Corrosão sob incrustações em resfriadores

Introdução à corrosão sob depósitos 1. Definição: Corrosão sob depósitos – under-deposit corrosion: é a corrosão que ocorre devido aos depósitos presentes na superfície do metal. 2. Mecanismo de corrosão: Trata-se de um tipo especial de corrosão localizada. Seu mecanismo se deve ao fato de que, devido à geometria do equipamento e aos produtos da corrosão e dos depósitos, o fluxo do meio no interior da superfície metálica e a difusão do dielétrico são limitados. Isso faz com que a composição química do meio dentro das cavidades obstruídas seja muito diferente daquela do meio em geral. Além disso, o pH do meio nessas cavidades muda significativamente, o que leva à formação de células de corrosão (Occurrence cell corrosion). O potencial elétrico dos eletrodos também diminui, causando assim a corrosão. De acordo com seu princípio de corrosão, pode-se dividir em corrosão ácida e corrosão alcalina; geralmente, a corrosão sob os depósitos nos sistemas de resfriamento por circulação é de tipo ácido. A incrustação refere-se ao processo de formação de camadas de resíduos nas superfícies metálicas do lado da água, devido aos componentes que causam incrustações presentes na água de resfriamento. A sujeira é um conjunto de substâncias sólidas, incluindo os resíduos formados pela água. As sujeiras comuns incluem: lodo, poeira e grãos de areia, produtos de corrosão, organismos de matéria orgânica natural; geralmente há depósitos de detritos, óxido de alumínio, fosfato de alumínio, fosfato de ferro e outras impurezas. A sujeira nas torres de resfriamento provém dos seguintes fatores: ① Sujeira proveniente da água de reposição. ②Vem da sujeira do ar. ③Sujeira proveniente do próprio sistema. Os microrganismos são seres vivos minúsculos, muitas vezes invisíveis a olho nu. As categorias de microrganismos incluem bactérias, algas, fungos e protozoários. Na água de resfriamento, eles se multiplicam em grande número, fazendo com que a água fique escura e exale um odor desagradável. A destruição do meio ambiente gera também uma grande quantidade de lama, o que reduz a eficiência dos resfriadores. Isso aumenta as perdas de pressão, e os fungos que se depositam na superfície dos metais causam séria corrosão por baixo da camada de incrustações. Tudo isso faz com que o sistema de água de resfriamento não funcione de maneira segura por um longo período, afetando a produção e causando prejuízos econômicos. Portanto, os danos causados por microrganismos e a corrosão causada pela incrustação são igualmente importantes para a água de resfriamento. Entre esses três fatores, o controle dos danos causados por microrganismos deve ser a prioridade. Os microrganismos presentes na água de resfriamento incluem os seguintes tipos: fungos, bactérias sulfúricas, bactérias redutoras, bactérias autotróficas, bactérias heterotróficas, bactérias sulfurosas, bactérias de ferro, bactérias nitrificantes e algas. As algas são plantas verdes de baixo nível; elas não possuem diferenciação em caules e folhas. Por isso, também são chamadas de plantas primitivas. A principal diferença entre as algas e os fungos é que as algas possuem cloroplastos, o que lhes permite realizar a fotossíntese. Os organismos fotossintetizantes produtores de nutrientes, no sistema de água de resfriamento em circuito fechado, incluem principalmente três grupos: cianobactérias, algas verdes e diatomáceas. Na piscina de resfriamento e na parte iluminada da torre de resfriamento, as algas que crescem, se reproduzem e morrem entram no sistema de resfriamento em circuito fechado, tornando-se um dos componentes dos sedimentos. A corrosão sob incrustações metálicas ocorre devido ao efeito autocatalítico inerente à própria corrosão eletroquímica; a corrosão ácida é resultado da despolarização do hidrogênio (2H++2e→H2). Os produtos da corrosão são principalmente sais solúveis, cuja hidrólise intensifica ainda mais a acidez do meio, acelerando assim a corrosão dos metais. A corrosão da superfície dos metais causada pela água é, principalmente, uma corrosão eletroquímica. Na célula de corrosão, a reação no cátodo é, basicamente, a redução do oxigênio. O metal localizado nas áreas fechadas sob a incrustação atua como ânodo, e a reação no ânodo é a dissolução do ferro. A reação de corrosão do aço carbono em água é a seguinte: Reação no ânodo: Fe → Fe²⁺ + 2e⁻. A hidrólise do Fe²⁺ ocorre da seguinte forma: Fe²⁺ + H₂O → Fe(OH)₂ + H⁺. Isso faz com que o pH do meio abaixo da camada de incrustações diminua ainda mais, acelerando assim a corrosão. Reação catódica: O2 + 2H2O + 4e = 4OH– Portanto, a corrosão sob a camada de incrustações metálicas ocorre devido à autocatálise da própria corrosão eletroquímica, o que acelera a corrosão do metal. Os mecanismos eletroquímicos da corrosão por pontos e da corrosão em fendas são semelhantes a esses. A incrustação que se forma nas superfícies de troca de calor dos equipamentos de troca térmica geralmente possui densidade, espessura e composição química irregulares. Essa camada de sujeira irregular causa uma desigualdade eletroquímica na superfície do metal, o que facilita a ocorrência de reações de corrosão química. Além disso, a incrustação faz com que certos componentes corrosivos presentes na água, como H+, OH-, Cl-, Mg2+ e S2-, se acumulem na superfície do metal por baixo da incrustação, provocando ainda mais reações de corrosão. Como resultado, o metal local é danificado e seu espessura diminui. A corrosão pode chegar a penetrar as placas metálicas do equipamento, causando vazamentos. Os resultados de pesquisas já realizadas indicam que a formação da corrosão sob incrustações requer determinadas condições e um período de incubação; as condições principais são a presença de ânions corrosivos e oxidantes no meio. A área de corrosão formada pelo bloqueio da bateria é muito pequena; o eletrólito presente nessa área tem dificuldade em se misturar e se difundir com os meios externos. Dentro da bateria obstruída, devido à ocorrência de reações no ânodo, a hidrólise dos íons metálicos faz com que a atividade de H+ aumente. Isso provoca uma maior acidificação do meio dentro da área afetada pela corrosão, aumentando assim a velocidade das reações de corrosão. Impurezas como o MnS nos metais, defeitos na superfície, óxidos formados durante o processo de laminação e substâncias aderidas à superfície (especialmente sulfetos soltos), além de meios estáticos, íons Cl‑ presentes no meio e temperaturas elevadas, contribuem para a formação e desenvolvimento de obstruções nas baterias. A presença de oxigênio aumenta a velocidade da corrosão por cavitação em 1 a 2 ordens de grandeza. A ação da gravidade faz com que os orifícios localizados na parte inferior do recipiente se desenvolvam muito mais rapidamente do que os orifícios nas superfícies verticais e inferiores, fazendo com que a parte inferior do recipiente seja a primeira a sofrer perfurações. Os sulfetos presentes no meio formam, na superfície do aço, uma camada de sulfeto não compacta de certa espessura. Essa camada ajuda a manter a umidade na área obstruída e impede que o meio presente nessa área se difunda para fora. Isso acelera a formação de células obstruídas e o desenvolvimento da corrosão por cavitação. As células obstruídas formadas podem causar o perfuramento de chapas de aço com espessura de 3 mm em um período de 3 a 24 meses. Já as superfícies lisas e limpas ajudam a impedir a formação de células de obstrução; uma vez que essas células se formam, o método de limpeza da superfície pode ser utilizado para retardar o processo de corrosão. 3. Riscos: No processo de produção petroquímica e termoelétrica, a incrustação nos resfriadores é uma falha comum. A incrustação pode reduzir a eficiência de transferência de calor do equipamento, diminuindo assim sua capacidade de produção ； Aumenta a resistência ao fluxo do meio, fazendo com que o consumo de energia dos equipamentos de transporte aumente. A camada de incrustação também pode causar corrosão sob a incrustação nos equipamentos, reduzindo sua vida útil ； Em casos graves, isso causa obstruções nos equipamentos, afetando a produção contínua do dispositivo e até levando à paralisação das operações. Atualmente, a incrustação nos resfriadores é tratada principalmente por meio de paradas periódicas para limpeza (limpeza química ou lavagem sob alta pressão). Trata-se de uma solução pós-evento, que não consegue resolver problemas como a baixa eficiência e a corrosão sob o incrustado causados pela formação de incrustações durante o funcionamento do resfriador. As impurezas como o lodo que são transportadas facilmente se depositam, formando incrustações. Isso causa corrosão por baixo dessas incrustações. Quanto maior a concentração de oxigênio na solução, maior será a diferença de concentração entre as fases líquida e sólida. Consequentemente, maior será a diferença de potencial entre os polos positivo e negativo. Assim, o Fe reage mais facilmente com o oxigênio, causando corrosão. Quanto mais espessa a camada de incrustação, maior a probabilidade de ocorrer corrosão sob ela, progredindo para as profundezas até causar perfuração.