Informe Corrosion En Calderas 5d3z3e
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CONFORME A OBRA La firma en cada casillero implica la conformidad con que el plano refleja cómo se construyó
JEFE DE INSPECCION DE OBRA CONTRUCTOR:
REV
GERENTE DE PROYECTO ------
FECHA
EJECUTO
CONTROLO
APROBO
EMITIO
A Llenar sólo cuando el que ejecuta el conforme a obra no hizo la Ingeniería
A
EMISIÓN PARA APROBACIÓN
REV
10/10/2009
DESCRIPCIÓN
FECHA
REM ELABORO
LUGAR:
RICARDO M. ESTELLA R.U.T. 23 100 818 - 7
OBRA:
CONTROLO APROBO
CHILE POST TITULO EN CORRROSION
TITULO:
CORROSION EN CALDERAS NUMERO DE ELABORADO CLIENTE
REEMPLAZADO POR:
REV
ESCALA
REVISION
REV
HOJA N°
A
1 de 8
Revisión
A
2
POST TITULO EN CORROSION
PUCV
CORROSION EN CALDERAS REPÚBLICA DE CHILE
INDICE
1.
OBJETO
2.
ALCANCE
3.
NORMAS DE REFERENCIA
4.
DESCRIPCIÓN DEL SISTEMA
5.
ANTECEDENTES Y TRABAJOS DE CAMPO. ANÁLISIS
6.
CONCLUSIONES
7.
RECOMENDACIONES
Pag
30.01.09
de
8
Revisión
A
3
POST TITULO EN CORROSION
PUCV
CORROSION EN CALDERAS
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REPÚBLICA DE CHILE
1.
OBJETO
El presente documento tiene por objeto detallar el análisis y las soluciones propuestas en dos esquemas corrosivos en un sistema de vapor producido por una caldera. 2.
ALCANCE
El documento cubre dos problemas de corrosion detectaoos en el sistema de Alimentacion de Agua a la Caldera (Boiler Feed System) y en el Sistema de Vapor Condensado (Steam Condensate System).
3.
4.
DOCUMENTOS DE REFERENCIA
•
CORROSION ATLAS - NACE (National Association of Corrosion Engineers)
•
CORROSION Y TRATAMIENTO DE AGUAS EN CALDERAS – POST TITULO EN CORROSION - PUCV
•
THE BOILER BOOK – CLEAVER BROOKS.
•
CORROSION ENGINEERING AND CORROSION CONTROL – ZAKI AHMAD
•
KENTUBE FUEL ECONOMIZER – KENTUBE CORPORATION
•
AGUA DE ALIMENTACION DE CALDERAS – ACHS
•
PREVENCION DE ACCIDENTES EN CALDERAS - ACHS
DESCRIPCIÓN DEL SISTEMA
En un sistema de generación de vapor se han detectado problemas de corrosión en el sistema de alimentación de agua a la caldera y en el sistema de vapor condensado. La tubería de alimentación al calentador (Boiler) , entre este y el deareador presenta signos de corrosión por pitting, con apariencia de pequeños nódulos color marrón. El sistema de condensado de vapor, presenta un patrón de corrosión por pitting, de similares condiciones estructurales a las encontradas en el sistema de alimentación al calentador, pero cubiertas en este caso, por los propios productos de corrosión en forma de una película amorfa.
Revisión
A
4
POST TITULO EN CORROSION
PUCV
CORROSION EN CALDERAS REPÚBLICA DE CHILE
Referencias.
Sistema de Vapor Condensado Sistema de Alimentación al Boiler
Corrosión en línea de alimentación de agua al calentador.
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POST TITULO EN CORROSION
PUCV
CORROSION EN CALDERAS
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REPÚBLICA DE CHILE
Corrosión en tubería de Vapor Condensado. Se observa la acumulación de los productos de corrosión
5.
ANTECEDENTES Y TRABAJOS DE CAMPO. ANÁLISIS.
Se tomaron muestras del material en ambos sistemas, el análisis de ellos arroja las siguientes características. Sistema de Alimentación. 8 El agua de alimentación es una mezcla de vapor condensado y agua tratada. 8 El agua recibe un tratamiento de ablandamiento y dealcalinización 8 La mezcla de agua y vapor tiene un pH = 5. 8 El contenido de Cloruros (Cl¯) es de 10 p.p.m. 8 La temperatura del fluido es de 105 °C 8 Contenido de oxigeno elevado Sistema de Condensado. 8 Temperatura del fluido 90°C 8 Contenido de Oxigeno elevado. 8 Alcalinidad alta.
6.
CONCLUSIONES
6.1 SISTEMA DE ALIMENTACION DE AGUA AL CALENTADOR
6.1.1
La tubería de alimentación de agua al calentador presenta un patrón de corrosión típico del exceso de oxigeno disuelto en el fluido, la presencia de Hematita es consecuencia de ello.
Revisión
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POST TITULO EN CORROSION
PUCV
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CORROSION EN CALDERAS
de
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REPÚBLICA DE CHILE
6.1.2
El pH encontrado es demasiado ácido (pH = 5), incrementando la velocidad de corrosión.
6.1.3
Es muy posible que no existan productos de corrosión sobre el esquema de pitting encontrado debido al pH de la mezcla de agua y vapor que circula.
6.1.4
El exceso de oxigeno puede deberse a un mal funcionamiento del deaereador o bien a un deficiente tratamiento químico del agua de alimentación.
6.2 SISTEMA DE CONDENSADO DE VAPOR
6.2.1
Se observa una patología de corrosión por pitting característica de ataque por oxigeno, la hematita presente es consecuencia de ello.
6.2.2
La no remoción de los productos de corrosión es particularmente debido a la falta de acidez del medio y al flujo lento del fluido.
6.2.3
El deareador no funciona correctamente o el tratamiento no es el adecuado.
6.2.4
El exceso de oxigeno es debido tambien a la falta de adición de químicos al agua para removerlo o reducirlo a parámetros isibles.
6.3 CONSECUENCIAS DE LA CORROSION POR EXCESO DE OXIGENO
Todo el sistema de generación de vapor es susceptible de sufrir corrosión en forma de pitting causado por el oxigeno disuelto en el agua/vapor. Este es uno de los esquemas mas comunes existentes en calderas donde el tratamiento del agua de alimentación es defectuoso. Los mecanismos de corrosión por oxigeno en sistemas de generación de vapor mas comunes son los siguientes (1) En reacciones anódicas , el Fe es oxidado a Fe2+ El acero se disuelve producto de esta reacción anódica
Fe Æ Fe
2+
+ 2e
-
(2) La reacción catódica es la reducción del oxigeno ½ 02 + H20 + 2e¯ Æ 20H¯ Las áreas catódicas y anódicas existen básicamente como resultado de las condiciones heterogéneas de la superficie de los tubos. +
(3) Como resultado de la hidrólisis , el pH disminuye y es así como se generan iones H 2+ + + Fe + H20 Æ FeOH + H (ACIDO) +
+
(4) Los iones H forman hidrógeno molecular (gas) en el interior de los pits 2 H + 2e¯ Æ H2 Una capa de oxido se forma sobre los pits por las siguientes reacciones: + + + 2FeOH + ½02 + 2H Æ 2FeOH + H20 ++ + FeOH + H20 -> Fe(OH)2 + H (ALCALINO)
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CORROSION EN CALDERAS
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REPÚBLICA DE CHILE +
Se crean condiciones ácidas y el pH disminuye dentro del pit debido a los iones H La precipitación de Fe304 (magnetita) en el interior de los pits también disminuyen el pH de la solución. ++ ++ + 2FeOH + Fe + 2H20 Æ Fe304 + 6H En la superficie de la capa de oxido, se produce la reacción catódica de reducción del oxigeno ½02 + H20 + 2e¯ Æ 20H¯ Los iones hidróxido reaccionan con el Fe(OH)2 formado bajo condiciones alcalinas y se forma Fe203 (Hematita). + 2Fe(OH)2 + 20H¯ Æ Fe203 + 3H20 La “cascara” separa el pit del agua/vapor que circula, la cual tiene, o debería tener, condiciones alcalinas, pero en el interior del pit el ambiente es acido. ++ El Acero se corroe como Fe derivando electrodos desde el ánodo al cátodo. Esta diferencia de potencial entre la superficie alcalina (cátodo) y el interior ácido de los pits (ánodo) promueve el proceso de corrosion que continua hasta que el metal se perfora. Incluso, una vez agotado el oxigeno dentro del pit, la reacción anódica continua debido a la condición acida que se genero. 6.4 ESTABILIDAD/INESTABILIDAD DEL SITEMA VISTO SEGUN POURBAIX.
Revisión
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POST TITULO EN CORROSION
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CORROSION EN CALDERAS
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REPÚBLICA DE CHILE
Se estudiamos el caso a través del equilibrio planteado por el diagrama de Pourbaix para el acero en medio acuoso, vemos que con un pH de 5 y un potencial natural de equilibrio según Gibbs de ++ -440 mV respecto a un electrodo de Hidrogeno (SHE) para una reacción Fe / Fe el sistema presenta una condición de disolución del Fe y su velocidad de corrosión depende también de la ++ solubilidad del ion Fe (Fe ) Circulo Rojo. Si el agua de alimentación del sistema es mantenido en un entorno de pH próximo a 10, se ve fuertemente favorecida la pasivación de la superficie, disminuyendo drásticamente la velocidad de corrosión. Circulo Azul. 7.
RECOMENDACIONES A. Es fundamental conseguir la correcta eliminación del oxígeno disuelto en el agua de alimentación al calentador, compuesta por 1. 2.
Agua que se le agrega al sistema Agua de retorno del condensado de vapor
B. La eliminación del oxigeno disuelto en el agua de agregado se puede realizar: 1. En forma mecánica por el precalentado del fluido. 2. Mediante el agregado de químicos. En particular el material mas utilizado es el Sulfito de Sodio. 2Na2SO3 + O2 Æ 2Na2SO4 C. Se sugiere que las condiciones del agua de alimentación del sistema sean mantenidas en los parámetros recomendados. 1. 2.
DUREZA: ALCALINIDAD
3. 4. 5. 6. 7. 8. 9.
SiO4 Fe pH TDS TSS O2 CO2
++
++
1 ppm Ca + Mg = 700 ppm HCO3¯ + CO3 + OH¯ 150 ppm 0.1 ppm 10.5 < 3000 ppm residuo evaporacion < 300 ppm residuo filtrado < 0.007 ppm 0
D. Otras condiciones a tener presente para evitar la corrosión por pitting son: 1. 2.
Incrementar el pH del agua en el calentador. Promover la creación de un film pasivante de Fe304 (magnetita) en la superficie de los tubos o un film generado por auxiliares quimicos. Los Films químicos son formados por el agregado de inhibidores como aminas y morfolina.
JEFE DE INSPECCION DE OBRA CONTRUCTOR:
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A Llenar sólo cuando el que ejecuta el conforme a obra no hizo la Ingeniería
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DESCRIPCIÓN
FECHA
REM ELABORO
LUGAR:
RICARDO M. ESTELLA R.U.T. 23 100 818 - 7
OBRA:
CONTROLO APROBO
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CORROSION EN CALDERAS REPÚBLICA DE CHILE
INDICE
1.
OBJETO
2.
ALCANCE
3.
NORMAS DE REFERENCIA
4.
DESCRIPCIÓN DEL SISTEMA
5.
ANTECEDENTES Y TRABAJOS DE CAMPO. ANÁLISIS
6.
CONCLUSIONES
7.
RECOMENDACIONES
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REPÚBLICA DE CHILE
1.
OBJETO
El presente documento tiene por objeto detallar el análisis y las soluciones propuestas en dos esquemas corrosivos en un sistema de vapor producido por una caldera. 2.
ALCANCE
El documento cubre dos problemas de corrosion detectaoos en el sistema de Alimentacion de Agua a la Caldera (Boiler Feed System) y en el Sistema de Vapor Condensado (Steam Condensate System).
3.
4.
DOCUMENTOS DE REFERENCIA
•
CORROSION ATLAS - NACE (National Association of Corrosion Engineers)
•
CORROSION Y TRATAMIENTO DE AGUAS EN CALDERAS – POST TITULO EN CORROSION - PUCV
•
THE BOILER BOOK – CLEAVER BROOKS.
•
CORROSION ENGINEERING AND CORROSION CONTROL – ZAKI AHMAD
•
KENTUBE FUEL ECONOMIZER – KENTUBE CORPORATION
•
AGUA DE ALIMENTACION DE CALDERAS – ACHS
•
PREVENCION DE ACCIDENTES EN CALDERAS - ACHS
DESCRIPCIÓN DEL SISTEMA
En un sistema de generación de vapor se han detectado problemas de corrosión en el sistema de alimentación de agua a la caldera y en el sistema de vapor condensado. La tubería de alimentación al calentador (Boiler) , entre este y el deareador presenta signos de corrosión por pitting, con apariencia de pequeños nódulos color marrón. El sistema de condensado de vapor, presenta un patrón de corrosión por pitting, de similares condiciones estructurales a las encontradas en el sistema de alimentación al calentador, pero cubiertas en este caso, por los propios productos de corrosión en forma de una película amorfa.
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Referencias.
Sistema de Vapor Condensado Sistema de Alimentación al Boiler
Corrosión en línea de alimentación de agua al calentador.
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REPÚBLICA DE CHILE
Corrosión en tubería de Vapor Condensado. Se observa la acumulación de los productos de corrosión
5.
ANTECEDENTES Y TRABAJOS DE CAMPO. ANÁLISIS.
Se tomaron muestras del material en ambos sistemas, el análisis de ellos arroja las siguientes características. Sistema de Alimentación. 8 El agua de alimentación es una mezcla de vapor condensado y agua tratada. 8 El agua recibe un tratamiento de ablandamiento y dealcalinización 8 La mezcla de agua y vapor tiene un pH = 5. 8 El contenido de Cloruros (Cl¯) es de 10 p.p.m. 8 La temperatura del fluido es de 105 °C 8 Contenido de oxigeno elevado Sistema de Condensado. 8 Temperatura del fluido 90°C 8 Contenido de Oxigeno elevado. 8 Alcalinidad alta.
6.
CONCLUSIONES
6.1 SISTEMA DE ALIMENTACION DE AGUA AL CALENTADOR
6.1.1
La tubería de alimentación de agua al calentador presenta un patrón de corrosión típico del exceso de oxigeno disuelto en el fluido, la presencia de Hematita es consecuencia de ello.
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6.1.2
El pH encontrado es demasiado ácido (pH = 5), incrementando la velocidad de corrosión.
6.1.3
Es muy posible que no existan productos de corrosión sobre el esquema de pitting encontrado debido al pH de la mezcla de agua y vapor que circula.
6.1.4
El exceso de oxigeno puede deberse a un mal funcionamiento del deaereador o bien a un deficiente tratamiento químico del agua de alimentación.
6.2 SISTEMA DE CONDENSADO DE VAPOR
6.2.1
Se observa una patología de corrosión por pitting característica de ataque por oxigeno, la hematita presente es consecuencia de ello.
6.2.2
La no remoción de los productos de corrosión es particularmente debido a la falta de acidez del medio y al flujo lento del fluido.
6.2.3
El deareador no funciona correctamente o el tratamiento no es el adecuado.
6.2.4
El exceso de oxigeno es debido tambien a la falta de adición de químicos al agua para removerlo o reducirlo a parámetros isibles.
6.3 CONSECUENCIAS DE LA CORROSION POR EXCESO DE OXIGENO
Todo el sistema de generación de vapor es susceptible de sufrir corrosión en forma de pitting causado por el oxigeno disuelto en el agua/vapor. Este es uno de los esquemas mas comunes existentes en calderas donde el tratamiento del agua de alimentación es defectuoso. Los mecanismos de corrosión por oxigeno en sistemas de generación de vapor mas comunes son los siguientes (1) En reacciones anódicas , el Fe es oxidado a Fe2+ El acero se disuelve producto de esta reacción anódica
Fe Æ Fe
2+
+ 2e
-
(2) La reacción catódica es la reducción del oxigeno ½ 02 + H20 + 2e¯ Æ 20H¯ Las áreas catódicas y anódicas existen básicamente como resultado de las condiciones heterogéneas de la superficie de los tubos. +
(3) Como resultado de la hidrólisis , el pH disminuye y es así como se generan iones H 2+ + + Fe + H20 Æ FeOH + H (ACIDO) +
+
(4) Los iones H forman hidrógeno molecular (gas) en el interior de los pits 2 H + 2e¯ Æ H2 Una capa de oxido se forma sobre los pits por las siguientes reacciones: + + + 2FeOH + ½02 + 2H Æ 2FeOH + H20 ++ + FeOH + H20 -> Fe(OH)2 + H (ALCALINO)
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Se crean condiciones ácidas y el pH disminuye dentro del pit debido a los iones H La precipitación de Fe304 (magnetita) en el interior de los pits también disminuyen el pH de la solución. ++ ++ + 2FeOH + Fe + 2H20 Æ Fe304 + 6H En la superficie de la capa de oxido, se produce la reacción catódica de reducción del oxigeno ½02 + H20 + 2e¯ Æ 20H¯ Los iones hidróxido reaccionan con el Fe(OH)2 formado bajo condiciones alcalinas y se forma Fe203 (Hematita). + 2Fe(OH)2 + 20H¯ Æ Fe203 + 3H20 La “cascara” separa el pit del agua/vapor que circula, la cual tiene, o debería tener, condiciones alcalinas, pero en el interior del pit el ambiente es acido. ++ El Acero se corroe como Fe derivando electrodos desde el ánodo al cátodo. Esta diferencia de potencial entre la superficie alcalina (cátodo) y el interior ácido de los pits (ánodo) promueve el proceso de corrosion que continua hasta que el metal se perfora. Incluso, una vez agotado el oxigeno dentro del pit, la reacción anódica continua debido a la condición acida que se genero. 6.4 ESTABILIDAD/INESTABILIDAD DEL SITEMA VISTO SEGUN POURBAIX.
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Se estudiamos el caso a través del equilibrio planteado por el diagrama de Pourbaix para el acero en medio acuoso, vemos que con un pH de 5 y un potencial natural de equilibrio según Gibbs de ++ -440 mV respecto a un electrodo de Hidrogeno (SHE) para una reacción Fe / Fe el sistema presenta una condición de disolución del Fe y su velocidad de corrosión depende también de la ++ solubilidad del ion Fe (Fe ) Circulo Rojo. Si el agua de alimentación del sistema es mantenido en un entorno de pH próximo a 10, se ve fuertemente favorecida la pasivación de la superficie, disminuyendo drásticamente la velocidad de corrosión. Circulo Azul. 7.
RECOMENDACIONES A. Es fundamental conseguir la correcta eliminación del oxígeno disuelto en el agua de alimentación al calentador, compuesta por 1. 2.
Agua que se le agrega al sistema Agua de retorno del condensado de vapor
B. La eliminación del oxigeno disuelto en el agua de agregado se puede realizar: 1. En forma mecánica por el precalentado del fluido. 2. Mediante el agregado de químicos. En particular el material mas utilizado es el Sulfito de Sodio. 2Na2SO3 + O2 Æ 2Na2SO4 C. Se sugiere que las condiciones del agua de alimentación del sistema sean mantenidas en los parámetros recomendados. 1. 2.
DUREZA: ALCALINIDAD
3. 4. 5. 6. 7. 8. 9.
SiO4 Fe pH TDS TSS O2 CO2
++
++
1 ppm Ca + Mg = 700 ppm HCO3¯ + CO3 + OH¯ 150 ppm 0.1 ppm 10.5 < 3000 ppm residuo evaporacion < 300 ppm residuo filtrado < 0.007 ppm 0
D. Otras condiciones a tener presente para evitar la corrosión por pitting son: 1. 2.
Incrementar el pH del agua en el calentador. Promover la creación de un film pasivante de Fe304 (magnetita) en la superficie de los tubos o un film generado por auxiliares quimicos. Los Films químicos son formados por el agregado de inhibidores como aminas y morfolina.
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