Redes de aquecimento urbano e de aquecimento - Proteção contra a corrosão e os depósitos

As redes de aquecimento são concebidas para uma transferência de energia fiável ao longo de décadas. O meio de transporte água está constantemente em contacto com os materiais do sistema - tubos, permutadores de calor, bombas e acessórios. Mesmo as mais pequenas perturbações químicas ou físicas podem causar danos graves a longo prazo.

Sem um condicionamento específico, existe uma ameaça:

• Danos por corrosão: A entrada de oxigénio através da água de compensação ou de fugas conduz a fissuras por picadas e por corrosão sob tensão. Uma gestão incorrecta do pH acelera o ataque dos materiais, especialmente em instalações mistas com aço, cobre ou alumínio.

• Depósitos e acumulação de lamas: A formação de magnetite, os depósitos de calcário ou as lamas de ferrugem entopem as tubagens e os permutadores de calor. Isto reduz a secção transversal do fluxo e prejudica a transferência de calor.

• Perdas de energia: Mesmo os revestimentos finos nas superfícies do permutador de calor reduzem significativamente a eficiência e aumentam o desempenho da bomba.

• Aumento dos custos de funcionamento: A lavagem regular, a remoção de lodo e a substituição de material causam custos operacionais elevados e conduzem frequentemente a períodos de inatividade não planeados.

O sistema de tratamento de água garante que a química da água se mantém dentro das especificações da AGFW FW 510, FW 524 e VDI 2035. Isto evita especificamente os processos de corrosão e sedimentação e prolonga significativamente a vida útil da infraestrutura da rede.

A escolha correta dos aditivos é a chave para a estabilidade química da água da rede. Ao contrário dos sistemas de arrefecimento abertos, as redes de aquecimento são circuitos fechados com longos tempos de permanência e temperaturas elevadas - os requisitos são, por isso, especiais.

Grupos de aditivos típicos e seus benefícios:

• Inibidores de corrosão: Formam uma película protetora estável nas superfícies metálicas que previne de forma fiável a corrosão por oxigénio e CO₂. Isto protege áreas particularmente susceptíveis, tais como feixes de permutadores de calor e impulsores de bombas.

• Estabilizadores e dispersantes de dureza: Mantêm o calcário, a magnetite e as lamas em suspensão para que sejam transportados com a circulação e não se depositem. Isto evita eficazmente a formação de depósitos nas superfícies do permutador de calor.

• Estabilizadores de pH e agentes alcalinizantes: Asseguram que o valor do pH se mantém dentro de uma janela normalizada (frequentemente 8,2-10,0, dependendo do sistema de material). Isto protege contra o ataque do material e assegura a estabilidade dos inibidores.

• Ligantes de oxigénio: Apesar dos sistemas fechados, o oxigénio pode entrar na rede através de retroalimentações ou difusão. Os absorventes especiais de O₂ ligam o oxigénio residual e evitam reacções de corrosão.

O resultado é uma rede quimicamente estável, na qual o calor é transferido de forma eficiente e os custos de funcionamento são reduzidos a longo prazo.

O funcionamento dos sistemas de aquecimento urbano é salvaguardado por um grande número de regulamentos técnicos. Estas normas não só especificam valores-alvo para a química da água, mas também procedimentos para amostragem, monitorização e verificação.

Os regulamentos mais importantes são

• Ficha de trabalho AGFW FW 510: Define os requisitos para a água de enchimento e de compensação. Parâmetros como a condutividade, a dureza, o oxigénio, o ferro e o pH devem ser respeitados.

• Ficha de trabalho AGFW FW 524: regula o tratamento da água, o controlo e a documentação durante o funcionamento.

• VDI 2035: Descreve estratégias para prevenir a corrosão e a formação de incrustações em sistemas de aquecimento de água quente - também relevante para sistemas de aquecimento urbano.

• DIN EN 14336: Contém requisitos para a colocação em funcionamento e o ensaio de sistemas de aquecimento de água quente.

Ao cumprirem estes regulamentos, os operadores conseguem

• Segurança jurídica, uma vez que todas as especificações são documentadas em conformidade com as normas,

• Segurança de planeamento, porque os danos e o tempo de inatividade são minimizados,

• Relação custo-eficácia, uma vez que se evitam perdas de eficiência e se reduzem os custos de manutenção.

O ALMA AQUA apoia os operadores não só no cumprimento destes regulamentos, mas também na sua implementação optimizada com conceitos de dosagem e monitorização personalizados.

A instalação de uma rede de aquecimento é um processo estruturado que garante que a rede é quimicamente estável e está em conformidade com as normas desde o início.

O processo compreende várias fases:

1. Registo do sistema: Registo da estrutura da rede, dos materiais utilizados, das temperaturas, dos volumes e das quantidades de maquilhagem.

2. Definição de objectivos: definição de prioridades - por exemplo, proteção contra a corrosão, controlo de depósitos, eficiência energética ou verificação.

3. Recomendação do produto: Seleção de aditivos adequados (inibidores, dispersantes, estabilizadores de pH, aglutinantes de O₂), adequados aos parâmetros de humidade.

4. Conceito de dosagem e monitorização: Determinação dos pontos de dosagem e dos valores-alvo (pH, condutividade, oxigénio, ferro, turvação), definição dos intervalos de monitorização e dos valores-limite.

5. Amostragem e validação: Realização de medições em laboratório e em linha, comparação com valores padrão e especificações do fabricante.

6. Relatórios e otimização: Documentação dos resultados, análises de tendências e ajustamento em caso de alterações de carga ou de flutuações da água bruta.

Isto garante que a rede funciona de forma eficiente e em conformidade com os regulamentos desde o primeiro dia de funcionamento e permanece estável durante toda a sua vida útil.

Uma rede de aquecimento é um sistema dinâmico: os perfis de carga mudam, as quantidades de maquilhagem variam e podem ocorrer fugas ao longo do tempo. A química da água também não é estática, mas reage às flutuações de temperatura e pressão.

Assim, o ALMA AQUA apoia os operadores não só durante o comissionamento, mas ao longo de todo o ciclo de vida da rede.

Os nossos serviços em operações em curso incluem

• Amostragem regular e análises laboratoriais das águas da rede, de recarga e de enchimento (parâmetros incluindo pH, condutividade, oxigénio, ferro, turbidez).

• Monitorização em linha com registo contínuo da condutividade, pH, temperatura e oxigénio, bem como funções de alarme em caso de desvios.

• Otimização da estratégia de dosagem para reduzir os requisitos químicos, o consumo de energia e a descarga de lamas.

• Formação do pessoal operacional para que possam ser tomadas as medidas corretas no local.

• Documentação e verificação à prova de auditoria para garantia de qualidade interna e auditorias de autoridades externas.

Como resultado, os operadores beneficiam de uma química da água permanentemente estável, de uma fiabilidade operacional máxima e de uma conformidade verificável com as normas - garantindo assim a eficiência económica a longo prazo das suas redes de aquecimento.

Mesmo as redes de aquecimento fechadas não estão completamente isentas de oxigénio. Todas as alimentações de make-up introduzem potencialmente oxigénio dissolvido no sistema, e mesmo as quantidades mais pequenas podem acelerar grandemente os processos de corrosão.

As consequências do aporte de oxigénio são

• Corrosão por pite em tubos de aço e permutadores de calor, especialmente em áreas com baixa velocidade de fluxo.

• Formação de magnetite (Fe₃O₄) como um produto de corrosão que leva a depósitos de lamas em tubos e separadores.

• Interferência com o efeito inibidor, uma vez que o oxigénio pode desestabilizar certas películas protectoras.

Estratégias de controlo:

• Utilização de água de reposição totalmente desmineralizada com muito baixa solubilidade em gás.

• Utilização de aglutinantes de oxigénio que neutralizam quimicamente o O₂ residual.

• Sistemas de pressurização e desgaseificação da membrana para minimizar tecnicamente a entrada de oxigénio.

• Monitorização, por exemplo, através da medição regular do oxigénio dissolvido e do ferro como indicadores de corrosão.

Isto garante que a rede permanece quimicamente estável e sem corrosão a longo prazo, mesmo que o reabastecimento seja inevitável.

A magnetite (Fe₃O₄) é produzida por processos de corrosão em tubos de aço e é um subproduto bem conhecido nas redes de aquecimento urbano. Por um lado, a magnetite em camadas protectoras finas pode até ter um efeito inibidor da corrosão; por outro lado, o excesso de magnetite em suspensão leva a enormes problemas de funcionamento.

Problemas causados pela magnetite na grelha:

• Formação de lamas que obstruem os permutadores de calor ou sobrecarregam as bombas.

• Maior resistência ao fluxo e, por conseguinte, maior necessidade de energia.

• Desequilíbrios e desgaste nas bombas e acessórios.

Medidas de gestão da magnetite:

• Dispersantes químicos que mantêm as partículas de magnetite em suspensão e evitam depósitos.

• Separadores e filtros que removem especificamente os sólidos da rede.

• Inibidores de corrosão que suprimem a formação de magnetite desde o início.

• Análises regulares do teor de ferro e de sólidos para avaliar a estabilidade da rede.

A gestão estruturada da magnetite garante que as redes de aquecimento urbano possam ser operadas sem depósitos e de forma energeticamente eficiente.

O controlo do pH é um dos factores mais importantes para a proteção contra a corrosão. Nas redes clássicas de aquecimento urbano a alta temperatura, os valores-alvo situam-se normalmente entre pH 9,0 e 10,0, uma vez que a taxa de corrosão e a estabilidade do inibidor são aqui equilibradas de forma óptima.

In Niedertemperaturnetzen (z. B. Nahwärme, Quartierslösungen mit Vorlauftemperaturen <70 °C) verschieben sich die Anforderungen jedoch:

• As temperaturas mais baixas abrandam a cinética da corrosão,

• Ao mesmo tempo, o risco de crescimento microbiológico (por exemplo, bactérias redutoras de sulfato) é significativamente maior.

Por esta razão, são frequentemente visados valores-alvo de pH ligeiramente mais elevados (por exemplo, 9,5-10,2), combinados com um controlo rigoroso do oxigénio e estratégias biocidas, se necessário.

Em resumo:

• Redes de alta temperatura: pH 9,0-10,0, foco no controlo da corrosão.

• Redes a baixa temperatura: pH 9,5-10,2, ênfase adicional na estabilidade biológica.

A ALMA AQUA desenvolve estratégias personalizadas de pH e inibidores para cada topologia de rede e gama de temperaturas, assegurando proteção anticorrosiva e higiene em igual medida.