Conceitos avançados de tratamento de água de resfriamento (Parte 1)

Os problemas descritos aqui estão levando a um afastamento substancial dos programas tradicionais de tratamento de incrustação/corrosão com água de resfriamento.

Nota do editor: esta é a primeira de uma série de várias partes de Brad Buecker, presidente da Buecker & Associates, LLC.

As instalações de energia e cogeração possuem vários sistemas de resfriamento para vários processos da planta, como condensação de vapor, controle de temperatura de reatores químicos, resfriamento de rolamentos de equipamentos rotativos, resfriamento de óleo lubrificante e muitos outros.

Os sistemas de resfriamento precisam de proteção contra corrosão, descamação e incrustação microbiológica para maximizar o desempenho e evitar transtornos que podem interromper parcial ou completamente as operações da planta. Uma representação dessas questões e sua interdependência é mostrada abaixo.

Um quarto fator cada vez mais importante é o potencial impacto ambiental da química do tratamento de água, especialmente em relação aos produtos químicos que podem aparecer na descarga da estação. Os programas de tratamento que antes eram comuns podem não ser mais permitidos ou podem ser severamente restringidos devido a regulamentos de descarga.

Nesta série, examinaremos os conceitos de tratamento para minimizar esses problemas em redes de resfriamento, incluindo sistemas de passagem única, sistemas de recirculação aberta com torres de resfriamento e sistemas fechados. Os programas de tratamento evoluíram significativamente nas últimas décadas, com pesquisas adicionais em andamento.

Os problemas mais complexos de tratamento de água geralmente ocorrem em sistemas de recirculação aberta, onde uma torre de resfriamento ou sua versão híbrida é o coração do sistema. A Figura 2 descreve o caminho de fluxo básico de um sistema baseado em torre de resfriamento.

Vários aspectos desses sistemas aumentam, ou talvez a melhor palavra seja exacerbar, o potencial de incrustação, incrustação e corrosão. O principal é que a maior parte da transferência de calor em uma torre ocorre a partir da evaporação de uma pequena quantidade, talvez 2-3%, da água quente de retorno.

(Para os interessados ​​em aprender mais sobre projeto de torre de resfriamento e transferência de calor fundamental, as referências 1-3 fornecem informações adicionais. Uma revisão dessas referências será útil para entender esta série. Além disso, um recurso maravilhoso para informações detalhadas sobre água de resfriamento e sistema de resfriamento é o Cooling Technology Institute em www.cti.org.)

À medida que a água evapora, os sólidos dissolvidos e suspensos se concentram, o que aumenta o potencial de incrustação/corrosão da água de resfriamento. Os sistemas de recirculação aberta são normalmente equipados com controles de purga para drenar a água concentrada e substituí-la por uma nova composição, mas a purga geralmente oferece apenas uma solução parcial para o controle de incrustação/corrosão.

As torres de resfriamento também são purificadores de ar altamente eficientes. Assim, eles removem poeira e partículas em suspensão e micróbios, os últimos dos quais também entram com a água de reposição. Sem o tratamento adequado, o ambiente quente e úmido dos sistemas de resfriamento permite um rápido crescimento microbiológico que contaminará os componentes do sistema de resfriamento, incluindo trocadores de calor e enchimento da torre de resfriamento.

Em grande parte, os métodos de tratamento de incrustação e controle de corrosão evoluíram juntos; e nas duas primeiras partes desta série, examinaremos aspectos importantes dessa história e o surgimento de tecnologias mais eficazes. As próximas parcelas desta série examinarão a incrustação e o controle microbiológico, que geralmente são as principais preocupações do tratamento de água de resfriamento.

Em meados do século passado, surgiu um método de tratamento de incrustação/corrosão muito confiável que agora exploraremos rapidamente. Primeiro, considere que muitos sistemas naquela época tinham uma fonte de água doce, como lago, reservatório ou possivelmente água municipal tratada. Mesmo essas fontes primitivas ainda contêm íons dissolvidos que, se concentrados em um sistema de torre de resfriamento, podem formar incrustações. Dois dos íons mais comuns são o cálcio (Ca2+) e a alcalinidade do bicarbonato (HCO3–), cujo potencial de formação de incrustações aumenta com o aumento da concentração e também da temperatura.

Ca2+ + 2HCO3– + calor –> CaCO3 + CO2 + H2O Eq. 1