En el post anterior de esta serie, presentamos el AVT como un tratamiento a base de sustancias 100 % volátiles, y mencionamos que se divide en dos variantes, el AVT(R), reductor, y el AVT(O), oxidante. La diferencia central está en la presencia o ausencia de aleaciones de cobre en el ciclo. Este post trata la primera variante y por qué existe esta exigencia cuando hay aleaciones de cobre.
El objetivo del tratamiento químico no es simplemente impedir la corrosión, sino lograr que la película de óxido protectora que recubre cada metal sea lo más estable y menos soluble posible. El hierro y el cobre tienen comportamientos electroquímicos diferentes, por lo que la condición de potencial redox que es óptima para uno no es la misma que es óptima para el otro.
Mientras el acero al carbono forma una capa protectora de magnetita en un ambiente levemente oxidante, el cobre se corroe justamente en ese tipo de ambiente, formando óxido cúprico (CuO), más soluble y menos adherente.
En condición reductora, el cobre forma óxido cuproso (Cu₂O), una capa fina, adherente y protectora. Es esa inversión de comportamiento entre los dos metales la que hace imposible tratar un ciclo mixto (acero y cobre) con una única condición de potencial redox que sea óptima para ambos al mismo tiempo.
Por eso el AVT(R) es una excelente solución de compromiso para la metalurgia Fe–Cu, mientras que el AVT(O) es una solución más optimizada para un circuito esencialmente ferroso.
El AVT(R), además del alcalinizante volátil, usa también un secuestrante de oxígeno igualmente volátil. La función de este agente es remover el oxígeno disuelto residual y mantener el potencial de óxido-reducción (ORP) del agua de alimentación lo bastante bajo para favorecer la formación de Cu₂O en lugar de CuO.
Los agentes reductores más citados en la literatura de tratamiento de agua de calderas incluyen la carbohidrazida y la dietilhidroxilamina (DEHA), que vienen sustituyendo a la hidrazina, históricamente la más usada, impulsados por la clasificación de la hidrazina como sospechosa de ser carcinógena y por las restricciones regulatorias de manejo que eso trajo, no por una limitación química del producto en sí.
El uso de un ambiente reductor para proteger las aleaciones de cobre no es una innovación reciente. La práctica se consolidó a lo largo de décadas de operación de ciclos fósiles convencionales, en un período en que prácticamente todo condensador y todo calentador de baja presión usaba aleación de cobre como estándar de diseño. El AVT(R), en ese contexto, no fue creado específicamente para calderas supercríticas, sino que se adaptó a ellas cuando esa tecnología de generación se popularizó, heredando una lógica de protección del metal que ya existía para unidades subcríticas con el mismo problema de metalurgia mixta.
En la evolución de los sistemas de tratamiento de calderas, las aleaciones de cobre se adoptaron como estándar en los calentadores de baja presión en las décadas de 1930 y 1940, durante la fase de calentamiento regenerativo. El programa de tratamiento correspondiente se denominó All-Volatile Treatment Reducing (AVT(R)).
En ciclos de metalurgia mixta que contienen aleaciones de cobre en el circuito de alimentación, el AVT(R) normalmente opera en un rango de pH más restringido, típicamente cerca de 9,0–9,3 a 25 °C. Ese rango es inferior al que puede ser más favorable para minimizar el FAC en sistemas predominantemente ferrosos, en los que un pH más elevado reduce la solubilidad de los óxidos de hierro. Así, existe un compromiso entre la química necesaria para minimizar la corrosión y el transporte de cobre y la que proporciona mayor resistencia del acero al carbono al FAC. Sin embargo, este compromiso depende no solo del pH, sino también del potencial redox, del oxígeno disuelto, de la temperatura, de la aleación y de las condiciones hidrodinámicas.
A esto se suma la ausencia de capacidad amortiguadora, característica de todo el AVT. Un agente reductor mal dosificado, ya sea por exceso o por defecto, no tiene reserva química para amortiguar la desviación, y el efecto aparece rápido en la condición del metal.
A diferencia del fosfato, donde el parámetro central de seguimiento es la razón Na/PO₄, en el AVT(R) el parámetro es el potencial de óxido-reducción del agua de alimentación, junto con el contenido residual del agente reductor y el pH. No basta con dosificar el producto y asumir que el ambiente es reductor: un ORP por encima del rango esperado es la primera señal de que el agente fue subdosificado, se descompuso térmicamente antes de cumplir su función, o de que hubo entrada de aire comprometiendo el control.
El AVT(R) existe porque dos metales con comportamientos electroquímicos opuestos comparten el mismo ciclo de agua. No es la variante ideal para ninguno de los dos, es el compromiso posible cuando el cobre permanece en el diseño. En el próximo post de esta serie, pasamos al AVT(O). Qué cambia en un sistema sin cobre, y por qué la ausencia de esa restricción permite un régimen de operación más favorable al acero al carbono.
¿Su planta todavía opera con aleaciones de cobre en el ciclo y tiene dudas sobre el rango de ORP o sobre qué agente reductor se aplica a su caso? Hable con nosotros para una evaluación técnica.
Referencias
- Power Engineering. The importance of accurate dissolved oxygen condensate/feedwater monitoring. Disponible en: power-eng.com.
- Power Engineering. Re-emphasizing HRSG feedwater chemistry evolution. Disponible en: power-eng.com.