Durante muito tempo, o raciocínio dos tratadores de caldeira era que o oxigênio produz corrosão, logo ele deve ser removido. Para tanto, foram usados procedimentos como a desaeração mecânica e sequestrantes de oxigênio para a execução desta tarefa.
Esta abordagem funcionava muito bem para os problemas de corrosão conhecidos à época, incluindo sistemas com metalurgia de cobre. Com a evolução das caldeiras, começaram a aparecer os primeiros eventos de FAC. Como a evolução não para, foi feita a descoberta em plantas supercríticas que em sistemas de água de alimentação com alta pureza (condutividade catiônica ≤0,15 µS/cm) e sem ligas de cobre, a injeção contínua de uma pequena dosagem de oxigênio puro gera uma camada de óxido de ferro mais protetora e aderente do que os programas tradicionais de desaeração mecânica e sequestrante de oxigênio. Esse programa passa a ser chamado de Oxygenated Treatment (OT).
Em condições de água de altíssima pureza, a introdução de uma pequena quantidade de oxigênio dissolvido induz a formação de uma camada de hematita (Fe₂O₃) sobre a magnetita já existente. Essa camada dupla, mais densa e menos solúvel que a magnetita isolada, é capaz de reduzir drasticamente o transporte de ferro pelo sistema.
A prática consiste em dosar oxigênio no condensado, tipicamente logo após o polidor de condensado e novamente na saída do desaerador, para manter uma faixa de oxigênio dissolvido residual. As diretrizes atuais da IAPWS trabalham com 30 a 150 ppb ao longo do ciclo água-vapor. É uma quantidade muito maior do que qualquer programa AVT(O), tratado em artigos anteriores, toleraria. É por isso que o OT depende de uma pureza extrema da água de alimentação. A referência usual de mercado para condutividade após troca catiônica em OT é de até 0,15 µS/cm.
Sem esta exigência, o oxigênio dosado deixa de formar hematita protetora e passa a se comportar como qualquer oxigênio dissolvido em água com contaminantes, favorecendo corrosão localizada em vez de filme uniforme. Se bem executado, é capaz de manter o ferro total na água de alimentação em torno de 1 ppb.
Assim, a decisão de migrar para OT é assumir o compromisso de manter um sistema que garanta a pureza do condensado com desempenho consistentemente alto, e que monitore continuamente tanto o oxigênio dissolvido quanto a condutividade catiônica.
Existem observações importantes sobre os riscos do OT. Primeiro, qualquer traço de cobre no ciclo inviabiliza completamente o programa, a mesma restrição já vista no AVT(O), só que aqui sem margem de tolerância.
Segundo, há casos documentados de unidades de grande porte que sofreram falhas por esfoliação de camada de óxido duplex em tubos de superaquecedor e reaquecedor depois da conversão para OT. Este problema está associado ao comportamento da camada de óxido em temperaturas mais altas, que ainda gera controvérsia técnica sobre o mecanismo exato.
Estes pontos não invalidam o programa, mas reforçam que a conversão de uma unidade para OT exige acompanhamento metalúrgico específico nas seções de alta temperatura, não só controle de química de água.
Com isso fechamos os três regimes principais de condicionamento volátil, AVT(R), AVT(O) e OT, cada um resolvendo um arranjo diferente de metalurgia, pressão e configuração de caldeira. No próximo artigo falaremos sobre a importância do condensado.
Sua planta opera em regime once-through supercrítico? Já avaliou se a pureza do condensado atual sustentaria uma migração para OT? Fale conosco para uma avaliação técnica.
Referências
- Power Engineering. Combined Cycle HRSGs: Ditch the oxygen scavenger. Disponível em: power-eng.com.
- International Association for the Properties of Water and Steam (IAPWS). Technical Guidance Document: Volatile treatments for the steam-water circuits of fossil and combined cycle/HRSG power plants. Revisão 2015 (original de 2010). Stockholm, julho de 2015. TGD3-10(2015).
- ChemTreat. The Challenges of Industrial Boiler Water Treatment.
- Power Engineering. Maintaining High Combined Cycle HRSG Efficiency and Reliability.
- ScienceDirect. Effect of oxygenated treatment on corrosion of the whole steam–water system in supercritical power plant.
- ScienceDirect Topics. Oxygenated Treatment - an overview.