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Dec 07, 2023

Concetti avanzati di trattamento dell'acqua di raffreddamento (Parte 6)

Editor’s note: This is the final installment of a six-part series by Brad

Nota dell'editore: questa è la puntata finale di una serie in sei parti di Brad Buecker, presidente di Buecker & Associates, LLC.

Leggi la prima parte qui.

Leggi la Parte 2 qui.

Leggi la terza parte qui.

Leggi la Parte 4 qui.

Leggi la Parte 5 qui.

Nelle parti precedenti di questa serie, abbiamo esaminato molte questioni relative al trattamento primario dell'acqua di raffreddamento negli impianti energetici e industriali. Tuttavia, la maggior parte degli impianti di grandi dimensioni dispone di una serie di sistemi idrici chiusi che forniscono raffreddamento ausiliario ad apparecchiature quali cuscinetti di pompe, raffreddatori dell'olio lubrificante, raffreddatori dell'idrogeno del generatore e così via.

Questi sottosistemi sono fondamentali per il funzionamento dell'impianto e scarse prestazioni o guasti di un sistema chiuso possono potenzialmente arrestare l'impianto. In questa puntata esamineremo alcuni degli aspetti più importanti del trattamento dell'acqua di raffreddamento a circuito chiuso.

Il termine acqua di raffreddamento "chiusa" è leggermente fuorviante, poiché molti sistemi presentano perdite o piccole perdite che richiedono il reintegro. (Se si è verificata una grave corrosione, queste perdite possono essere significative.) Inoltre, i sistemi spesso hanno un serbatoio di testa per l'introduzione del reintegro e per gestire i cambiamenti nella domanda, che è un'altra fonte di infiltrazione di ossigeno. Da notare che alcuni sistemi chiusi sono raffreddati ad aria, che si avvicinano più completamente allo stato "chiuso".

Sebbene sia possibile utilizzare acqua con qualità diverse nei sistemi CCW, una scelta frequente, e l'argomento centrale di questo articolo, è l'acqua condensata o demineralizzata che viene trattata all'interno del sistema.

Il materiale tipico delle tubazioni per le reti CCW è l'acciaio al carbonio. Leghe di rame, acciaio inossidabile o forse in alcune occasioni titanio sono le scelte abituali per i tubi degli scambiatori di calore o le piastre in uno scambiatore a piastre e telaio.

Quando si pianifica un programma di trattamento, è importante conoscere la metallurgia completa del sistema.

Nei sistemi con acqua ad elevata purezza, la formazione di calcare di solito non è un problema, ma piuttosto la corrosione è il problema principale. (Anche le incrostazioni microbiologiche possono essere problematiche, cosa che esploreremo più avanti in questo articolo.) I meccanismi di corrosione più comuni, molti dei quali sono stati delineati per i sistemi a ricircolo aperto nelle puntate precedenti di questa serie, includono:

Analogamente ai sistemi a ricircolo aperti della metà del secolo scorso, il cromato era molto popolare per il controllo della corrosione nei sistemi chiusi. Dopo l'inizio del trattamento, il cromato finirà per formare quello che è stato definito uno strato di "pseudo acciaio inossidabile" sull'acciaio al carbonio che è abbastanza protettivo. Tuttavia, i problemi di tossicità del cromo esavalente (Cr6+) hanno portato alla sua eliminazione da quasi tutte le applicazioni con acqua di raffreddamento.

Il nitrito di sodio (NaNO2) è stato un sostituto comune del cromato. Il composto è poco costoso e sicuro da maneggiare e solitamente include un agente condizionante il pH o un tampone come idrossido di sodio o tetraborato di sodio per mantenere il pH entro un intervallo compreso tra 8,5 e 10,5. (2)

Il nitrito favorisce la formazione di uno strato passivo di ossido di ferro sulla superficie del metallo.

9Fe(OH)2 + NO2 → 3Fe3O4 + NH4 + 2OH + 6H2O Eq. 1

9Fe(OH)2 + NO2 → 3(Fe2O3) + NH4 + 2OH + 3H2O Eq. 2

Il nitrito reagisce prima agli anodi, e per questo motivo è comunemente noto come un inibitore "pericoloso", perché se i residui scendono al di sotto dei limiti soglia, in un ampio ambiente catodico può svilupparsi un piccolo numero di anodi. Potrebbe quindi verificarsi una rapida vaiolatura. Un intervallo residuo di nitriti solitamente sicuro è 500-1.000 ppm per inibire la corrosione generale e la vaiolatura, ma ogni applicazione deve essere attentamente monitorata e controllata. Se le perdite del sistema impediscono la capacità di mantenere residui adeguati, il trattamento dovrebbe probabilmente essere interrotto fino alla riparazione delle perdite.

Secondo l'esperienza di questo autore nel trattamento del nitrito per sistemi chiusi, l'introduzione di sostanze chimiche fresche è stata semplice: una carica una volta alla settimana di nitrito di sodio granulare miscelato con un tampone pH nei vasi alimentatori.

L'alimentazione batch viene eseguita sbloccando il coperchio superiore, versando la quantità misurata di sostanza chimica solida, richiudendo il coperchio e quindi valvolando nell'alimentatore per diversi minuti per garantire che i solidi si dissolvano e vengano trasportati nella corrente dell'acqua di raffreddamento.