto corrosivo sobre las piezas de cobre. Por lo tanto, se deben retirar o aislar todos los componentes de cobre en el sistema de vapor y agua de la caldera ； O bien, se puede utilizar un inhibidor de corrosión compuesto por bencotriazol y carbonato de ciclaminas en una proporción de 3:2:7 (en términos de masa), con el fin de evitar la corrosión de las piezas de cobre. Protección por método húmedo 2. La protección por método húmedo consiste en llenar la caldera con una solución acuosa protectora durante los períodos en que la caldera no está en uso. Este es un método de protección que evita que el aire llegue al sistema. Se puede dividir en los siguientes tipos: 1. Método con soluciones alcalinas: se utiliza una solución alcalina para llenar la caldera, de modo que el pH del agua sea superior a 10. Esto permite que la superficie metálica se endurezca y así se evita la corrosión causada por el oxígeno disuelto en el agua. Se suele utilizar una mezcla de hidróxido de sodio y fosfato trisódico; este método puede aplicarse cuando el tiempo de inactividad de la caldera es de tres meses o menos. (1) Después de detener la caldera, primero se debe eliminar toda la suciedad y los residuos de agua que se encuentran dentro y fuera de ella. También es necesario cerrar las tuberías que la conectan con el exterior ； Desmontar todas las piezas de cobre del sistema de refrescos o sellarlas para aislarlas. (2) Se disuelven la hidróxido de sodio (en una cantidad de 4 kg/m3) y el trifosfato de sodio (en una cantidad de 1,5 kg/m3) en agua ablandada o agua de condensación. Luego, estas soluciones alcalinas se introducen en la caldera. Finalmente, se utiliza una bomba para distribuir uniformemente la solución alcalina dentro de la caldera. (3) Es recomendable calentar el agua del horno a unos 105 °C, a fin de eliminar los gases presentes en el agua, como el oxígeno. Luego, cierre todas las aberturas y válvulas para evitar fugas. 2. Método de mantenimiento con presión: Si el tiempo de inactividad de la caldera es breve (dentro de una semana), se puede realizar su mantenimiento mediante la inflación de presión. Las calderas de pequeña capacidad pueden utilizar la presión residual de la caldera (0,05–0,1 MPa) para mantener la temperatura del agua en la caldera ligeramente por encima de 100 °C℃ ； Las calderas de presión media y alta pueden llenarse con agua de alimentación de calidad; mediante la bomba de alimentación se mantiene la presión en el interior de la caldera entre 0,5 y 1,0 MPa. Cierre todas las válvulas del sistema de refrescos para evitar que entre aire en la caldera. Para mantener la presión y la temperatura de la caldera, se puede encender un fuego pequeño de forma periódica debajo del evaporador del horno, o bien se puede utilizar el vapor de las calderas de los hornos adyacentes para calentarla. Si se detecta una disminución en la presión de la caldera, es necesario determinar rápidamente la causa y restablecer la presión a los valores establecidos mediante la bomba de alimentación. 3. Método de protección con sulfato de sodio: El sulfato de sodio es un agente reductor que, en soluciones alcalinas, puede reaccionar bien con el oxígeno, lo que a su vez evita que el oxígeno cause corrosión en los metales. El método consiste en añadir sulfato de sodio sobre la base del método con solución alcalina. Por lo general, se exige mantener un exceso de sulfato de sodio en el agua de 10 a 30 mg/L. 4. Método con amoníaco y método con amoníaco y hidrazina: Este método se utiliza cuando la caldera está fuera de servicio por un período prolongado. Después de detener la caldera, se debe drenar todo el agua del interior de ella. Luego, se eliminan o se aíslan las piezas de cobre presentes en el sistema. Finalmente, se introduce una solución de amoníaco con una concentración de 700–800 mg/L, preparada a partir de agua de condensación o agua de alimentación ； O bien, después de detener la caldera, en lugar de verter agua, se introduce directamente amoníaco y diamina. Se debe mantener el valor de pH del agua dentro de la caldera entre 10 y 10,5. La cantidad excesiva de hidrazina debe ser de 200 mg/L. La solución química se introduce en el sistema mediante una bomba, y se hace que circule de manera uniforme. Una vez que la caldera está completamente llena con el líquido protector, se cierran todas las válvulas. Durante el período de apagado, todo el sistema debe estar hermético y sin fugas para evitar la entrada de aire. Con este método, cuando la caldera vaya a ser puesta en funcionamiento nuevamente, es necesario verter todo el líquido de protección y realizar un lavado exhaustivo. Después de encender, primero se debe evacuar el vapor a través de la válvula de escape al ambiente; solo cuando el contenido de amoníaco en el vapor sea inferior a 2 mg/kg se podrá introducir el vapor, para evitar que una concentración excesiva de amoníaco en el vapor corroe los tubos de cobre del condensador. 5. Método de llenado con nitrógeno: El método de llenado de la caldera con nitrógeno puede realizarse tanto con agua (método húmedo) como sin agua (método seco). Dado que el nitrógeno es muy poco reactivo y no corrosivo, al llenar la caldera con nitrógeno a cierta presión se impide la entrada de oxígeno. En el caso de calderas con una estructura más compleja, en algunas partes el agua acumulada no se puede drenar por completo; por lo tanto, no es adecuado el mantenimiento en seco. En tales casos, se puede utilizar el método de llenado con nitrógeno. El método es el siguiente: antes de apagar la caldera, se conectan las tuberías para el nitrógeno; cuando la presión de la caldera disminuye a aproximadamente 0,15 MPa, se utiliza un cilindro de nitrógeno para introducir nitrógeno en el tambor de vapor de la caldera y en el economizador, entre otros componentes, a través de una tubería temporal. Los requisitos específicos son los siguientes: (1) La pureza del nitrógeno debe ser superior al 99 % ； (2) Al llenar la caldera vacía con nitrógeno, la presión de nitrógeno dentro de ella debe ser superior a 0,15 Mpa ； Antes de realizar el llenado con nitrógeno por vía húmeda, es recomendable añadir una cantidad adecuada de hidrazina al caldero y utilizar amoníaco para ajustar el pH del agua del caldero a un valor superior a 10 ； (3) Al purgar con nitrógeno, todas las válvulas dentro del sistema de vapor y agua de la caldera deben estar cerradas, y la caldera debe mantenerse hermética ； En caso de fugas, hay que eliminarlas de inmediato, para evitar que el nitrógeno se agote debido a las fugas y dificultar el mantenimiento de la presión de nitrógeno. http://www.chemicalsafety.org.cn/uploads/allimg/161227/1429455232-4.jpg Elección de los métodos de protección para las calderas. La elección de los métodos de protección para las calderas debe realizarse en función de la estructura de la caldera, del tiempo durante el cual estará fuera de servicio y de los requisitos relacionados con la protección contra la corrosión. A continuación, se resumen los diferentes métodos de protección en la tabla siguiente, a modo de referencia: http://www.chemicalsafety.org.cn/uploads/allimg/161227/142945Fa-5.jpg