Introducción

Tal como se comento en el artículo de “Tratamientos externos o primarios”, la calidad del agua de alimentación a la caldera debe ser la mejor posible. Esto debería ser tenido en cuenta para todo tipo de calderas, pues representa un gran ahorro económico tanto desde el punto de vista energético, como de disminución de los costes del tratamiento interno del agua.

La calidad de agua requerida es diferente según la presión de trabajo, según el tipo de caldera de que se trate y según el uso del vapor producido. La calidad debe hacerse extensible a todas las corrientes que intervienen en la generación de vapor: agua de reposición, agua de alimentación, agua interior de caldera, condensados, vapor sobrecalentado, vapor recalentado. Si se trabaja con criterios de calidad recomendados y se trata de emplear las mejores técnicas disponibles, se logrará  disminuir los problemas debidos a fenómenos como las incrustaciones o corrosión, mejorar la eficiencia energética, permitiendo disminuir el caudal de purgas (tirando, por tanto, menos agua caliente y aportando menos agua “fría”) y disminuir los costes de aditivos aplicados como consecuencia de la disminución de caudales y de la eliminación de sales formadoras de depósitos.

Las calderas se clasifican de acuerdo al lugar de circulación del agua:

– Calderas acuotubulares: en la cuales dentro de los tubos circula el agua y el vapor, y por fuera circulan los gases de combustión. Este tipo de calderas son generalmente utilizadas para sistemas de media, alta y muy alta presión.

– Calderas pirotubulares o humotubulares: en ellas los gases de combustión pasan por dentro de los tubos y estos se encuentran sumergidos en el agua que se va calentando y formando el vapor. Puede ser de uno a cuatro pasos; el mayor número de pasos indica un mayor aprovechamiento de la energía calórica de los gases de combustión. Las calderas pirotubulares son típicas de pequeñas instalaciones y normalmente con presiones inferiores a 20 kg/cm².

En el caso de producción de vapor para usos térmicos, las exigencias de calidad de éste son mucho más bajas que si se trata de vapor de usos energéticos (vapor para uso en turbinas). A su vez, el vapor alimentario tiene que cumplir unas reglamentaciones específicas en cuanto a los aditivos incorporados.

 

Tratamientos internos del agua

 Los objetivos principales de estos tratamientos internos son fundamentalmente dos: prevenir la corrosión en cualquiera de sus formas y evitar la formación de cualquier tipo de depósitos que puedan reducir la transferencia de calor o dañar los equipos.

En calderas pirotubulares, aún hoy en día es frecuente el empleo de agua de pobre calidad y sin desgasificar eficazmente, tan solo calentada y desendurecida, pero no desmineralizada. Esta forma de trabajar representa un incremento de coste que no tiene justificación, ya que se limitan los ciclos de concentración y obliga a incrementar tanto el caudal de purga, como los costes energéticos (tirar agua caliente y reponer con agua fría), además de un mayor consumo de productos químicos. Los problemas de corrosión más habituales en los generadores de vapor, tanto pirotubulares como acuotubulares de todo tipo, están normalmente asociados a la presencia de gases disueltos en el agua de alimentación, vapor y condensados (fundamentalmente, O₂ y CO2). Además de este tipo de corrosión, otros tipos de corrosión específicos y menos frecuentes, como los debidos a fenómenos de fragilidad cáustica y FAC (flow accelerated corrossion), se deben tener en cuenta, sobre todo en generadores del tipo HRSG, muy comunes en las nuevas instalaciones de cogeneración y en aquellas instalaciones que utilizan agua tratada en desendurecedores de ciclo Na+. La presencia de O₂ da lugar a la formación de pilas de aireación diferencial y corrosiones altamente peligrosas, por estar muy localizadas (pitting). Normalmente, la entrada de O₂ en la caldera se realiza a través del agua de reposición o alimentación y su acción negativa se pone de manifiesto principalmente en la zona de precaldera (si las cantidades de O₂ son bajas) o en todo el sistema si las cantidades son elevadas; también la entrada de O₂ puede facilitarse a través de tanques de expansión, botellones de condensación, etc. En este caso, su acción corrosiva se extenderá al conjunto de la red de condensado. Para disminuir o eliminar el efecto negativo de la presencia de O₂ en el agua, se recurre a procedimientos físicos y químicos.

En determinadas condiciones, contenidos en O₂ superiores a 0,01 ppm pueden producir corrosión, siendo necesario disminuir dicha concentración al tiempo que promover la pasivación de las superficies metálicas por formación de óxidos protectores. La utilización conjunta de desgasificadores mecánicos y de reductores químicos es la práctica habitualmente utilizada.

También la presencia de CO₂ como tal, o formando ácido carbónico, es frecuentemente motivo de preocupación por sus graves consecuencias desde el punto de vista de la corrosión producida y la acidificación del circuito de condensados.

Los reductores químicos utilizados más ampliamente y sus particularidades son:

• Sulfito sódico: Su empleo está limitado a calderas de baja o media presión (< 30 kg/cm²). Su reacción con el O₂ es muy rápida incluso con agua fría y da lugar a la formación de sulfatos, incrementando la salinidad del agua. Es un producto apto para el tratamiento de calderas cuyo vapor estará en contacto con alimentos.

• Eritórbico/eritorbato sódico/amónico: Su uso está limitado a algunos procesos alimentarios (el sódico), también en calderas de baja o media presión.

• Hidracina: Es el desoxigenante más ampliamente utilizado, pese a su catalogación de presuntamente cancerígeno. Los productos de reacción son inertes y no modifican las características del agua. Su reactividad es inferior a la del sulfito sódico, por lo que suele emplearse catalizada. Este compuesto es el que mayor porcentaje de efectividad presenta.

• Carbohidracida: Se trata de un producto no hidracínico, pero que produce hidracina en el interior de la caldera. Como efecto negativo también produce CO₂ por descomposición.

• Dietil hidroxilamina (DEHA): Se trata de un reductor no hidracínico, altamente volátil y que por descomposición da lugar a la formación de ácido acético y CO2, por lo que su aplicación debe controlarse adecuadamente y su uso limitado a baja y media presión.

• Hidroquinona: Se trata de un reductor volátil y con muy elevada reactividad, motivo por el que se utiliza para catalizar la reacción de reducción con otros desoxigenantes. La reactividad con el O2 es alta incluso a bajas temperaturas.

Por otra parte, la presencia de restos salinos en el agua de alimentación (fundamentalmente, Ca+2, Mg+2, CO3 -2, CO3H-, SiO2, Fe+2) pueden dar lugar a la formación de precipitados que pueden originar incrustaciones o lodos, dependiendo de su naturaleza y de la capacidad acondicionadora de los estabilizantes aplicados. Los depósitos formados tienen una baja conductividad térmica y originan una pérdida importante de la transferencia de calor, lo que puede desencadenar una serie de acontecimientos que pueden terminar en roturas. La mejor prevención parte del cumplimiento de la calidad de las aguas y, en su caso, de la aplicación del tratamiento antiincrustante o estabilizante más adecuado.

En calderas de plantas de cogeneración de media y alta presión y en calderas de muy alta presión, puede recurrirse a un tratamiento todo volátil (AVT), en el que todos los productos adicionados son volátiles, por tanto, quedan excluidos los tratamientos estabilizantes a base de fosfatos, fosfonatos o poliacrilatos, cuando se aplican los tratamientos basados en la utilización de fosfatos, ya sea como fosfato congruente o como fosfato total se debe mantener la relación Na/PO4 -3 <3 para evitar la aparición de alcalinidad mineral libre y prevenir la fragilidad cáustica. En calderas de media y baja presión, los productos antiincrustantes y estabilizantes utilizados deben garantizar la estabilidad de las sales y evitar la formación de incrustaciones, ya sea manteniendo las mismas en solución incluso por encima de sus valores de saturación o ya sea por formación de precipitados no adherentes extraíbles por las purgas de fondo.

Los tratamientos habituales a base de fosfatos, junto con el mantenimiento de los valores de pH y alcalinidad adecuados, pueden ser suficientes para controlar las incrustaciones. No obstante, estos tratamientos pueden ser reforzados con la presencia de otros componentes tales como compuestos de fósforo orgánicos derivados de ácidos policarboxílicos, lignosulfonatos, etc.

Los tratamientos a base de fosfatos basan su acción en la formación de precipitados no adherentes, fundamentalmente con las sales de calcio, mientras que la aplicación de los policarboxílicos permite mantener las sales en solución incluso por encima de sus productos de solubilidad, para ser eliminadas por las purgas continuas. En las calderas de alta y muy alta presión, el tratamiento de fosfatos, además de evitar la incrustación de las sales, permite controlar el pH del agua de la caldera. La presencia de ácido carbónico, silícico y ácidos orgánicos, puede disminuir los pH del vapor y condensados producidos. Estos pH deben ser corregidos y estabilizados en un valor próximo a 9 y para ello se utilizan alcalinizantes volátiles, que en el caso del vapor para turbinas deben afectar mínimamente a la conductividad catiónica.

Los productos habitualmente utilizados en calderas de baja y media presión son aminas neutralizantes del tipo morfolina, ciclohexilmaina, 2-amino2-metilpropanol, dietilamino etanol, MOPA, etc., mientras que en calderas de muy alta presión el producto habitualmente utilizado es el amoniaco. Las aminas se distinguen por su capacidad neutralizante y por su coeficiente de reparto (vapor/agua).

Conclusión

 El mejor tratamiento interno del agua de los generadores de vapor debe comenzar por la calidad del agua de alimentación (agua de reposición y condensado recuperado), ya que la mejor calidad del agua permite disminuir los costes de operación y mantenimiento alargando la vida útil de los equipos.

En caso de ser necesario se debe evaluar la necesidad de colocar una planta de tratamiento de agua de alimentación, esto en general es impescindible para calderas acuotubulares.

Una planta de tratamiento de agua debe estar compuesta de los siguientes equipos:

– Equipo para separar los sólidos suspendidos: como por ejemplo filtros.

– Un proceso de ablandamiento del agua: con una resina de intercambio iónico por ejemplo.

– Una vez acondicionada, el agua se agrega a la caldera, en ese punto es necesario adicionarle algunos productos que ayuden a mantenerla en las mismas condiciones ideales, por ejemplo secuestrante de oxígeno, alcalinizante, etc.

El esquema de tratamiento sería el siguiente: