ÁGUA PARA GERAÇÃO DE VAPOR – CORROSÃO EM CALDEIRAS

A caldeira é um dos equipamentos mais comuns em processos industriais, por ter a função de produzir vapor, seja como forma de geração de energia para outros equipamentos ou como fonte de aquecimento de sistemas. O vapor é gerado pelo deslocamento de água em tubos que são instalados na passagem de gases quentes, os quais são produzidos pela queima de um combustível.

Por serem equipamentos destinados à geração de vapor, as caldeiras são, basicamente, divididas em dois tipos:

    • Flamotubulares: os gases de combustão circulam dentro dos tubos, água é aquecida e posteriormente vaporizada, no lado externo das tubulações.
  • Aquatubulares: a água circula dentro dos tubos, inseridos entre tubulações, e os gases, provenientes do combustível queimado numa fornalha, circulam na parte externa dos tubos.

Nos processos industriais, equipamentos como este estão suscetíveis à corrosão, que pode torná-lo inadequado para o uso e assim causar prejuízos financeiros ou a saúde humana.

Corrosão pode ser definida como a destruição da estrutura de um metal através de reações químicas e/ ou eletroquímicas com o ambiente em que o mesmo se encontra. Podemos dizer que, a corrosão é uma forma natural dos metais voltarem ao estado original em que eram encontrados na natureza, tais como nos minérios (óxidos); isto ocorre porque, nesta forma, os metais apresentam-se da maneira mais estável possível do ponto de vista energético.

As formas (ou tipos) de corrosão podem ser apresentadas considerando-se a aparência ou forma de ataque e as diferentes causas de corrosão e seus mecanismos. Elas dependem da morfologia, causas, fatores mecânicos, meio corrosivo e localização do ataque.

O conhecimento das características das diferentes formas de corrosão facilita o encontro das técnicas necessárias e dos mecanismos de proteção do metal que sofre corrosão. Isso possibilita a análise necessária para a aplicação de medidas preventivas capazes de reduzir a valores desprezíveis a taxa de corrosão nesses equipamentos.

Várias formas de processos corrosivos são encontradas nos sistemas geradores de vapor. Apesar de muitos deles estarem relacionados e serem interdependentes, podemos destacar os seguintes:

Corrosão por pite (“pittings”):

São processos de corrosão localizada, pontuais e, na ausência de um controle eficiente, promovem grande penetração no metal da caldeira, chegando inclusive até a inutilização do equipamento. Geralmente os processos de corrosão por pitting são observados na seção vapor das caldeiras e acessórios pós-caldeira, sendo provocados em sua quase totalidade pelo ataque de oxigênio indevidamente presente na água.

Um dos métodos de controle deste tipo de corrosão é a desaeração mecânica conveniente da água de alimentação da caldeira, bem como a dosagem e manutenção de um residual adequado de sequestrante de oxigênio (sulfito de sódio, hidrazina,…).

Carcaça de uma caldeira flamotubular com pontos de corrosão localizada (pitting) devido a presença de oxigênio

Corrosão Galvânica

Este tipo de corrosão ocorre, basicamente, quando dois ou mais metais com diferença significativa de potenciais de oxidação estão ligados ou imersos em um eletrólito (tal como a água com sais dissolvidos). Um metal chamado de “menos nobre”, tem uma tendência a perder elétrons para um metal “mais nobre”, cuja tendência de perda é menor. Assim, o metal menos nobre torna-se um ânodo e é corroído. Um exemplo disso ocorre entre o cobre (mais nobre) e o aço carbono, menos nobre e que tem a sua taxa de corrosão acelerada.

Em aparelhos geradores de vapor, principalmente nas seções pré e pós caldeira, é comum a construção de equipamentos auxiliares com ligas diferentes do aço empregado na caldeira. Isto acentua a corrosão galvânica e as medidas corretivas tem que ser tomadas, sob pena de um processo rápido de corrosão no metal menos nobre.

Para minimizar a ocorrência de corrosão galvânica, recomenda-se evitar a construção de equipamentos utilizando metais ou ligas com potenciais de oxidação muito diferentes e evitar o contato elétrico direto entre os metais, colocando materiais isolantes entre os mesmos (plástico, borracha, etc.).

Ataque cáustico (“Caustic Embrittlement”)

É um tipo de ataque que ocorre devido à excessiva concentração de alcalinidade hidroxila (íons OH), provenientes normalmente da soda cáustica usada para manutenção do pH na faixa alcalina 10. Mesmo que no seio da água a concentração não esteja tão alta, nas camadas de líquido próximas à parede dos tubos a concentração é bem superior, devido à vaporização de água na região. Além disso, existem locais onde pode haver maior concentração de OH, tais como sob depósitos/ incrustações, em locais submetidos a fluxos de calor muito altos (como ocorre quando a chama atinge os tubos), ou em tubos inclinados ou horizontais, nos quais há pouca quantidade de água no seu interior.

Nessas áreas onde a concentração de hidroxilas é elevada, há uma reação das mesmas com o filme de magnetita (Fe3O4) que protege a superfície do metal. Removido o filme e exposto o aço, as hidroxilas em altas concentrações também reagem como o ferro. As reações envolvidas são:

Fe3O4 + 4NaOH → 2NaFeO2 + Na2FeO2 + 2H2O

Fe + 2NaOH → Na2FeO2 + H2

Para que o ataque cáustico se configure, também deve ocorrer a existência de pontos de tensão no local onde há a concentração dos íons OH. A presença de sílica também auxilia no processo, direcionando o ataque do OH para os limites do grão do metal e levando a um ataque intercristalino. Este processo causa fissuras na estrutura do metal, podendo ocasionar rupturas extremamente perigosas.

Tubo de 3” de uma caldeira que sofreu ataque cáustico

Fragilização por hidrogênio

É um processo que ocorre somente em caldeiras de pressões elevadas, digamos acima de 100 Kgf/ cm2. É ocasionado pela presença de hidrogênio (H) que pode se formar nas reações químicas presentes na caldeira, tal como aquela que causa o ataque cáustico. Devido ao seu pequeno tamanho, o hidrogênio produzido é capaz de penetrar no interior do metal e reagir com o carbono do aço, formando uma molécula de metano no interior do retículo. A reação é:

4H + Fe3C → 3Fe + CH4

A formação da molécula de metano, relativamente grande, no interior do metal causa uma tensão enorme, o que pode causar ruptura.

Ruptura em um tubo de uma caldeira devido à fragilização por hidrogênio

Devido à importância das caldeiras para a operação das indústrias que necessitam de vapor, deve-se procurar evitar a possibilidade de processos corrosivos no sistema de geração de vapor. Por isso, o tratamento de água para o uso em caldeiras tem como principais finalidades evitar corrosão e incrustações na caldeira, acessórios, economizadores e superaquecedores e produzir vapor de máxima pureza.

Externamente, também devemos nos preocupar com o ataque da corrosão. Assim, a manutenção adequada do equipamento, o isolamento térmico, cobertura ou telhado adequado, revestimentos, alvenaria e pinturas devem sempre ser verificados e corrigidos, a fim de impedir e/ou minimizar o processo corrosivo nesta ferramenta de fundamental importância para a indústria química.

 

 

“O presente texto pertence ao autor e não deve ser reproduzido sem autorização da BetaEQ e do mesmo.”

 

Autoria de: Sayonnara Rayanne de Lima Gomes

Estudante de Engenheira Química na Universidade Potiguar – RN

 

 

REFERÊNCIAS

Caldeira Flamotubular; Corrosão em caldeiras: quais são as mais comuns e como preveni-las?; Partes que compõem uma caldeiraTratamento de água para geração de vapor – caldeiras.

GENTIL, Vicente. Corrosão. Universidade Federal do Rio de Janeiro – UFRJ. 3ª Edição. Rio de Janeiro, 1996.