Funcionamento seguro e eficiente dos sistemas de água de caldeira

As caldeiras e os geradores de vapor funcionam a altas temperaturas e pressões. Mesmo pequenos desvios na qualidade da água podem ter consequências graves. Sem um acondicionamento adequado, ocorrem problemas de corrosão por oxigénio, formação de incrustações ou espuma, que prejudicam a qualidade do vapor. Os tubos de condensado também correm o risco de corrosão por ácido carbónico.

As consequências não são apenas de natureza técnica, mas também afectam diretamente a rentabilidade:

• Perdas de eficiência devido aos revestimentos das superfícies de aquecimento → Aumento do consumo de combustível

• Tempo de inatividade não planeado devido a danos materiais e fugas

• Aumento dos custos de funcionamento devido a limpeza, peças sobressalentes ou produtos químicos de emergência

Existem também requisitos normativos claros:

• As normas EN 12952-12 (caldeiras de tubos de água) e EN 12953-10 (caldeiras de tubos de fumo) definem as qualidades da água, os valores-limite e os intervalos de ensaio

• Os fabricantes especificam valores-alvo específicos para a condutividade, pH/alcalinidade, fosfato, ácido silícico e oxigénio

• Os operadores são obrigados a documentar a amostragem e a verificação

Isto torna claro que apenas um conceito global coordenado que inclua o tratamento da água bruta, a desgaseificação, o tratamento químico e a monitorização garante a qualidade do vapor, a eficiência energética e a proteção dos materiais.

A escolha dos aditivos depende da qualidade da água bruta, do tipo de caldeira e das condições de funcionamento. Na prática, são utilizados cinco grupos principais:

• Aglutinantes de oxigénio (removedores de O₂): Ligam o oxigénio residual após a desgaseificação e previnem a corrosão nas tubagens de água de alimentação e de caldeira. Tipicamente, são produtos à base de sulfito ou de carbohidrazidas modernas com um efeito passivante.

• Estabilizadores de dureza e acondicionamento de fosfato/polímero: ligam os formadores de dureza e dispersam as partículas de modo a que não se formem incrustações duras. Os polímeros mantêm as lamas em suspensão, que são especificamente removidas através da purga.

• Agentes alcalinizantes e tampões de pH: Estabelecem a alcalinidade correta, estabilizam o programa de fosfatos e minimizam o risco de corrosão.

• Antiespumante: Evita a formação de espuma e assegura, assim, uma qualidade de vapor constante e sem arrastamento.

• Agentes de tratamento de condensados: As aminas neutralizantes aumentam o valor do pH no condensado, enquanto as substâncias formadoras de película criam camadas protectoras hidrofóbicas nos tubos.

A estratégia de dosagem é crucial: os aditivos devem ser adicionados nos pontos certos - normalmente na tubagem de alimentação ou diretamente na área do tambor da caldeira. Além disso, as medições em linha (condutividade, pH, oxigénio) e as análises laboratoriais garantem o ajuste correto. Só através desta combinação é que o sistema pode permanecer livre de depósitos e corrosão e cumprir os requisitos das normas.

O funcionamento correto de um sistema de água de caldeira depende não só da química correta, mas também de uma monitorização consistente. A ALMA AQUA apoia os operadores no cumprimento fiável dos requisitos da EN 12952/12953.

Os blocos de construção centrais são:

• Monitorização em linha: A condutividade, o pH, a temperatura, a pressão e as quantidades de descarga são continuamente registadas.

• Análises laboratoriais: As determinações regulares dos parâmetros fosfato, alcalinidade, ácido silícico, ferro, cobre, oxigénio e dureza complementam os dados em linha.

• Amostragem: É efectuada através de pontos de amostragem refrigerados nas condutas de alimentação, caldeira e condensados para evitar valores falsificados.

• Estratégia de purga: Combinação de controlo contínuo da condutividade e purga periódica do solo para remover sais e lamas do sistema.

Os resultados são documentados, avaliados em análises de tendências e comparados com as normas. Os desvios levam a medidas claramente definidas (por exemplo, ajuste da dosagem ou da operação de descarga).

A ALMA AQUA cria um plano de monitorização específico com valores-alvo, valores-limite, frequências de medição e responsabilidades para cada cliente. Isto assegura que o funcionamento da caldeira está em conformidade com a lei, é energeticamente eficiente e à prova de auditoria.

A escolha do programa de condicionamento correto é crucial para evitar depósitos na caldeira e, ao mesmo tempo, garantir uma química estável da água.

Os programas de fosfatos são uma norma há décadas e caracterizam-se pela sua robustez:

• Reagem com o cálcio e o magnésio para formar lamas macias e fáceis de eliminar.

• A precipitação pode ser controlada através de um ajustamento específico da alcalinidade.

• Particularmente adequado para níveis de pressão mais elevados e condições de funcionamento constantes, uma vez que um fluxo estável de fosfato residual pode ser facilmente realizado aqui.

Os programas de polímeros dependem de dispersantes modernos que mantêm os agentes endurecedores e as partículas em suspensão:

• Evitam completamente a precipitação e resultam numa superfície interior da caldeira limpa.

• São mais flexíveis face às flutuações da qualidade da água bruta e às alterações de carga.

• Particularmente adequado para modos de funcionamento variáveis ou sistemas em que é difícil uma gestão precisa dos fosfatos.

Na prática, é frequentemente utilizada uma combinação de fosfato e polímeros para utilizar as vantagens de ambos os sistemas. A estratégia óptima depende do tipo de caldeira, do nível de pressão, da qualidade da água bruta e da prática de funcionamento. A ALMA AQUA cria programas individuais que são exatamente adaptados ao respetivo sistema.

O condensado representa uma parte significativa do balanço hídrico e é extremamente valioso do ponto de vista energético. Ao mesmo tempo, é suscetível à corrosão devido à absorção de CO₂. É aqui que entram em ação os aditivos especiais, que têm efeitos diferentes consoante o tipo de sistema e a rede de condensados.

Aminas neutralizantes (por exemplo, morfolina, etanolamina, ciclohexilamina):

• Ligam o ácido carbónico e aumentam o valor do pH no condensado.

• Proteger contra a corrosão induzida pelo CO₂.

• Particularmente adequado para redes com uma elevada proporção de caudal de retorno e condições de funcionamento uniformes.

Substâncias formadoras de película (FFS):

• Formar uma película protetora hidrofóbica nas superfícies interiores dos tubos.

• Evitar o contacto direto entre a água de condensação e o metal.

• Oferecem vantagens em redes ramificadas ou pouco controláveis, uma vez que a proteção permanece em vigor mesmo que a química flutue.

Em muitos casos, opta-se por uma abordagem híbrida em que as aminas neutralizantes asseguram a estabilidade do pH e as substâncias formadoras de película proporcionam uma proteção adicional do material.

A escolha do programa de condensados correto está intimamente ligada à topologia da rede, à taxa de retorno e aos requisitos do processo. O ALMA AQUA apoia os operadores com análises detalhadas, estratégias de dosagem e conceitos de monitorização para manter a rede de condensados livre de corrosão e energeticamente eficiente a longo prazo.

O tipo de caldeira determina em grande parte os requisitos para a química da água e o tratamento com aditivos de processo. Embora os princípios básicos - proteção contra a corrosão, controlo de depósitos, qualidade do vapor e dos condensados - se apliquem a todos os sistemas, os detalhes diferem significativamente.

Caldeiras de tubos de fumo (EN 12953):

• Amplamente utilizado na indústria, robusto e tolerante a condições de funcionamento variáveis.

• Os espaços de água e de vapor são grandes, o que significa que as cargas de curto prazo podem ser amortecidas.

• Tratamento: Clássico com programas de fosfatos/polímeros, alcalinizantes e antiespumantes. Monitorização por condutividade, fosfatos e pH.

Caldeira de tubos de água (EN 12952):

• São utilizados a pressões e potências mais elevadas, por exemplo, em centrais eléctricas ou em indústrias com utilização intensiva de energia.

• Muito sensíveis aos depósitos, uma vez que os tubos de paredes finas funcionam com elevados fluxos de calor. Mesmo depósitos finos provocam sobreaquecimento e danos.

• Tratamento: Requisitos mais rigorosos para a água de alimentação e de caldeira (totalmente desmineralizada, possivelmente com polimento através de filtros de leito misto). São frequentemente utilizadas estratégias de tratamento de todos os voláteis (AVT) com ligantes de oxigénio e agentes de ajustamento do pH. A introdução de fosfatos só é permitida até certo ponto e é monitorizada de perto.

Caldeira de baixa pressão:

• Funcionam frequentemente em aplicações comerciais mais pequenas ou como caldeiras auxiliares.

• Pressões e temperaturas mais baixas, mas frequentemente com cargas fortemente flutuantes.

• Tratamento: Menos complexo, geralmente coberto com amaciamento, dosagem de sulfito e gestão simples de fosfato. No entanto, a recolha regular de amostras é crucial para evitar a corrosão e a formação de depósitos.

Caldeira de água quente:

• Utilizado para aquecimento de processos e urbano.

• Não há evaporação, pelo que o controlo da corrosão é o principal objetivo.

• Tratamento: Concentra-se na ligação do oxigénio, no controlo do pH e nos inibidores de corrosão, menos na antiespuma ou na qualidade do vapor.

Resumo:

• Caldeiras de tubos: robustas, programas clássicos, maior tolerância.

• Caldeira de tubos de água: alta sensibilidade, qualidade de água mais rigorosa, programas AVT.

• Caldeiras de baixa pressão: sistemas simples, mas com risco acrescido em caso de funcionamento flutuante.

• Caldeira de água quente: Foco na proteção contra a corrosão, sem tratamento de vapor.

A ALMA AQUA tem em conta estas diferenças e desenvolve conceitos de dosagem e monitorização personalizados que mapeiam com precisão o respetivo tipo de caldeira, nível de pressão e especificações do fabricante.

O funcionamento de um sistema de caldeiras não termina com a entrada em funcionamento inicial. O apoio contínuo é crucial para garantir que a água de alimentação, a água da caldeira e os condensados se mantêm sempre dentro dos limites permitidos. A ALMA AQUA apoia os operadores com um pacote de serviços completo ao longo de todo o ciclo de vida:

• Amostragem e análise regulares: Análise dos parâmetros de condutividade, pH, oxigénio, dureza, fosfato, ácido silícico, ferro/cobre e condensados.

• Conceitos de monitorização: combinação de medições em linha (condutividade, pH, oxigénio, temperatura) e análises laboratoriais com uma frequência de medição definida.

• Otimização da dosagem e do funcionamento: Adaptação das quantidades de produtos químicos, estratégias de purga e controlo do pH às condições de funcionamento actuais.

• Relatórios e documentação: Fornecimento de protocolos de medição, análises de tendências e verificações em conformidade com as normas (EN 12952/12953).

• Educação e formação do pessoal operacional: transmissão de conhecimentos para uma amostragem correta, manuseamento de produtos químicos e rotinas de incidentes.

• Apoio em caso de incidentes e otimização: Ajuste rápido dos programas de tratamento em caso de alterações da água bruta, picos de carga ou desvios.

Desta forma, garantimos que os sistemas de caldeiras não só cumprem os regulamentos, como também funcionam de forma energeticamente eficiente, segura e económica.

Um ajuste correto é a base para um funcionamento estável e seguro. Procedemos em várias etapas coordenadas:

1. Levantamento do sistema: Análise do sistema de caldeiras (tipo de caldeira, estágio de pressão, estação de água de alimentação, desgaseificação, purgas) e registo das condições de funcionamento e da qualidade da água bruta.

2. Definição de objectivos: Definição de prioridades - por exemplo, qualidade máxima do vapor, minimização da corrosão, redução dos custos de combustível ou aumento da recuperação de condensados.

3. Recomendação de produtos: Seleção de aditivos adequados (ligantes de oxigénio, condicionamento de fosfato/polímero, álcalis, antiespumantes, programas de condensação) com base na análise.

4. Conceito de dosagem e monitorização: Desenvolvimento de uma estratégia com pontos de dosagem, quantidades, valores-alvo para condutividade, pH, fosfato e ciclos de descarga.

5. Validação através de amostragem: Medições regulares em laboratório e em linha confirmam que os valores definidos são mantidos de forma estável.

6. Otimização e documentação: Adaptação da estratégia em funcionamento, criação de relatórios de tendências e provas para os operadores e autoridades.

Isto garante que o sistema de caldeira cumpre os regulamentos desde o primeiro dia de funcionamento e pode ser operado de forma fiável e eficiente mesmo em condições variáveis.