Mini Caldeiras 2008

Minicursos CRQ-IV 2008Tratamento Qumico de guas de caldeiras

Tratamento qumico de Tratamento qumico de qguas de caldeiras

qguas de caldeirasgg

Conselho Regional de Qumica IV Regio Apoio: Caixa Econmica Federal


Jos Otavio Mariano Silva

Extensa experincia nas reas de Tratamento de guas Industriais e gEspecialidades Qumicas

Qumico pela Universidade Mackenzie

Fsico pela Universidade de So Paulo



Vinculaes

Conselho Regional de Qumica 4 RegioConselho Regional de Qumica 4 Regio

Amcham - Cmara Americana de Comrcio

ABEQ - Associao Brasileira de Engenharia Qumica

CTI - Cooling Technology Institute, Houston, USA

ABC - Associao Brasileira de Cosmetologia

ACS American Chemical Society WashingtonACS - American Chemical Society, Washington, DC, USA

SBF S i d d B il i d F i


SBF -Sociedade Brasileira de Fsica


Jos Otavio Mariano Silva

Autor ou co-autor de numerosos trabalhos tcnicos apresentadose publicados no Brasil e no exterior sobre tratamento de guasindustriais:

Petrobrs

ABRACO -Associao Brasileira de Corroso

IWC -International Water ConferenceIWC International Water Conference

NACE - National Association of Corrosion Engineers

CTI - Cooling Technology Institute

ABC - Associao Brasileira de Cosmetologia


ABC - Associao Brasileira de Cosmetologia.


GUA: sua importncia

Um dos 4 elementos da antiguidade: gua, ar, terra e fogo.Um dos 4 elementos da antiguidade: gua, ar, terra e fogo.

No h vida sem gua: uma pessoa saudvel pode viver at 30 No h vida sem gua: uma pessoa saudvel pode viver at 30 dias sem comida, mas morrer em uma semana sem gua.dias sem comida, mas morrer em uma semana sem gua.

Consumo mundial: 2.270 km3 / ano Consumo mundial: 2.270 km3 / ano

Reservas estipuladas pela ONU: mnimo de 2.000 metros Reservas estipuladas pela ONU: mnimo de 2.000 metros cbicos / ano / pessoa;cbicos / ano / pessoa;p ;p ;



GUA: escassez ou abundncia ?

Planeta GUA: 75% da superfcie terrestre so cobertos por gua 1.4 bilho de km3.

Porm apenas 3% so gua doce!

Desta pequena poro, 2% esto congelados em geleiras, calotas polares e neves eternas;

Concluso: apenas


GUA: escassez ou abundncia ?

Se toda a gua do mundo coubesse em um balde a gua doce corresponderia aum balde, a gua doce corresponderia a apenas uma colher de sopa!

26 b i d 250 ilh d 26 pases, abrigando 250 milhes de pessoas, j foram oficialmente declarados pela ONU como reas de escassez crnica de guaescassez crnica de gua.



Usos da gua na indstria

Matria prima (gua de processo)

Gerao de vapor (gua de caldeiras)

ResfriamentoResfriamento

Uso domstico (potvel e sanitrio)

Conseqncia efluentes (guas residurias)



Gerao de vapor- Requisitos

Especificaes: definidas pela ABNT (Associao Brasileira de Normas T i ) ABMA (A i B il M f t A i ti )Tcnicas) ou ABMA (American Boilers Manufacturers Association)

Ausncia de sais de dureza

Mnima quantidade de silica

M i tid d d f Mnima quantidade de ferro

Ausncia de cloro



Equipamentos: caldeiras, tubulaes e trocadores de calor

Construo: ao carbono, cobre, lato, ao galvanizado, aos inoxidveis

Baixo preop

Facilidade de construo e manuteno

Bom condutor de calor



Vapor e sua utilidade

Gerao de energia eltrica nas usinas nucleares e termo-eltricas.Indstrias qumicas e petroqumicas.Indstrias qumicas e petroqumicas.

Acar e lcool.Papel e celulose.

Refinarias de petrleo.Refinarias de petrleo.Frigorficos, abatedouros e curtumes.

Indstrias txteis.Cervejarias e bebidas.Cervejarias e bebidas.

Alimentos Indstria naval.

Madeira e borrachaMadeira e borracha.Indstria de tintas e vernizes.

E praticamente todas os demais setores da indstria.



A gua como meio ideal de transmisso de calor

Baixo custo Alto calor especifico Alto calor especifico Abundncia Segurana



1 G d1.Gerao de vapor 3.1 Caldeiras

O que uma caldeira?qQuais os tipos de caldeiras? Como funcionam?



Gerao de vapor: caldeira aquatubularGerao de vapor: caldeira aquatubular



Gerao de vapor: caldeira fogotubular



C d f d i t ld iCausas da formao de incrustaes em caldeiras



C i d t t tComposio da crosta terrestre

xidos Percentagemxidos PercentagemSiO2 59.71Al2O3 15.41CaO 4.90MgO 4.36Na O 3 55Na2O 3.55FeO 3.52K2O 2.802Fe2O3 2.63H2O 1.52TiO2 0.60P2O5 0.22Total 99 22


Total 99.22


Inorgnicos carbonatos

bi b tbicarbonatosSulfatosCloretosNitratos

Contaminantes da

gua Clcio Magnsio

FerroMangans

gua

Mangans Slica

FluoretosOrgnicos g

Acidos hmicosTaninos

Gases dissolvidosOxigenioOxigenio

CloroGs carbonico

xidos de enxofre (Sox)


xidos de nitrogenio (Nox)


Consequncias da presena de contaminantes

IncrustaoCorroso



Causas da formao de incrustaes em caldeiras

Solubilidade dos sais

Carbonato de clcio reage com gua saturada com gs carbnico, formando bicarbonato de clciobicarbonato de clcio.

CaCO3 + CO2 + H2O Ca(HCO3)2

C (HCO ) l C CO i it d H 0 CO Ca (HCO3) 2 --------calor--------> CaCO3 precipitado + H20 +CO2

A reduo na solubilidade e subseqente precipitao de slidos conseqncia de se buscar os nveis mais estveis de energia dentro do co seq c a de se busca os e s a s est e s de e e g a de t o dosistema qumico, do mesmo modo que a corroso conseqncia de o metal sempre tender em direo a sua condio de mais baixa energia. As incrustaes e lamas podem portanto ocorrer devido a reaes qumicas que levam aos compostos menos solveis.



Depsitos ou incrustaes: definio e causas

Aderente e permanenteAderente e permanente Contaminantes de processoContaminantes de processo Presentes na gua: areia, barro, limo e algasPresentes na gua: areia, barro, limo e algas Formados pela concentrao de sais dissolvidos naFormados pela concentrao de sais dissolvidos na Formados pela concentrao de sais dissolvidos na Formados pela concentrao de sais dissolvidos na

gua: carbonatos, sulfatos, fosfatos, slica, clcio, gua: carbonatos, sulfatos, fosfatos, slica, clcio, magnsio, ferromagnsio, ferroFormados por produtos de corroso: xidos de ferroFormados por produtos de corroso: xidos de ferro Formados por produtos de corroso: xidos de ferro, Formados por produtos de corroso: xidos de ferro, sais de zinco (white rust)sais de zinco (white rust)



Depsitos ou incrustaes

Reduzem troca trmicaReduzem troca trmica

Facilitam a corroso sob depsitosFacilitam a corroso sob depsitos

Aumentam o fator de rugosidade e a perda Aumentam o fator de rugosidade e a perda de carga em tubulaes e trocadores de de carga em tubulaes e trocadores de calorcalorcalorcalor



Depsitos ou incrustaes em caldeiras

R d d t t iR d d t t iReduo da troca trmicaReduo da troca trmica

As perdas mdias de calor, em funo da espessura das incrustaes,As perdas mdias de calor, em funo da espessura das incrustaes,As perdas mdias de calor, em funo da espessura das incrustaes, As perdas mdias de calor, em funo da espessura das incrustaes, so tabuladas a seguir:so tabuladas a seguir:

E S P E S S U R AE S P E S S U R A % DE PERDA DE CALOR% DE PERDA DE CALOR00,,5050 mmmm............................................................................................................................................................................................44%%00,,7575 mmmm............................................................................................................................................................................................77%%11,,0000 mmmm..............................................................................................................................................................................................99%%11,,2525 mmmm..........................................................................................................................................................................................1010%%11 5050 mmmm 1313%%11,,5050 mmmm..........................................................................................................................................................................................1313%%22,,2020 mmmm..........................................................................................................................................................................................1515%%22,,7070 mmmm..........................................................................................................................................................................................1616%%




Reduo da troca trmica Reduo da troca trmica




Aumento no consumo de combustvelAumento no consumo de combustvel




Conseqncias:Conseqncias:

Superaquecimento localizadoSuperaquecimento localizado

Ruptura de tubos sob pressoRuptura de tubos sob presso

E l E l ExplosesExploses

Aumento no consumo de combustveisAumento no consumo de combustveisAumento no consumo de combustveisAumento no consumo de combustveis




ExplosesExploses



Preveno de depsitos em caldeiras

PrPr--tratamentotratamento



P d d itPreveno de depsitos ou incrustaes em caldeiras

RemooRemoo dos dos possveispossveis contaminantescontaminantes:: FiltraoFiltrao AbrandamentoAbrandamento: : remooremoo dos sais de dos sais de clcioclcio e e

i i ((dd ))magnsiomagnsio ((durezadureza)) DeionizaoDeionizao ouou desmineralizaodesmineralizao

OO OsmoseOsmose reversareversa DesaeraoDesaerao ((mecnicamecnica ouou qumicaqumica))

R R dd ff (( l l RemooRemoo de de ferroferro e e mangansmangans ((cloraoclorao, , greensand e greensand e outrosoutros oxidantesoxidantes))



FiltraoFiltrao



Abrandamento: remoo dos sais de clcio e magnsio (dureza)de clcio e magnsio (dureza)



Abrandamento: como funciona



Deionizao ou desmineralizao



Osmose reversa



Desaerao (mecnica ou qumica)



Remoo de ferro e mangans (clorao, greensand e outros oxidantes)greensand e outros oxidantes)




TratamentoTratamento qumicoqumico

1 1 PatentePatente

22 de 22 de dezembrodezembro de 1846 (Anthony de 1846 (Anthony and Barnum):and Barnum): serragemserragem dede mognomognoand Barnum): and Barnum): serragemserragem de de mognomogno



P d d itPreveno de depsitos em caldeiras

TratamentoTratamento qumicoqumico TratamentoTratamento qumicoqumico ReagentesReagentes estequiomtricosestequiomtricos:: PrecipitaoPrecipitao dos sais de dos sais de durezadureza: : fosfatosfosfatos

simplessimplespp 3Ca++ + 2PO4--- + Ca3 (PO4)2




TratamentoTratamento qumicoqumicoqq ReagentesReagentes estequiomtricosestequiomtricos::

PrecipitaoPrecipitao dos sais dedos sais de durezadureza:: fosfatosfosfatos PrecipitaoPrecipitao dos sais de dos sais de durezadureza: : fosfatosfosfatoscomplexoscomplexos

10 Ca++ + 6 PO4--- + 2 OH- 3 Ca3 (PO4)2 .Ca(OH) 2 HidroxiapatitaHidroxiapatita de de clcioclciopp VantagensVantagens: : nono aderenteaderente, , fcilfcil de remover de remover porpor

purgaspurgas..Conselho Regional de Qumica IV Regio Apoio: Caixa Econmica Federal

purgaspurgas..



TratamentoTratamento qumicoqumicoReagentesReagentes nono esteq iomtricosesteq iomtricos ReagentesReagentes nono--estequiomtricosestequiomtricos

PoliacrilatosPoliacrilatos

CoCo--polmerospolmeros acrlicoacrlico//maleicomaleicoCoCo polmerospolmeros acrlicoacrlico//maleicomaleico

P li l tP li l t PolimaleatosPolimaleatos



Preveno de depsitos em caldeiras TratamentoTratamento qumicoqumico ReagentesReagentes nono--estequiomtricosestequiomtricosReagentesReagentes nono estequiomtricosestequiomtricos FosfonatosFosfonatos

Pi iPi i ATMPATMP PioneiroPioneiro: ATMP : ATMP

HedpHedp

PbtcPbtc : :



P d d i ld iPreveno de depsitos em caldeiras

TratamentoTratamento qumicoqumico ReagentesReagentes nono--estequiomtricosestequiomtricos DerivadosDerivados dodo cidocido PoliepoxiPoliepoxi--succnicosuccnico (PESA)(PESA)DerivadosDerivados do do cidocido PoliepoxiPoliepoxi succnicosuccnico (PESA)(PESA) TendenciaTendencia verdeverde: : semsem fsforofsforo, , semsem nitrognionitrognio::

D i dD i d dd id id lili ti ti DerivadosDerivados do do cidocido polipoli--asprticoasprtico



Mecanismo de ao de dispersantes qumicos

Figura 1 (gua sem adio de dispersantes) Figura 2 (gua com 0.5 ppm de dispersantes)



Preveno de arraste de gua da caldeira

CausasCausas:: AlcalinidadeAlcalinidade elevadaelevada SlidosSlidos dissolvidosdissolvidos SlidosSlidos dissolvidosdissolvidos ContaminantesContaminantes: : tensoativostensoativos, , matriamatria orgnicaorgnica SlicaSlica ((acimaacima de 40 de 40 kgfkgf/cm/cm22)) ControleControle do do ciclociclo de de concentraoconcentrao ((purgaspurgas)) ((p gp g ))



Corroso: causas

CorrosoCorroso galvnicagalvnica CorrosoCorroso porpor oxigniooxignio dissolvidodissolvido CorrosoCorroso porpor stressstressCorrosoCorroso porpor stressstress CorrosoCorroso microbiolgicamicrobiolgica (MIC)(MIC)

A tA t dd l tl t AgravantesAgravantes: : presenapresena de de onsons: : cloretoscloretos, , amniaamnia, , sulfetossulfetos



Corroso: formas

AtaqueAtaque uniformeuniforme ((raroraro nana prticaprtica)) AtaqueAtaque uniformeuniforme ((raroraro nana prticaprtica)) CorrosoCorroso puntiformepuntiforme (pitting)(pitting) CorrosoCorroso porpor erosoeroso: : impactoimpacto e e cavitaocavitao CorrosoCorroso sobsob depsitosdepsitosCorrosoCorroso sob sob depsitosdepsitos LixiviaoLixiviao: : retiradaretirada do do zincozinco de de latolato



Preveno de corroso em caldeiras SeqestrantesSeqestrantes de de oxigniooxignio::

S lfitS lfit dd didi 2N SO O 2N SO SulfitoSulfito de de sdiosdio: : 2Na2SO3 + O2 2Na2SO4

hidrazinahidrazina:: N2H4 + O 2 2H2O + N2hidrazinahidrazina: : N2H4 O 2 2H2O N2

DEHA: DEHA: 4(C 2 H5) 2 NOH + 9O2 8CH3COOH + 2N2 + 6H2O

Hidroquinona: C 6 H4(OH) 2 + O 2 C 6 H4O 2 + H2O

NeutralizantesNeutralizantes de vapor e de vapor e condensadocondensado: : morfolinamorfolina, , ciclohexilaminaciclohexilamina, , octadecilaminaoctadecilamina



Preveno de corroso em caldeiras

SeqestrantesSeqestrantes de de oxigniooxignio::

ProdutosProdutos maismais modernosmodernos::ProdutosProdutos maismais modernosmodernos:: CarbohidrazidaCarbohidrazida ((semsem osos riscosriscos saudesaude da da

hidrazinahidrazina))hidrazinahidrazina)) cidocido ascrbicoascrbico



Ataque uniforme (raro na prtica)



Corroso puntiforme (pitting)



Corroso por stress, impacto e cavitao



Corroso sob depsitos



Lixiviao: retirada do zinco de lato



Preveno de depsitos ou incrustaes em caldeirasincrustaes em caldeiras

ExigenciaExigencia legal : Norma Brasileira NR 13. item legal : Norma Brasileira NR 13. item 13.3.313.3.3

A qualidade da gua deve ser controlada e tratamentos devem ser implementados quandotratamentos devem ser implementados, quandonecessrios para compatibilizar suaspropriedades fsico-qumicas com os parmetrospropriedades fsico qumicas com os parmetrosde operao da caldeira. (113.018-8 /I4)



Parmetros de controle de gua para caldeirasParmetros de controle de gua para caldeiras

Segundo ABNT e ABMA (AMERICAN BOILERS MANUFACTURERS ASSOCIATION)



Automao

Sistemas automticos de dosagem: bombas de pisto, diafragma, venturi.

Drenagem (purga) automtica: temporizada, ou por condutividade.



Limpeza

PrPr--operacionaloperacional: boil out de : boil out de caldeirascaldeiras novasnovas



LiLimpeza qumica: cida, alcalina, mecnica, de Limpeza

p q , , ,equipamentos em servio, devido a tratamento inadequado ou inexistente;inadequado ou inexistente;



Sistema no-qumicos de tratamento

MagnticosMagnticos MagnticosMagnticos CatalticosCatalticos



Uso de dispositivos no qumicos: MuitosUso de dispositivos no qumicos: Muitosdispositivos no qumicos vendidos para otratamento de gua industrial so alegadoscomo capazes de resolver todos oscomo capazes de resolver todos osproblemas relacionados gua, incluindoincrustaes, corroso, limo e cheiro. Diz-sed l l lt d t ideles que alcanam resultados notveisatravs de foras naturais (tais comomagnetismo, eletricidade ou radiao) oud h id l h i desconhecidas pelos engenheiros ou noreveladas. Freqentemente se afirma que osdispositivos no qumicos exigem pouca ou

h t h d tnenhuma ateno e nenhum produtoqumico. Em geral, eles no tm sedemonstrado efetivos. Conseqentemente, o

d di i i d uso destes dispositivos de tratamento noqumicos em sistemas do Exrcito, seja emforma de teste ou em base regular,


proibido.


Qual , na sua opinio, o fator mais determinante no tratamento de guas de gcaldeiras? O custo ou a segurana?segurana?



A conservao dos recursos naturais, da gua em particular, uma prioridade nas empresas p pque buscam sustentabilidade. Como o tratamento adequadoComo o tratamento adequado da gua pode contribuir para alcanar este objetivo?alcanar este objetivo?



Voc acha relevante o impacto ambiental da gerao de vapor em caldeiras? Qual o combustvel ideal para caldeiras? Gs leocaldeiras? Gs, leo, eletricidade, nuclear?



Se voc tivesse que escolher um tratamento para uma gua de alimentao com cerca de 30 ppm de dureza de clcio, qual seria?qual seria?



Voc acabou de assumir a rea de utilidades de sua empresa e descobriu que as duas qcaldeiras de que voc dispe esto incrustadas O que fazer?esto incrustadas. O que fazer?



Agradecimentos

Ao CRQ 4, pelo convite e organizao, e sobretudo, pela idia dos minicursos

Aos participantes

Caixa Econmica Federal, pelo apoio


Documents

Mini Caldeiras 2008