1. In generale, quale il motivo della corrosione?
2. È corrosivo l’ossigeno?
3. Come l’ossigeno e l’anidride carbonica entrano negli impianti di vapore?
4. Quale sostanza corrosiva causa la macchiatura grigia (grey staining)?
5. Quale il motivo dell’incrostazione?
6. Quali sono gli effetti dell’incrostazione sul funzionamento delle caldaie?
7. Come fanno le sostanze estranee che causano l’incrostazione ad entrare nel circuito di ritorno dell’impianto?
8. Cosa è il trascinamento dell’acqua e quali sono i motivi che lo generano?
9. Quali sono i metodi utili per eliminare l’incrostazione e la corrosione?
Sappiamo che le centrali elettriche e gli impianti energetici industriali di una certa dimensione sono dotati con i migliori depuratori d’acqua, filtri ed impianti chimici di depurazione. Ma nelle centrali piccole, negli alberghi, lavanderie, serre, tintorie ed impianti simili che utilizzano il vapore, possono mancare i suddetti sistemi di depurazione. I paragrafi seguenti hanno lo scopo di descrivere sinteticamente le questioni in materia e di proporre alcune soluzioni utili.
CORROSIONE: La corrosione che si riscontra nei sistemi di ritorno della condensa normalmente si sviluppa gradualmente ed in modo lento senza succitare serie preoccupazioni. La corrosione che si sviluppa rapidamente invece comporta preoccupazioni e costi seri. La corrosione normalmente si forma con la dissoluzione dell’ossigeno e/o dell’anidride carbonica. La miscela di questi due gas provoca un danno molto più serio rispetto a quello causato da uno di essi. Le fotografie riportate mostrano gli effetti generali e negativi del fenomeno di corrosione.
L’anidride carbonica presente nella soluzione contenuta nella condensa provoca la formazione di acido carbonico. La corrosione che si crea di conseguenza, generalmente ha un’azione erosiva sui metalli.
L’ossigeno invece provoca serie corrosioni locali nei punti in cui generalmente si ha una reazione chimica (o sinergia) tra due metalli diversi, nelle zone delle tubazioni soggette a stress o ad altre condizioni che favoriscono la corrosione.
La corrosione accelerata dall’ossigeno normalmete provoca un effetto perforante ed erosivo che consuma il metallo. L’eliminazione dell’ossigeno minimizza la formazione di corrosione.
La presenza dell’anidride carbonica e dell’ossigeno disciolti nel liquido di alimentazione della caldaia, comporta l’immissione di queste sostanze anche nel sistema di vapore. Persino l’acqua piovana quasi pura tende a trasportare l’anidride carbonica e l’ossigeno raccolti dall’atmosfera. I carbonati disciolti presenti nelle acque grezze sotterranee porteranno senz’altro l’anidride carbonica in qualche impianto. In effetti, esistono sistemi di depurazione i cui processi chimici generano l’anidride carbonica.
L’ossigeno non viene trasportato al sistema con la sola acqua di alimentazione, ma anche attraverso le infiltrazioni dalle linee di ritorno depressurizzate e dai punti di apertura all’atmosfera. Ci sono tante soluzioni per evitare la corrosione causata dall’ossigeno e dall’anidride carbonica. Tra queste ci sono i sistemi di riscaldamento dell’acqua di alimentazione, depuratori chimici, sistemi di spurgo e sfiato.
INCROSTAZIONI: Nelle fotografie allegate si possono notare le incrostazioni che si depositano sui componenti degli scaricatori di condensa. Da qui è possibile dedurre che le tubazioni di ritorno, le valvole, le pompe e gli altri componenti dell’impianto di cui gli scaricatori di condensa fanno parte, si trovano nelle stesse condizioni.
Il principale motivo dell’incrostazione è l’acqua calcarea che contiene sali minerali disciolti come il carbonato di calcio e solfati di magnesio. Le acque sotterrane sono ricche di questi minarali e molte volte, persino le acque dolci dai laghi interni possono risultare troppo dure per un’impianto di vapore. Lo stesso è possibile dire anche per l’acqua della rete idrica urbana che molte volte ha una durezza eccessiva per gli impianti a vapore. Tecnicamente parlando, di queste acque si dice “dura” o “tenera” in base al loro contenuto di sali minerali. Il grado di durezza misurato in “ppm” (parti per milione) o in numero di particelle di sale disciolte determina il percentuale d’incrostazione. Se l’acqua risulta troppo dura, prima o dopo si avranno incrostazioni nella caldaia o nelle tubazioni dell’impianto.
Le incrostazioni delle caldaie comportano due problemi:
1.Calo del rendimento del trasferimento di calore – La conseguenza di ciò sarà un calo del rendimento generale della gestione ed un’aumento dei costi. Le incrostazioni nelle tubazioni e nella caldaia causano importanti sprechi di energia con il calo del rendimento che si verifica nel trasferimento di calore.
2. Danni alle tubazioni – Un’altra conseguenza negativa dell’incrostazione consiste nei danni alle tubazioni. Il calo nel trasferimento di calore e nella circolazione causa il surriscaldamento dei metalli che vanno incontro al fenomeno di spaccatura o alla formazione di schiume metalliche. Pertanto, l’incrostazione è un fenomeno che va evitato ad ogni costo.
Nonostante la soluzione per l’impedimento dell’incrostazione sia normalmente semplice, a volte può rendersi complicata. Molti utenti, grazie alla corretta individuazione del problema scelgono i giusti prodotti chimici anticrostanti ed ottengono risultati soddisfacenti.
Per l’impedimento delle incrostazioni nelle caldaie e tubazioni è consigliabile consultare le aziende specializzate nel settore della depurazione dell’acqua. Una corretta depurazione, infatti, molte volte costituisce una barriera permanente all’incrostazione e consente all’impianto di funzionare regolarmente. Gli investimenti destinati agli impianti di depurazione hanno un ritorno sicuro e veloce con l’aumento del rendimento e la diminuzione dei costi di manutenzione.
TRASCINAMENTO DI GOCCE D’ACQUA: La risposta alla domanda “se l’acqua trasferita dalla caldaia ai condotti di vapore è l’acqua pura, come si può spiegare la formazione delle incrostazioni calcaree?” giace spesso nella presenza di fenomeni di trascinamento di gocce d’acqua o schiumaggiamento causati dalla “cattiva qualità” dell’acqua.
Ci possono essere piccole variazioni nel verificarsi di queste condizioni, ma il risultato all’ultima analisi è sempre lo stesso. Quando il vapore immesso nel sistema è puro, sarà pura anche la condensa che si forma. Ma se assieme al vapore entrano nel sistema alcuni gas come l’anidride carbonica o l’ossigeno, ciò causerà senz’altro la corrosione come sopra descritto. L’innalzamento del livello dell’acqua nella caldaia determina il passaggio della stessa nei condotti di vapore e così anche le sostanze contenute in essa vengono trasportate nel sistema. Tutto questo dà origine alla formazione dell’incrostazione calcarea negli scaricatori di condensa e nelle tubazioni di ritorno.
Il fenomeno di schiumaggiamento nella caldaia di solito è causato dalla presenza di solidi disciolti nell’acqua, oli e alcalinità eccessiva. La quantità eccessiva dei solidi disciolti normalmente può essere controllata con il processo di spurgo di fondo o di superficie (detto anche defangazione o scarico di fondo o di superficie). La corretta depurazione dell’acqua di alimentazione della caldaia ed il corretto trattamento della stessa secondo i suggerimenti delle aziende specializzate, normalmente saranno sufficienti per la risoluzione del problema.
L’innalzamento del livello dell’acqua della caldaia si origina da carichi eccessivi che causano una diminuzione veloce della pressione. A volte l’innalzamento del livello dell’acqua dipende dalla capacità insufficiente della caldaia per il carico giornaliero. In tanti casi, comunque, è possibile risolvere il problema con l’installazione dei sistemi di depurazione o separazione che consentono di controllare la qualità dell’acqua.
RISULTATI: 1. L’acqua, per la sua natura non è mai pura. 2. L’acqua non pura causa incrostazioni, corrosioni e fenomeni di trascinamento di gocce d’acqua. 3.Una corretta depurazione dell’acqua, l’installazione dei sistemi di spurgo e delle apparecchiature adatte, nonché le procedure gestionali corrette elimineranno i problemi di cattiva acqua. 4.L’investimento effettuato per un’adeguato impianto di depurazione avrà un ritorno veloce con l’aumento del rendimento e la diminuzione dei costi di manutenzione.
CORROSIONE NEGLI IMPIANTI DI RISCALDAMENTO A VAPORE La corrosione che si verifica nella parte dell’impianto di riscaldamento soggetta alla condensa, è un problema abbastanza complicato.
È definitivamente constatata che l’acqua pura da sola è in grado di provocare, anche se in quantità minima, la corrosione del ferro. Quindi, quando si verifica una corrosione in un impianto di riscaldamento, il motivo è evidentemente collegato alla presenza di sostanze che si dissolvono con la condensa ed entrano in reazione con le superfici di metallo. L’ossigeno e l’anidride carbonica sono i principali componenti della condensa. Questi due gas solubili in acqua sono entrambi responsabili della corrosione. Se sono presenti nell’acqua di alimentazione della caldaia, l’ossigeno e l’anidride carbonica possono comunque entrare nell’impianto di riscaldamento a vapore. Negli impianti a vapore funzionanti sotto pressione, l’ossigeno atmosferico può inserirsi nel sistema attraverso la fonte della pressione. Anche se l’eliminazione dell’ossigeno presente nell’acqua della caldaia è un processo semplice, la formazione di carboidrati e la successiva dissoluzione degli stessi sotto la temperatura dell’acqua stessa, rende difficile la lotta contro la formazione dell’anidride carbonica.
L’Ossigeno Causa Corrosione
In assenza di anidride carbonica ed in presenza di ossigeno disciolto, a causa dell’effetto accelerante dell’ossigeno sul ciclo corrosivo, si andrà incontro ad una corrosione nelle linee di ritorno dell’impianto. Generalmente la corrosione sarà di tipo locale. La corrosione locale si forma in seguito alla costituzione di piccole aree anodiche nei punti di dissoluzione del ferro e di aree catodiche un pò più estese nei punti in cui la superficie metallica è protetta. La formazione delle aree anodiche può originarsi dal contatto fra metalli diversi, dall’immissione di scorie nel sistema e dagli stress generati nel metallo soprattutto in presenza di attacchi filettati. L’effetto accelerante dell’ossigeno sulla corrosione normalmente si origina dalla sua azione di depolarizzazione, esercitata assieme al film di idrogeno protettivo depositato sulle aree catodiche.
I risultati della macchiatura girigia
Nei casi in cui la corrosione presente nelle linee di ritorno si origina dalla presenza dell’ossigeno disciolto, si forma la cosiddetta macchiatura girigia (grey staining) e nei punti stretti dell’impianto si depositano le sostanze insolubili, come gli ossidi di ferro, creando seri problemi. La corrosione derivante dall’anidride carbonica sostanzialmente esercita un’azione abrasiva sul metallo. In tal caso si ha una dissoluzione del metallo simile a quella che avviene in presenza di soluzioni leggermente acide. Quando l’anidride carbonica è il fattore controllante, l’azione corrosiva è la funzione sia della concentrazione dell’acido carbonico, che del quantitativo del condensato che supera una certa soglia.
La quantità dell’anidride carbonica che si dissolve con la condensa determina l’acidità della soluzione. Più alta è la quantità dell’anidride carbonica, più sarà forte la reazione acida e quindi più elevata la velocità della corrosione. Quando il condensato dell’acido dissolve il ferro, il valore di pH della soluzione normalmente sale fino ad un punto in cui non è più possibile l’attacco dell’acido. Da questo punto in poi l’ossigeno diventa il fattore controllante e cominciano a formarsi aree usurate dall’abrasione. La corrosione più attiva derivante dalla presenza dell’anidride carbonica, si concentra in corrispondenza dei punti dove la condensazione è maggiore.
Nell’ambito di quanto sopra possiamo stabilire che l’immissione di aria in un impianto di riscaldamento a vapore provocherà la corrosione a causa della presenza di ossigeno. Ciò non avrà invece un’effetto importante sul tipo di corrosione acida originata dall’anidride carbonica.
Esistono varie metodologie atte al controllo della corrosione creata nei condotti di ritorno a causa della presenza dell’anidride carbonica ed il contatto dell’ossigeno con il vapore può essere impedito con l’eliminazione dell’aria presente nell’acqua di alimentazione o con il raffreddamento chimico dell’ossigeno presente nell’acqua della caldaia. La rimozione dell’anidride carbonica presente nel vapore è un lavoro complicato. Nei casi in cui si ha la sola presenza dell’anidride carbonica, se non vengono messe in atto processi di depurazione e misure adeguate, può verificarsi una corrosione attiva nelle linee di condensa.
Erhan LAK
Direttore Dipartimento di Produzione
Ayvaz A.Ş.
erhan@ayvaz.com.tr
