Diez reglas de oro para el control de la pureza del vapor en calderas de alta presión para centrales de energía
En centrales eléctricas, las condiciones de pureza del vapor impactan en las especificaciones, prácticas operativas y de tratamiento, esto se debe a que la turbina de vapor es muy susceptible a daños por mecanismos de corrosión o formación de depósitos en sus componentes, y cuando esto sucede, puede tener enormes consecuencias financieras, más aún en estos tiempos en los que la situación actual del mercado de electricidad exige que las centrales eléctricas mantengan una disponibilidad y eficiencia muy elevadas.
El único enfoque práctico es asegurar que la turbina esté funcionando en todo momento con vapor aceptablemente puro y esto significa que la caldera (sea del tipo que sea) debe mantener las condiciones mecánicas, operativas y químicas para generar vapor que cumpla con todas las especificaciones de pureza y para ello, se deben seguir las siguientes reglas básicas:
1. Todos deben tener el mismo objetivo. El especialista en tratamiento de agua debe establecer un programa integral de control químico en todas los sectores del sistema, pero además el resto de las disciplinas deben involucrarse y enfocar sus prácticas de operación y mantenimiento para que la caldera pueda generar vapor con la pureza requerida por el fabricante de la turbina y/o con las siguientes especificaciones:
• Sodio (Na) < 3 ppb
• Sílice (SiO2) < 10 ppb
• Cloruros (Cl) < 2 ppb
• Sulfatos (SO4) < 2 ppb
• TOC < 100 ppb
2. Alcanzar la máxima pureza del agua de reposición. El tratamiento de agua cruda debe ajustarse en todas sus etapas para satisfacer la demanda de agua de la caldera, pero con una pureza del agua de reposición que cumpla con las mismas especificaciones del vapor sobrecalentado.
3. Usar aditivos químicos de alta pureza (grado ACS). Todos los productos químicos se descomponen en subproductos que pueden contaminar el vapor, aumentar la demanda de purga y afectar los costos operativos. El hidróxido de amonio, la amina o los pasivantes deben cumplir las siguientes condiciones:
• Cloruros < 1.0 mg/kg (1 ppm).
• Sulfatos < 1.5 mg/Kg (1.5 ppm)
• Sodio < 1.0 mg/kg (1 ppm)
• Hierro < 0.2 mg/Kg (0.2 ppm)
• Sílice < 0.5 mg/kg (0.5 ppm)
4. Control eficaz de la infiltración de aire. El objetivo es mantener el condensado y el agua de alimentación con gases corrosivos (como oxígeno y CO2) en niveles tolerables para el funcionamiento del generador y la turbina (O2 < 10 ppb, CC < 0.2 µS/cm). Esto requiere:
a. Reparación inmediata de fallas mecánicas de los incondensables o sistema de desaireación.
b. Reparación inmediata de infiltraciones de aire.
c. Uso de aditivos químicos (secuestrantes) como última opción y como solución temporal.
5. Control de fugas del condensador. Cualquier poro o fisura en los tubos del condensador, cualquiera que sea su origen o tamaño, puede provocar la contaminación del condensado y del agua de alimentación que se manifestará con mecanismos de corrosión en los elementos tubulares de la caldera o turbina de vapor. Para minimizar los riesgos, se deben combinar los esfuerzos de diferentes disciplinas para lo siguiente:
a. Garantizar un control químico eficaz del agua de enfriamiento para evitar la corrosión por erosión en los tubos del condensador de superficie.
b. Máxima precaución para evitar golpes en los tubos del condensador durante los trabajos de mantenimiento.
c. Máximo control de vibraciones en los tubos del condensador.
6. Tener cuidado con el control de temperatura del agua. Si se produce contaminación por los condensados, sea cual sea la causa, las impurezas llegarán a la turbina por la vía rápida, es decir, a través del agua de control de temperatura. Ante cualquier evento de contaminación por condensados, la primera maniobra a considerar es apagar el sistema de control de temperatura y proceder a reparar la falla que originó la contaminación.
7. Control de arrastre mecánico. Para que el generador de vapor logre la máxima eficiencia de separación de humedad y la máxima capacidad de secado del vapor, se debe respetar la capacidad de generación de vapor según las especificaciones del fabricante, así como las rampas de parada y arranque, pero también se deben considerar las siguientes buenas prácticas en la cúpula de vapor:
a. Buen estado de separadores primarios y secundarios.
b. Correcto nivel de agua en la cúpula.
c. Corrección inmediata de alteraciones o burbujeo en el espejo de agua de la cúpula.
d. Evitar las fluctuaciones de alto nivel debido a los movimientos de la carga.
8. Control de arrastre volátil. Dado que las condiciones de presión, temperatura y PH del agua de la cúpula influyen en la volatilidad específica de las especies químicas, se deben considerar las siguientes prácticas operativas en la cúpula de vapor:
a. Establecer límites máximos de conductividad específica, PH, sodio, sílice, cloruros y sulfatos en el agua de la cúpula con base en el tipo de tratamiento aplicado (fosfatado, cáustico o todo volátil) y la presión máxima de operación de la cúpula de vapor.
b. Gestionar la purga continua de la caldera para cumplir siempre con el límite de PH y conductividad específica, y en segundo lugar para mantener el control de sílice, sodio, cloruros y sulfatos.
9. Tratamiento químico integral. Todos los programas ofrecidos hoy para el acondicionamiento químico del agua de calderas (sistema de condensados y agua de la cúpula) actúan proporcionando alcalinidad OH para neutralizar la acción corrosiva de las impurezas, pero la mejor práctica es que el programa químico, además del aspecto químico, integre aspectos mecánicos y operativos para contribuir a la mejora de los costos operativos totales de la planta, en este sentido, la selección del programa químico debe considerar los siguientes criterios:
a. Debe neutralizar las impurezas en el agua de la caldera con el mínimo efecto sobre la pureza del vapor.
b. Debe lograr el mejor control del transporte de productos de corrosión (CPT).
c. Debería ayudar a alcanzar las condiciones de vapor en menos tiempo.
d. Debe ayudar a optimizar el % de purga.
e. Debe proporcionar una alta capacidad de respuesta y flexibilidad para el control de contingencias químicas.
f. Se deben minimizar las limpiezas químicas del generador.
g. Debe lograr las mejores condiciones de conservación del generador de vapor (Lay Up).
10. Plan de seguimiento y control de contingencias (resolución de problemas). El ciclo agua-vapor es un sistema propenso a contaminarse en cualquier día o momento, por lo tanto, las centrales eléctricas deben estar preparadas con un plan que proporcione un tiempo de respuesta rápido antes de que las impurezas causen daños permanentes en la turbina o elementos tubulares del generador de vapor. Para confirmar la efectividad, el plan debe evaluarse regularmente con simulacros. El plan debe documentarse con la identificación y definición de los siguientes elementos:
a. Puntos de muestreo en todas las etapas del ciclo.
b. Variables críticas y no críticas para cada etapa del ciclo.
c. Variables para confirmar cualquier condición química (resolución de problemas).
d. Variables químicas medidas continuamente (instrumentación analítica), laboratorio de planta y laboratorio externo.
e. Límites de control para cada variable química.
f. Límites de alarma de 3 niveles en función de la gravedad de la contaminación.
g. Tiempo de exposición máximo permitido
h. Alarmas visibles en sala de control.
i. Procedimientos analíticos de rutina y contrastivos.
j. Frecuencias de las rutinas analíticas
k. Procedimientos de campo para el control de cada contingencia.