Conductividad de desgasificación

La conductividad desgasificada se utiliza como indicador de la calidad del agua en el ciclo agua/vapor de las centrales eléctricas . Los valores de conductividad excesivos suelen indicar un alto potencial de corrosión , especialmente con ciertos iones como los iones de cloruro y acetato . Estos pueden ser especialmente dañinos para las palas de la turbina de vapor . La conductividad desgasificada se mide después de que la muestra de agua haya pasado por una resina y se le haya eliminado el dióxido de carbono mediante un proceso de desgasificación. La conductividad específica y la conductividad catiónica son los otros tipos principales de medición.

Las mediciones de conductividad en el ciclo agua/vapor de las centrales eléctricas se utilizan habitualmente como indicadores de la calidad del agua utilizada en el proceso. Los valores de conductividad demasiado altos suelen indicar un alto potencial de corrosión , especialmente en el caso de ciertos iones como los iones de cloruro y acetato . Estos pueden ser especialmente dañinos para los álabes de la turbina de vapor .

Normalmente, se utilizan tres tipos principales de mediciones de conductividad:

• Conductividad específica, una medida que indica el total de sólidos disueltos en una solución acuosa.
• Conductividad catiónica, una medida que se toma después de que la muestra de agua ha fluido a través de un lecho de resina (conocido como intercambiador de cationes)
• Conductividad de desgasificación, una medida que se toma después de que la muestra de agua ha fluido a través de una resina y se le ha eliminado el dióxido de carbono mediante un proceso de desgasificación.

Generalmente, la conductividad desgasificada se mide a partir de muestras condensadas y enfriadas de vapor primario. También puede ser relevante para analizar el retorno de condensado, especialmente en casos en los que el condensado proviene de una planta separada que utilizó el vapor en otro proceso.

Las tres mediciones de conductividad anteriores proporcionan una de las mediciones más sólidas. Además, con tres mediciones es posible calcular:

(1) pH del agua de alimentación de condensado/vapor y caldera. (Consulte VGB-S-010-T-00;2011-12.EN-ebook )

(2) Valores de CO _{2 calculados (consulte la norma ASTM D4519)}

Una vez que se han eliminado los iones del acondicionamiento del agua circulante (p. ej. amonio NH ₄ ⁺ ) en el intercambiador de cationes , se deben eliminar los iones resultantes de los componentes gaseosos para determinar la conductividad desgasificadora. Se trata típicamente de gases de la atmósfera que han penetrado en el sistema a través de fugas en el circuito de agua-vapor. De todos los gases presentes en la atmósfera, típicamente solo el dióxido de carbono (CO ₂ ) se disuelve químicamente en iones en el agua circulante. Los gases restantes ( oxígeno , nitrógeno , etc.) se disuelven físicamente y no forman iones, por lo que no contribuyen a la conductividad. Las reacciones químicas del dióxido de carbono en el agua se desarrollan de acuerdo con la siguiente ecuación de reacción (ley de acción de masas):

A) CO ₂ + 2 H ₂ O <--> HCO ₃ + H ₃ O ⁺ pK = 6,3

B) HCO ₃ ⁻ + 2 H ₂ O <--> CO ₃ ^{2 −} pK = 10,3

Vea el gráfico que muestra la concentración relativa de CO ₂ . Después del intercambiador de cationes, el valor de pH de la muestra es generalmente de 5,5 a 6, lo que significa que casi solo el CO ₂ está presente como gas y solo alrededor del 6 % es ion carbonato de carbono CO ₃ ²⁻ . El ion bicarbonato (HCO ₃ ⁻ ) está prácticamente ausente.

Sin embargo, los componentes iónicos del dióxido de carbono son mucho menos peligrosos para la corrosión que los iones de los componentes salinos, por ejemplo, Cl ⁻ . Para obtener un valor de conductividad selectivo para estos iones que contienen sal (con el máximo potencial de corrosión), todo el dióxido de carbono restante debe eliminarse de la muestra para determinar con precisión la presencia de iones corrosivos.

En general, existen dos métodos para eliminar el dióxido de carbono de la muestra de agua: el uso de un rehervidor para calentar la muestra y expulsar el CO2 _, y el uso de gases inertes. En el último método, se hace pasar un gas inerte que no contiene CO2 _a través del agua de muestra, por lo que los componentes gaseosos del agua de muestra son desplazados por los componentes gaseosos del gas inerte. El uso de gases inertes envasados ​​puede ser problemático en algunas aplicaciones industriales. Los rehervidores son muy eficientes en la desgasificación, con resultados superiores al 92%, pero normalmente requieren entre 20 y 45 minutos para lograr resultados útiles. ^[1] Los fabricantes de sistemas de rehervidor incluyen Swan Analytical, Forbes Marshall, Mettler Toledo y Sentry Equipment Corp.

El funcionamiento del sistema de conductividad catiónica desgasificadora se explica en la animación adjunta.

También se han desarrollado otros métodos, como el método del gas inerte (conocido como "método dinámico de Gronowski" ^{[2] ), en el que el gas inerte se genera en la columna de descarbonatación haciendo pasar aire a través de una columna llena} de cal sodada . La eliminación del dióxido de carbono se lleva a cabo en una columna intercambiadora según el principio de contraflujo. El gas inerte expulsa el dióxido de carbono de la muestra de agua de modo que no se pueda formar ningún ion carbonato. Lo que queda en la muestra de agua son iones similares a la sal (similares a los ácidos) y componentes orgánicos, así como oxígeno y nitrógeno que no forman iones en medios acuosos. El método de desgasificación patentado por Gronowski ^[3] es extremadamente rápido, logrando aproximadamente un 94% de desgasificación en 45 segundos, aumentando hasta una eficiencia final aún mayor. ^[4] Vea el gráfico, tomado de datos de prueba reales.

El crecimiento de las fuentes de energía renovables (pero inestables) ha supuesto una mayor carga para las plantas eléctricas modernas a gas, que deben encenderse y apagarse para mantener una producción eléctrica constante y fiable entre las energías renovables y la carga base . Estas plantas utilizan una combinación de turbinas de gas (70 %) y de vapor (30 %) para producir electricidad. Para lograr la máxima eficiencia es fundamental garantizar que el vapor puro llegue rápidamente a la segunda etapa.

Durante la puesta en marcha de una planta de energía , la pureza del vapor generado determina si se puede enviar a la turbina de vapor o si se debe derivar al condensador. Tradicionalmente, se utilizan instrumentos de "conductividad catiónica" para analizar la calidad del vapor, pero además de medir compuestos iónicos dañinos (por ejemplo, iones de cloruro), también incluyen CO ₂ , que como se dijo anteriormente no es significativamente dañino para la turbina de vapor. Además, los analizadores de conductividad catiónica típicos tardan entre 3 y 4 horas en proporcionar indicaciones útiles de la pureza del vapor. En muchos casos, esto significa que la planta nunca alcanza el 100% de eficiencia antes de desconectarse. Eso significa que una planta de ciclo combinado de turbina de gas quemaría combustible al 100%, pero solo lograría una producción del 70% y ventilaría el exceso de calor y escape.

En el caso de una planta de energía de carga base tradicional, los ciclos son mucho menos frecuentes; en algunos casos, solo dos veces al año para mantenimiento. En comparación con la medición de la conductividad catiónica únicamente, el ahorro de costos que se obtiene con un arranque acelerado utilizando la conductividad desgasificada es potencialmente muy grande. A 0,50 dólares por MW-minuto (30 dólares por MWH), una planta de carbón de 750 MW que arranque tres horas más rápido en cada ciclo podría generar teóricamente 133.875 dólares adicionales de ingresos anuales a partir del mismo combustible.

Partiendo de supuestos similares, el ahorro de costes entre las distintas metodologías de desgasificación es significativo. Si se utiliza un sistema dinámico similar al de Gronowski, en los casi 30 minutos de tiempo de arranque que se ahorran con respecto a un método de rehervidor, la típica planta de ciclo combinado generará incluso más ingresos a partir del mismo combustible consumido en cada arranque del sistema, especialmente si se utiliza el precio típico de la electricidad en horas punta. Otros beneficios son una mayor eficiencia energética y una reducción de las emisiones de calor y gases de escape.

Los instrumentos de conductividad de catión desgasificadora están diseñados para medir los tres valores de conductividad (conductividad específica, catiónica y de catión desgasificadora) y también proporcionan resultados para el pH calculado y el CO2 calculado _en el agua de alimentación o el condensado.