Como você evita a corrosão em um trocador de calor? Um guia prático para geradores

Um grupo gerador de reserva de 500 kW passou em todas as partidas mensais sem carga até que um teste de carga total disparasse o alarme de alta temperatura do líquido refrigerante. O radiador estava vazando por um furo próximo ao coletor inferior. Não falhou de repente; a corrosão vinha atuando em uma zona estagnada de baixo fluxo há anos.

A corrosão em um trocador de calor não é um mistério. Depois de identificar o mecanismo e controlar o ambiente ao redor dos metais, a maioria das falhas pode ser evitada. As ações que mais importam são a seleção do material, a química da água, o projeto do fluxo, os revestimentos e a inspeção programada.

Por que os trocadores de calor corroem

A corrosão é um processo eletroquímico que retorna um metal ao seu estado natural de óxido. Em um trocador de calor, o refrigerante é o eletrólito e o tubo, o tanque e os materiais das aletas são os eletrodos. Quatro mecanismos são responsáveis ​​pela maioria das falhas de campo: corrosão galvânica, corrosão por picada, corrosão por erosão e fissuração por corrosão sob tensão. A tabela abaixo resume o que causa cada um deles e onde está a principal defesa.

Cada mecanismo deixa um padrão visual diferente. Um ataque galvânico aparece em torno dos pontos de contato; a corrosão aparece como pequenas crateras na superfície do tubo; a erosão-corrosão segue um caminho de fluxo. Se você conseguir identificar o padrão, saberá qual controle de prevenção reforçar.

Materiais e Revestimentos

A seleção do material é o controle de corrosão mais duradouro. Os núcleos de cobre-latão são convencionais e fáceis de reparar, mas os núcleos de alumínio são comuns em grupos geradores modernos porque são mais leves e transferem bem o calor. Cada metal precisa de uma química de refrigerante diferente. O alumínio requer um refrigerante inibido com baixo teor de cloreto e pouco oxigênio livre; as ligas de cobre dependem de uma concentração consistente de inibidor para evitar corrosão. O aço inoxidável oferece excelente resistência à corrosão, mas os graus austeníticos podem rachar sob tensão de cloreto em temperaturas elevadas. Não existe material perfeito, apenas o adequado às suas condições de serviço.

Se você estiver comparando núcleos de alumínio tradicionais com núcleos compostos de alumínio-plástico, isso guia de corrosão de material para radiadores de gerador explica como a estrutura central altera o comportamento da corrosão.

Para um grupo gerador onde a manutenção de rotina é limitada, um radiador todo em alumínio pode ser uma opção prática: evita interfaces de metais diferentes dentro do núcleo e funciona de forma confiável quando o programa de refrigeração é mantido.

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Revestimentos para Ambientes Corrosivos

Os revestimentos adicionam uma barreira protetora entre o metal e a atmosfera. Epóxi, poliuretano e revestimento em pó são escolhas comuns para serviços marítimos e costeiros. O sistema certo depende do ambiente real: ar costeiro carregado de sal, dióxido de enxofre industrial ou alta umidade. A face externa da aleta, as juntas do tubo com aleta e os parafusos de montagem são frequentemente os primeiros locais a falhar. Para locais próximos à água do mar, um radiador gerador para ambiente costeiro é projetado com um revestimento mais pesado e um pacote de aletas que resiste ao ataque de sal.

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Química de refrigerantes e tratamento de água

A qualidade da água é a parte mais subestimada do controle de corrosão do trocador de calor. A água da torneira pode manter o motor frio por alguns meses, mas também pode deixar incrustações e causar ataques eletroquímicos. Em um sistema de resfriamento de gerador de circuito fechado, use água desmineralizada ou amaciada misturada com a quantidade correta de etilenoglicol ou propilenoglicol inibido. O anticongelante faz mais do que proteger contra o congelamento; carrega inibidores de corrosão e aumenta o ponto de ebulição. Com o tempo, o glicol se degrada em compostos ácidos, portanto a mistura deve ser testada e substituída dentro do prazo.

Para a maioria dos circuitos fechados industriais, mantenha o pH na faixa de 8,0 a 9,5, mantenha limites de cloreto que correspondam ao material do tubo e monitore a reserva do inibidor. Quando o aço inoxidável está presente, o cloreto deve ser mantido baixo para evitar corrosão sob tensão ou corrosão sob tensão. Em torres de resfriamento abertas com trocadores de calor, a filtragem, a purga e o controle biológico são tão importantes quanto a adição de produtos químicos.

Projeto de Fluxo e Layout Mecânico

O fluxo molda a corrosão. Quando a velocidade do líquido refrigerante é muito baixa, a sujeira e os produtos de corrosão se depositam no fundo da caixa d'água e criam corrosão por subdepósito. Quando a velocidade é muito alta, o fluido rompe a película protetora de óxido e causa erosão-corrosão. O projetista controla a velocidade através do diâmetro do tubo, da disposição dos passes e da geometria da caixa d'água. O operador controla isso não acelerando demais a bomba e limpando os filtros regularmente. Uma unidade de substituição deve manter a mesma queda de pressão e disposição de passagem que a original, para que o padrão de fluxo não mude. Um trocador de calor projetado para resfriamento de geradores combina o tamanho do núcleo e o layout do bico com o pacote do motor, o que facilita a preservação das condições originais de fluxo.

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Inspeção e Monitoramento

A corrosão não espera por uma revisão programada. A inspeção visual detecta os danos óbvios, mas a química do líquido refrigerante detecta as mudanças lentas que os causam. Em serviço contínuo, teste as amostras do líquido refrigerante pelo menos a cada 500 horas e sempre teste após um longo período de armazenamento. Sempre que for prático, utilize cupons de corrosão ou sondas elétricas para monitorar a taxa de corrosão. Em unidades de alto valor, o teste de correntes parasitas pode encontrar perda de parede nos tubos antes que se torne um vazamento.

O que uma inspeção de rotina deve cobrir

• PH do líquido refrigerante, concentração do inibidor e nível de cloreto
• Condição das mangueiras, vedações e tampa de enchimento
• Face central para aletas dobradas, detritos, resíduos de sal ou depósitos químicos
• Caixa de água ou área coletora para lodo, incrustações e corrosão localizada
• Ânodos de sacrifício, isolamento dielétrico ou condição de ligação elétrica

Quando o reparo ou substituição faz sentido

Um pequeno vazamento em um tubo pode ser obstruído temporariamente, mas cada tubo obstruído reduz a área de superfície e aumenta a queda de pressão. Se aparecerem vazamentos na mesma zona ou no mesmo coletor, o processo de corrosão provavelmente afetou vários tubos. A soldagem repetida no núcleo do radiador também cria zonas afetadas pelo calor que corroem mais rapidamente do que o material de base. Nesse ponto, a substituição costuma ser mais econômica do que outro reparo. Ao substituir um trocador de calor, verifique as dimensões do núcleo, o tamanho do bico, a queda de pressão, a densidade das aletas e o revestimento ambiental. Um núcleo padrão em um local costeiro ou desértico irá falhar novamente se não tiver sido projetado para aquele ambiente.

Um programa prático de prevenção

Prevenir a corrosão em um trocador de calor não é uma ação única; é um sistema de controles que se reforçam mutuamente. Siga estas cinco etapas:

1. Defina os limites químicos da água e use água tratada no sistema de refrigeração.
2. Mantenha a concentração e o pH corretos do inibidor.
3. Selecione materiais e revestimentos que combinem com o ambiente.
4. Mantenha a velocidade do fluxo dentro da faixa projetada e limpe os filtros regularmente.
5. Inspecione em um cronograma fixo e acompanhe os resultados dos testes do líquido refrigerante ao longo do tempo.

Se você aplicar esses controles de forma consistente, o trocador de calor durará mais e a falha que desliga um grupo gerador durante um teste de carga crítica torna-se muito menos provável.