EL TRATAMIENTO DE CONDENSADO (EN SISTEMAS DE BAJA O MEDIA PRESIÓN) Seminario de tratamiento de agua – Agua y Energía – Rosario – 1990

EL TRATAMIENTO DE CONDENSADO (EN SISTEMAS DE BAJA O MEDIA PRESIÓN) Seminario de tratamiento de agua – Agua y Energía – Rosario – 1990 Ing. Ricardo E. Pauer

En la industria (refinerías de petróleo, petroquímicas, y otras industrias en general), el vapor es el elemento mas utilizado para transmitir energía, utilizándoselo fundamentalmente como medio de calefacción. También se lo utiliza para generar energía mediante turbinas de vapor. En la caldera el agua de alimentación es calentada y transformada en vapor. Este vapor está esencialmente libre de sustancias químicas. Todas aquellas sustancias contenidas en el agua de alimentación permanecen en la caldera. Si no se toman medidas adecuadas, estas sustancias van aumentando su concentración hasta que precipitan o producen una serie de inconvenientes de mayor o menor gravedad. Para evitar o minimizar esto existen dos metodologías: tratar el agua para minimizar los aportes, y purgar el fondo de la caldera para eliminar sales. Son muy conocidos los problemas derivados de la presencia de dureza, hierro, sílice, alcalinidad, etc. en el agua de las calderas. Por ello es una práctica común tratar el agua antes de su inyección. En sistemas de baja presión este tratamiento puede limitarse a un ablandamiento (eliminación de dureza) y/o a una desmineralización. En la medida en que aumenta la presión de trabajo de la caldera, las exigencias en cuanto al grado de desmineralización del agua de aporte son mayores. El condensado que se obtiene luego de que el vapor entregó su energía es agua de una calidad muy alta desde el punto de vista de su contenido salino. Por ello es fundamental su reutilización, lo que ahorra productos químicos, etc. Además está caliente, lo que produce un ahorro adicional de combustible. Sin embargo, el condensado arrastra algunas impurezas. En efecto, por erosión en las líneas, normalmente de acero al carbono, se produce un aporte de hierro. Por otra parte, cuando hay condensadores y estos están con un cierto grado de vacío, las pérdidas que se producen permiten el ingreso de agua de enfriamiento hacia el condensado, lo que aporta un conjunto de sales. El anhídrido carbónico que también se suma produce una disminución del pH en las líneas de condensado no tan caliente, lo que posibilita un cierto grado de corrosión que también aporta sales al condensado. Por ello resulta conveniente tratar el condensado para eliminar estos contaminantes, permitiendo así que las calderas trabajen con una menor carga de sólidos, menor purga, etc. Cuando se trabaja con sistemas de baja o media presión el tratamiento se limita a la eliminación del "crud" y de la dureza. El "crud" es el nombre que se le da a los sólidos en

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suspensión formados principalmente por distintos óxidos de hierro y cobre que se desprenden de las cañerías por erosión y corrosión. En estos casos se recurre a un tratamiento que consiste en una filtración para eliminar los sólidos en suspensión y en un ablandamiento para eliminar la dureza. Ambos procesos se efectúan simultáneamente con una resina de intercambio iónico. La resina de intercambio iónico está constituida por esferas plásticas (poliestireno) de aprox. 0,5 mm de diámetro, sobre las que se han fijado grupos sulfónicos capaces de intercambiar los cationes. El hecho de ser esferas pequeñas hace que la resina pueda actuar como un medio filtrante, reteniendo los sólidos en suspensión (el "crud"). Su capacidad de intercambio iónico le permite además retener los cationes bivalentes (dureza) reemplazándolos por sodio. De esta manera la salinidad del agua tratada no se modifica, solo se reemplaza la dureza por sodio. La resina posee una cantidad fija de puntos de intercambio. Por esta razón a medida que efectúa su trabajo se va saturando. Llega un momento en que no puede retener mas dureza pues todos los sitios ya están saturados con iones calcio, magnesio, cobre o hierro. Entonces en necesario regenerarla. Para ello se la trata con una solución concentrada de sodio (salmuera). Esta altísima concentración de sodio desplaza la dureza de la resina reemplazándola por iones sodio. Así, la resina queda lista para trabajar nuevamente como corresponde. Como la resina trabaja como filtro, muchas veces el ensuciamiento produce una alta pérdida de carga que obliga a lavar la resina antes de agotar su capacidad de intercambio iónico. Al tener que contralavar la resina resulta necesario regenerarla. La experiencia dirá que cosa ocurre primero, si el agotamiento de la capacidad de intercambio iónico o el taponamiento por sólidos en suspensión. El sistema de tratamiento de condensado es similar a un ablandador convencional, solo que con algunas diferencias tales como las que se enuncian a continuación. Dado que el condensado esta caliente (situación normal), con temperaturas del orden de los 100 a 120 ºC, y se trabaja con velocidades altas a través del manto dada la bajísima salinidad del mismo, las resinas resultan exigidas mecánicamente. A esto debe agregarse el hecho de que la regeneración se efectúa normalmente con agua fría (a temperatura ambiente). Por ello se utilizan resinas catiónicas fuertes con un mayor grado de cruzamiento. La resinas normales están constituidas por una base poliestirénica (cadenas de vinilbenceno) cruzadas con moléculas de divinilbenceno. La proporción de divinilbenceno en una resina normal es de aprox. 8 %. En las resinas utilizadas en el tratamiento de condensado esta cantidad sube a valores comprendidos entre el 12 y el 20 %. El mayor grado de cruzamiento se asocia también a una cierta disminución en la capacidad de intercambio. Como normalmente el “crud” suele formar costras o “mud-balls” sobre la superficie de la resina, muchas veces es necesario incluir, previo al contralavado normal, un lavado

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superficial del manto de la resina a los efectos de romper esta capa. Para ello se incluye habitualmente un distribuidor sobre el nivel de la resina con picos provisto de toberas que se ubican algunos centímetros por debajo de la superficie del manto de resinas. Para facilitar la liberación de los compuestos férricos y cúpricos que puede precipitar en la resina, se adiciona habitualmente un agente reductor (bisulfito de sodio) con la salmuera. Este agente tiende a transformar estos metales a sus formas ferrosa o cuprosa, facilitando su eliminación. Cada cuatro o cinco regeneraciones se agrega también una dosis de un reductor mas fuerte (hidrosulfito de sodio) para mejorar aún más la liberación de estos metales de la resina. En algunos casos existe también la posibilidad de contaminación del condensado con aceites e hidrocarburos. Esto no es tan común pero sucede en algunas industrias que disponen de intercambiadores de calor donde del otro lado circula aceite, o a veces en refinerías se siguen utilizando para algunas aplicaciones máquinas alternativas (a pistón) que incorporan aceite al condensado. En estos casos, si la cantidad de condensado así contaminado es importante, conviene eliminar previamente estos aceites. Para ello existen varios procesos en el mercado. El sistema más antiguo consistía en agregar un coagulante y un polielectrolito y filtrar el condensado sobre un manto de arena y antracita. Estos filtros disponían de un rascador mecánico accionado mediante un motor eléctrico que rompía la capa que se formaba sobre la superficie del manto filtrante antes de proceder al contralavado. Es un sistema hoy en desuso. En algunos casos se utilizan filtros de precapa con materiales adecuados para la retención de los aceites. También existen cartuchos filtrantes con alta capacidad de retención de aceites. Otra alternativa interesante, con caudales importantes, es la utilización de resinas oleofílicas. Estas resinas son básicamente una resina catiónica fuerte saturada con ciertos radicales (secreto del fabricante) que le confieren propiedades oleofílicas. Estas resinas no se regeneran y al pasar el condensado a través del manto fijan las partículas de aceite sobre las mismas. A medida que el aceite es fijado sobre los granos de resina se forman gotas que crecen hasta que la fuerza hidráulica las arrastra. De esta manera las micropartículas de aceite contenidas en el condensado son transformadas en gotas grandes (proceso de coalescencia) que se separan por flotación dentro del tanque y se acumulan en la parte superior del mismo. Un sensor de nivel de interfase permite la purga del aceite que se va separando. La resina también actúa como filtro de los sólidos en suspensión, por lo que lo único que se hace es un contralavado periódico (no existe regeneración ni consumo de químicos). Este proceso fue desarrollado en Francia por el grupo Elf-Anvar y existen varias compañías que tienen la licencia y venden el sistema. Los procesos descriptos cubren la mayoría de los casos prácticos de tratamiento de condensado que se dan en la industria y en las refinerías de petróleo. Sin embargo, existen otras aplicaciones como la generación de energía eléctrica donde se utilizan calderas con mayores presiones de trabajo. En estos casos se verifica también que los caudales de condensado que se recirculan son muy grandes frente a los de agua de

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reposición, por lo que el tratamiento del condensado adquiere una importancia fundamental. En estos casos, además de la eliminación del “crud” se requiere una desmineralización total del condensado para eliminar no solo la dureza sino también sílice, sodio, etc. En estos casos lo habitual es la utilización de lechos mixtos. Como en situaciones normales la necesidad de regeneración surge por la elevación de la pérdida de carga, mas que por el agotamiento de la capacidad de intercambio, y la regeneración de los lechos mixtos resulta relativamente compleja y onerosa, se acostumbra colocar algún elemento filtrante con costos operativos inferiores antes de los lechos mixtos. En muchas instalaciones existentes es posible encontrar filtros de arena-antracita seguidos por lechos mixtos. Los diseños de origen alemán en general colocan unidades catiónicas seguidas de lechos mixtos. De esta manera las unidades catiónicas se pueden contralavar y regenerar en forma sencilla, utilizando solo ácido de costo no muy alto. Los diseños estadounidenses han preferido incluir filtros de precapa seguidos de lechos mixtos. De esta manera los filtros de precapa pueden precaparse con materiales celulósicos inertes (solo para retener sólidos en suspensión) o con resinas de intercambio iónico pulverizadas (que también intercambian iones). De acuerdo a la experiencia operativa se puede preparar la precapa con cualquier combinación de inerte, resinas catiónicas y resinas aniónicas. El lecho mixto posterior en todos los casos asegura la continuidad del trabajo durante algún tiempo si se producen fugas en los condensadores que obligan a utilizar una importante capacidad de intercambio. Por último, en las calderas modernas de muy alta presión y un solo paso (supercríticas), el nivel de calidad del condensado es tal que exige una regeneración total de las resinas de los lechos mixtos, lo que solo es posible mediante procesos complejos de regeneración. Estos procesos normalmente implican la regeneración externa de las resinas. Al agotarse un lecho mixto, las resinas son transferidas hidráulicamente a un recipiente del sistema de regeneración. Inmediatamente una carga de resinas regeneradas es trasferida al lecho mixto, entrando este nuevamente en servicio en pocos minutos. Luego en un sistema externo se procede a la separación y regeneración de las resinas. Este sistema permite que los lechos mixtos sean recipientes mas simples (pues no se efectúa ninguna regeneración dentro de ellos) y se evitan eventuales problemas de fugas de regenerantes hacia el condensado.

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