Por meio de reações químicas complexas, os quelantes podem causar um efeito colateral negativo que leva à corrosão e afinamento dos tubos usados em sistemas de caldeiras.
Um agente quelante é um componente essencial em um sistema de caldeira onde existem minerais duros e precisam ser "amolecidos" e dissolvidos no meio de transporte. Alguns exemplos de quelantes comumente conhecidos são o ácido etilenodiaminotetracético (EDTA) e o ácido nitrilotriacético (NTA). Além de melhorar a solubilidade de minerais duros, os produtos quelantes também são desejáveis na indústria devido ao seu formato e praticidade para injetar em solução. Agentes quelantes também podem limpar manchas dentro dos canos, removendo o tecido mole que tende a se acumular na parede interna do cano.
No entanto, por meio de reações químicas complexas, os quelantes podem causar um efeito colateral negativo que leva à corrosão e afinamento da parede do tubo. O uso excessivo de agentes quelantes pode criar um ambiente tóxico e produzir metais perigosos, como o cianeto.
Corrosão quelante assistida por fluxo
Um exemplo das desvantagens de usar um quelante é demonstrado em um incidente ocorrido em uma usina industrial privada no meio-oeste dos Estados Unidos em abril de 1996. Nesse caso, uma linha de água de alimentação de aço se rompeu, carbono de 6 polegadas de diâmetro. Imediatamente foi realizada uma investigação intensiva que determinou que a falha foi devido ao afinamento progressivo na parede do tubo de água de alimentação. O estudo desse incidente levou a uma terminologia conhecida como "corrosão quelante assistida por fluxo".
Estudo de caso de uma operação de caldeira levando à corrosão por quelante assistida por fluxo
A caldeira onde o tubo falhou é uma unidade movida a carvão com capacidade de vapor de 275.000 lb/h. A água da caldeira continha uma grande quantidade de ferro. Foi fabricado pela Babcock and Wilcox Company e instalado em 1962. Após a instalação, houve uma modificação que adicionou uma linha de alimentação de água ao sistema. A modificação foi concluída com sucesso. Quinze anos após a instalação original, o sistema da caldeira foi atualizado com injeção direta de quelante na água de alimentação. Foi relatado que a amostragem, o monitoramento e o teste ocorreram após a conclusão da atualização.
Alguns anos antes do incidente, os operadores descobriram corrosão na seção do duto onde os produtos quelantes foram injetados a montante da seção danificada. A caldeira estava funcionando normalmente no momento da ruptura. O afinamento da parede do tubo era evidente e acredita-se que tenha ocorrido antes da ruptura. O produto quelante foi injetado periodicamente a montante do local da falha.
A Figura 1 mostra um esquema do layout da tubulação no momento do acidente.
Figura 1. Esquema da tubulação ilustrando o sistema de caldeira com o local de quebra indicado.
Análise da corrosão por quelante em um sistema de caldeira
Uma análise desse tipo de corrosão em um sistema de caldeira pode ser concluída com base no entendimento da complexa reação química que ocorre no processo de corrosão. Simplificando, o agente quelante reage com o óxido de ferro (do material do tubo) na água. Isso resulta em gás hidrogênio, soda cáustica e quelato de ferro, que é um subproduto do quelante. O quelato de ferro é essencialmente ferro dissolvido e indica que o material do tubo se degradou e subsequentemente reagiu com o agente quelante. Quanto mais essa reação ocorre, mais corrosão contínua e afinamento da parede do tubo podem ser esperados.
O uso excessivo de um agente quelante não é recomendado e deve ser evitado, especialmente sob condições de alta temperatura e alta pressão. Este foi considerado um fator-chave no acidente, que levou à corrosão por quelante assistida por fluxo.
Um quelante é um oxidante e um solvente, semelhante a um ácido que desencadeia a corrosão. (Aprenda como descartar solventes usados em nosso Guia gratuito: Reciclagem de solventes para reduzir resíduos perigosos.) No incidente mencionado acima, a corrosão reduziu a espessura da parede do tubo da linha de água de alimentação. A corrosão induzida apareceu em pontos recortados. Embora a corrosão e o afinamento da parede do tubo ocorram no nível microscópico ou molecular, isso pode ser monitorado regularmente por meio de inspeções de vídeo e raios X. (Leitura relacionada: Como o circuito fechado de televisão (CCTV) está mudando o gerenciamento de ativos de esgoto e dutos).
Os quelantes têm uma composição química forte devido à sua alta solubilidade em água e baixa biodegradabilidade. Ao interagir ou reagir com outras substâncias, o agente quelante persiste e se transforma no ambiente. Isso impulsiona a necessidade de um monitoramento próximo do uso de quelantes e um incentivo para implementar soluções alternativas que sejam mais ecológicas.
Por exemplo, o ácido poliaspártico é um quelante de metal biodegradável e uma opção "mais ecológica". Ele fornece uma solução sustentável com um mecanismo anti-calcário e inibe a corrosão até certo ponto. É renovável e rentável na sua aplicação. No entanto, sua biodegradabilidade geralmente limita a capacidade duradoura.
Melhores práticas e recomendações para evitar a corrosão baseada em quelantes
As lições aprendidas com este estudo de caso que podem ser aplicadas a sistemas de caldeiras semelhantes incluem o seguinte:
- Os produtos quelantes devem ser usados com extremo cuidado, especialmente em aplicações de alta pressão com altas temperaturas de transporte.
- Considere cuidadosamente o uso de quelantes alternativos, como o ácido poliaspártico
- A taxa de injeção de quelante e água de alimentação deve ser monitorada de perto.
- O nível de oxigênio e o teor de ferro devem ser verificados com frequência com base nos padrões aplicáveis, nas melhores práticas e no manual de O&M da planta porque os níveis de oxigênio e ferro são exclusivos de cada planta em operação.
- Inspeções minuciosas devem ser realizadas com frequência (isso inclui a condição da tubulação e o equipamento de monitoramento e medidor do sistema)
Mais informações sobre corrosão por quelantes podem ser encontradas no Guia NALCO para análise de falhas de caldeiras.
conclusões
O incidente no tubo de água de alimentação de aço carbono de uma usina foi causado por corrosão por quelante assistida por fluxo e desencadeado por injeção excessiva de produto quelante no sistema da caldeira que estava operando em alta pressão e temperatura de transporte. As medidas de mitigação recomendadas incluem o monitoramento do conteúdo do produto quelante e inspeções periódicas.
Também é recomendável considerar um quelante alternativo, especialmente aqueles que fornecem características mais ecológicas, como biodegradabilidade mais fácil.