FERNANDO PUCHI THIELE

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CONTROL Y OPTIMIZACIÓN DE CALDERAS EN LA
INDUSTRIA

• FERNANDO PUCHI THIELE
• Ingeniero Civil Químico U de Concepción
• Ingeniero Civil Metalúrgico U de Concepción
• Doctor Ingeniero Universidad Técnica de Berlín,
  RFA
• Control de procesos químicos y metalúrgicos,
  fabricación de recubrimientos, montaje
  industrial.

OBJETIVO Y DEFINICIÓN CB
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CONTENIDO MÁX CB
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SUGERENCIA CLEAVER BROOKS LÍMITES MÁXIMOS PARA p
lt 20 bar DUREZA TOTAL 1 ppm Ca2
Mg2 ALCALINIDAD 700 ppm HCO3- CO3
OH- SiO2 150 ppm Fe 0,1 ppm pH 10,5 TDS
3000 ppm residuo evaporación TSS 300 ppm
residuo de filtrado O2 0,007 ppm CO2 0
BS 2486
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BS24861978 Norma para aguas de caldera Presión
bar 2 20 40 Alcalinidad total
máx ppm1200 700 700 Alcalinidad
cáustica ppm 350 300 200 TDS
máximo ppm 3500 3000 2000 Dureza total
indetectable en todos los casos. Fosfato de
sodio ppm 50 a 100 Sulfito de sodio ppm
30 a 70
ASPECTOS ECONÓMICOS
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CORROSIÓN EN PROCESOS INDUSTRIALES

• ASPECTOS ECONÓMICOS
• En USA los costos de corrosión ha sido una
  materia de estudio que ha sido asignada a una
  comisión del Congreso. Ellos identificaron los
  costos de corrosión como el 2 a 4 del
  producto bruto nacional y el 25 de estos costos
  de corrosión se determinaron que eran evitables.

VARIABLES MÁS IMPORTANTE
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CALDERAS Y SISTEMAS DE ENFRIAMIENTO Impureza en
agua ? CORROSIÓN INCRUSTACIONES? ineficiencias
de alto costo. IMPUREZAS EN LAS AGUAS Gases
(O2,CO2,N2) S.Disueltos S. no
Disueltos S. Disueltos sales ? TDS S. no
Disueltos ? suspendidos arena, barro, partículas
de material orgánico.
DEFINICIÓN CORROSIÓN
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CORROSIÓN EN PROCESOS INDUSTRIALES

• CORROSIÓN
• Es un fenómeno de deterioro de los materiales,
  usualmente metales o aleaciones, por la acción
  del medio en que se usan.

ESQUEMA CORROSIÓN
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CORROSIÓN
CORROSIÓN ELECTROQUÍMICA Existencia de zonas
anódicas y catódicas, separadas por distancias
muy pequeñas.
2H 2e ? H2 ½ O2 2e H2O ? 2OH-
BLA BLA INFL. VARIABLES
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CORROSIÓN Valores de pH más acidos ?
?aumento de corrosividad del
agua. Aumento de minerales y gases disueltos ?
?aumento de corrosividad del agua. Aumento de
temperatura y la velocidad del fluido ? ?aumento
de corrosividad del agua.
GRÁFICO INFLUENCIA pH, O2
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EFECTOS DEL pH y CONTENIDO DE OXÍGENO EN LA
VELOCIDAD DE LA CORROSIÓN ELECTROQUÍMICA
Aumenta contenido de oxígeno
Formas corrosión
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• ALGUNAS FORMAS DE CORROSIÓN
• Corrosión generalizada toda la supeficie
• Corrosión por picado o picado por oxígeno
  altamente localizado de la superficie del metal.
• Corrosión galvánicados metales o aleaciones
  diferentes
• Corrosión por erosión flujo excesivo

GRÁFICOS DE FORMAS
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• CLASIFICACION SEGÚN LA FORMA

PICADO
GALVÁNICA
POR EROSIÓN
FORMAS CORROSIÓN
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• Corrosión intergranular
• Corrosión por tensión SCC
• Corrosión por rendija (crevice)
• Corrosión por efecto de bacterias, hongos y
  algas. El crecimiento de organismos
  microbiológicos en sistemas de enfriamiento puede
  conducir a la falla de intercambiadores de calor.
  

GRÁFICOS CORROSIÓN
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• CLASIFICACION SEGÚN LA FORMA

SCC
INTERGRANULAR
CREVICE
PROBLEMAS INCRUSTAC
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INCRUSTACIONESEfecto de la temperatura y/o
alto grado de concentración. Disminuye la
eficiencia de la transferencia de calor. Más
comunes carbonato de calcio, sulfato de calcio,
hidróxido de magnesio, silicatos de magnesio,
óxido de fierro, fosfato de calcio, fosfato de
magnesio.
TIPOS DE CORROSIÓN
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• LADO AGUADepósitos
• LADO LLAMA1650 - 120C
• cenizas
• condens. ácido
• SISTEMA ALIMENTACION AGUA (desaireador) CORR.
  OXIGENO
• LINEA DE CONDENSADO
• CORROSION CAUSTICA
• FORMACION HIDROGENO
• SCC EN DESAIREADORES
• ATAQUE ACIDO

LLAMA
POURBAIX
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CONTROL DE ALCALINIDADProvée de OH-, que forma
una capa de hidróxido ferroso insoluble.

• NaOH
• LiOH
• NH3
• Na2CO3
• AMP2-amino-2-methyl-1-propanol).

INFL. pH Y O2
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EFECTOS DEL pH y CONTENIDO DE OXÍGENO EN LA
VELOCIDAD DE LA CORROSIÓN ELECTROQUÍMICA
Aumenta contenido de oxígeno
DESOXIG MECÁNICA
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CONTROL DE GASES Oxígeno ? picado Deaireado
mecánico calentamiento a 227 F, 5 psi (Cleaver
Brooks) reduciendo solubilidad, agitando,
maximizando área y venteando.

• Desoxigenación mecánica
• 8 ppm inicial
• 0,1 - 0,005 ppm

DESOXIG QUÍMICA
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• Desoxigenación mecánica
• Química
• N2H4 02 -gt N2 2H20 1 ppm N2H4 1
  ppm oxígeno
• 2Na2SO3 02 -gt 2NaSO4 10 ppm SO3 1 ppm
  oxígeno
• carbohydrazide,hydroxylamine, diethyl
  hydroxylamine, ketoximes, erythrobic acid
  (isoascorbic acid).

COMO ENFRENTAR PROBLEMAS
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• TRATAMIENTO EFECTIVO DE AGUAS
• Personal entrenado en la mantención y muestreo
  diario de aguas
• Inspección periódica y ajuste de parámetros
• Chequeo de equipos de tratamiento
• Recomendaciones e imposiciones por escrito
• Asistencia de especialista en tratamiento de agua

CORR OXÍGENO
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01.01.01.02
Material Acero al carbono (35.8).
Sistema Caldera (1.7 MPa). Parte Cañería del
economizador (antes y después de
limpieza). Fenómeno Corrosión por Oxígeno.
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Apariencia El trozo de cañería superior, limpia-
da con ácido muestra corrosión por picado.
Abajo se muestran las pica- duras cubiertas
por óxido. Tiempo de falla Aproximadamente 2
años. Medio ambiente Agua deaireada a 105 C
(mezcla de agua desmineralizada con con-
densado, que contiene sulfito de sodio.
SOLUCIÓN
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Causa Mala operación del deaireador,
combinado con un baja dosis de sulfito,
producto de error en el análisis. Solución -Repl
ace the economizer. -Chemically clean boiler in
order to halt the corrosion already present
in the rest of the boiler. -Modify the
atomizing phase of the deaerator to match
the lower load, and -Periodically check the
operation of the deaerator.
CORR CAUSTICA
25
01.01.03.02
Material Acero al carbono (ASME SA-210,
similar a AISI 1020). Sistema Caldera (p
14.5MPa). Parte Pared del tubo. Fenómeno Corrosi
ón cáustica
DESCRIPCIÓN PORQUÉ
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Apariencia ranura profunda debajo de depósito
interior. Tiempo de falla 13 años. Medio
Ambiente Agua de caldera. Tratamiento
H2Opolifosfato de Na Causa El depósito aisló al
metal del agua, de modo que el vapor formado
de- bajo de este depósito escapaba, dejando
un residuo alcalino que produjo una ranura
profunda en la superficie.
DESTRUCCIÓN MAGNETITA, H2
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NaOH ataca a la magnetita 4NaOHFe3O4
?2NaFeO2Na2FeO22H2O. Cuando es removida la
magnetita, entonces reacciona el NaOH
directamente con el fierro Fe2NaOH
-gtNa2FeO2H2.
SCC, H2, METANO
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El hidrógeno formado puede conducir a la
presencia de otro tipo de corrosión daño por
hidrógeno ? SCC Solución Reducir la cantidad de
hidróxido de sodio, prevenir el exceso de
depósito formado en el lado del agua,
inspeccionando anualmente y limpiando la caldera
si fuera necesario.
SCC, H2, METANO
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El metano no difunde fácilmente y genera fuertes
tensiones internas
CASO VANADIO
30
01.01.04.08
Material Acero al carbonol (ASME SA-106-B,
simi- lar al AISI 1030). Sistema Caldera a
petróleo Parte Tubo horizontal del
economizador Fenómeno Corrosión ácida
DESCRIPCIÓN
31
01.01.04.08
Apariencia La superficie externa muestra pér-
dida generalizada de metal. Tiempo de
fallaDesconocido. Medio ambiente Gases
conteniendo SO2 y SO3 Temperatura entrada
300C salida 185C.
SOLUCIÓN
32
01.01.04.08
Causa Condensación de ácido sulfúrico en la
parte fría, donde cae la temperatura bajo la
temperatura de condensación. El combustible
contiene 1,9 S. Se mide el pH de producto de
corrosión (mezclando con agua al 1) pH 2,3
SOLUCIÓN
33
01.01.04.08
Solución Especificar combustible con bajo
contenido de azufre y bajo contenido de
humedad. Operar caldera con menos de 5 de
exceso de aire para mantener SO3 tan bajo como
sea posible. Cambiar diseño para eliminar
tempera- turas bajo el punto de condensación
del ácido sulfúrico.
PROBLEMA VANADIO
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01.01.06.01
Material Acero (13 CrMo 9 10). Sistema Tubo
de caldera (6.1 MPa). Parte Tubo del
sobrecalentador. Fenómeno Corrosión por alta
temperatura.
DESCRIPCIÓN
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01.01.06.01
Apariencia Ataque externo uniforme Tiempo de
falla 5 años. Medio AmbienteDepósito
conteniendo sobre 70 de sulfato de sodio y 4
óxido de vanadio. Causa La presencia de
óxidos de metales pesados (V, W, Nb) catalizan
la oxidación a temperatura alta. El
combustible contiene S, V y Na.
SOLUCIÓN
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01.01.06.01
A temperatura de pared mayor que 600C
funden tanto el óxido de vanadio como el
sulfato de sodio, conduciendo a corrosión del
acero corrosión a alta temperatura o
corrosión por cenizas. Solución Se probaron
aditivos en el combustible. Posteriormente se
pasó a gas natural, cambiándose todo el
sobrecalentador.
LANGELIER RYZNAR
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Distillate diesel fuels can contain up to 1
sulphur (by weight) and residual diesel fuels up
to 3 sulphur. This sulphur is oxidised to
sulphur acids, and sulphuric acid condensate may
be encountered on the cooler surfaces. 6.
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Indice de Langelier pH - pHs. Indice de
Ryznar 2pHs - pH
TABLA INDICES
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pHs (9.3 A B) - (C D)
CONTENIDO AZUFRE