Le centrali termoelettriche necessitano di enormi quantità d'acqua, dal momento che utilizzano vapore altamente puro ad alta pressione per far girare le turbine. Viene implementato un circuito separato dell'acqua di raffreddamento, che aiuta a formare un vuoto quando il vapore si condensa dopo le turbine. Il mantenimento di questo vuoto con parametri di condensazione ottimali è fondamentale per garantire l'efficienza della centrale.
I condensatori in rame sono suscettibili alla corrosione dell'ammoniaca (NH3). Piccole incrinature nel condensatore insieme all'elevata pressione differenziale tra il circuito del vapore e il circuito dell'acqua di raffreddamento causano la contaminazione dell'acqua ad elevata purezza nella caldaia, provocando problemi gravi e la necessità di un arresto dell'impianto per effettuarne la manutenzione. Il monitoraggio NH3 online nell'acqua di raffreddamento con un analizzatore di processo può segnalare problemi precoci in un impianto prima che sia necessaria un'intermediazione significativa.
Questa Application Note di processo presenta un modo per monitorare da vicino la concentrazione di NH3 nell'acqua di raffreddamento delle centrali per garantire la protezione dei costosi asset aziendali (es. tubazioni, caldaie e altro) e contribuisce a salvaguardare il funzionamento degli impianti.
Le centrali termoelettriche richiedono enormi quantità di acqua per convertire l'energia dal calore generato in elettricità, utilizzando vapore ad alta purezza e pressione per ruotare le turbine. Il vapore perde energia e condensa, formando un vuoto dopo le turbine, e il vapore ricondensato viene rimandato alla caldaia per il riutilizzo. Il mantenimento di questo vuoto con parametri di condensazione ottimali è fondamentale per garantire l'efficienza della centrale.
L'acqua di raffreddamento viene utilizzata in un circuito dell'acqua separato per scambiare il calore dal condensatore all'ambiente circostante. Le fonti d'acqua per il raffreddamento possono variare da acqua di mare, laghi e fiumi, alle acque reflue municipali ritrattate (MWW). Il circuito dell'acqua di raffreddamento, discusso in altre Application Notes di processo Metrohm (AN-PAN-1013, AN-PAN-1038), è classificato come una tantum o a ricircolo (il raffreddamento a secco non è discusso qui). Il numero crescente di linee guida ambientali e limiti di scarico termico ha costretto molti impianti a utilizzare circuiti chiusi di ricircolo dell'acqua di raffreddamento, riducendo il fabbisogno di acqua di raffreddamento di circa il 95% rispetto ai sistemi di raffreddamento una tantum. Il calore del condensatore può essere dissipato in diversi modi, più comunemente da una torre di raffreddamento evaporativa (Figura 1). Sono necessarie solo piccole quantità di acqua di reintegro per sostituire le perdite per evaporazione, deriva e spurgo nei circuiti dell'acqua di raffreddamento a ricircolo. La chimica dell'acqua di raffreddamento viene mantenuta principalmente per inibire la formazione di incrostazioni e la crescita microbica (incrostazioni), nonché per controllare la corrosione.
Le leghe di rame (Cu) sono ormai utilizzate quasi esclusivamente nei condensatori del circuito acqua-vapore. Lo svantaggio è la suscettibilità del rame e delle sue leghe alla corrosione dell'NH3. L'ammoniaca è anche nutriente per i microbi, che causano incrostazioni biologiche. Le torri di stripping dell'ammoniaca possono essere implementate in loco per rimuovere una percentuale significativa di NH3 tramite stripping acqua-aria, altrimenti è necessario il trattamento dell'acqua. La stessa torre di raffreddamento può rimuovere l'NH3 volatile a livelli di pH ottimali. Secondo l'Electric Power Research Institute (EPRI), nei sistemi con leghe di rame deve essere rispettato un limite superiore di 2 mg/l di NH3 per prevenire una forte corrosione. Il risultato è una maggiore concentrazione di Cu negli effluenti o altri scarichi, che è di interesse ambientale. La corrosione può anche causare perdite e guasti catastrofici nelle tubazioni. Piccole perdite e crepe combinate con l'ampio differenziale di pressione tra il circuito del vapore e il circuito dell'acqua di raffreddamento contamineranno l'acqua ad alta purezza nella caldaia, causando gravi problemi e rendendo necessaria la fermata per la manutenzione dell'impianto.
La corrosione del Cu e delle sue leghe può essere inibita aggiungendo triazoli per formare composti poco solubili sulla superficie del metallo. La clorazione di routine del sistema contro le incrostazioni biologiche ridurrà un po' i livelli di ammoniaca man mano che si formano le clorammine. I prodotti della corrosione e altre impurità possono essere rimossi mediante pulizia chimica. Tuttavia, è chiaro che l'ammoniaca è dannosa per il circuito dell'acqua di raffreddamento e deve essere trattata o rimossa in altro modo prima che possa verificarsi la corrosione del Cu. Metrohm Process Analytics offre più analizzatori di processo online in grado di misurare NH3 nell'acqua di raffreddamento delle centrali elettriche, avvisando il sistema di distribuzione chimica (CDS) di aggiungere più inibitori di corrosione, cloro o altri prodotti chimici di trattamento al circuito prima che si possano verificare danni estremi.
Il monitoraggio online del contenuto di ammoniaca è possibile con il 2060 Process Analyzer o con il 2026 Titrolyzer di Metrohm Process Analyzer (Figura 3). Un elettrodo ionoselettivo di ammoniaca (NH3-ISE) viene utilizzato in questa applicazione per un'analisi online rapida, semplice e accurata di concentrazioni di NH3 nell'acqua di raffreddamento. Dopo il campionamento, viene aggiunta una soluzione TISAB (Total Ionic Strength Adjustment Buffer) per regolare il pH a 11 o superiore e la concentrazione di NH3 nel campione è determinata utilizzando il metodo dell'aggiunta di standard dinamico.
Range tipico
0–100 mg/l di NH3
Concentrazioni più basse di ammoniaca possono essere analizzate online con metodi colorimetrici o cromatografici ionici, disponibile anche da Metrohm Process Analytics. Altre applicazioni online sono disponibili per l'industria energetica ed elettrica come: silice nell'acqua di alimentazione delle caldaie, calcio e solfato nel processo di desolforazione dei fumi, acido borico nell'acqua di raffreddamento, reattori ad acqua pressurizzata (PWR), misurazioni di ultratracce di ferro (Fe) e Cu, concentrazione di ammina ricca/magra e CO2 catturato negli impianti di cattura del carbonio e molti altri.
- Ambiente di lavoro sicuro e campionamento automatizzato
- Proteggi le preziose risorse aziendali (ad es. tubi, PWR e turbine, che sono soggette a corrosione)
- Risparmiare riducendo i tempi di fermo: l'analizzatore invia allarmi per valori fuori specifica che informano prima l'operatore
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