Los cambios en las operaciones de calderas traen innovaciones en la protección contra la erosión y la corrosión

La pérdida de metal de los tubos presurizados dentro de la caldera es una gran preocupación para los diseñadores y operadores de calderas. Cambiar la composición del combustible y otros parámetros de servicio puede conducir a una erosión y corrosión aceleradas (Figura 1), que deben mitigarse utilizando materiales probados y robustos.

1. Estas dos fotos resaltan la erosión (arriba) y la corrosión (abajo) de los tubos de la caldera. Cortesía: Servicios Globales Integrados (IGS)

El recubrimiento de metal de soldadura es conocido por su longevidad. También es conocido por su costo y el tiempo requerido para llevar a cabo la aplicación. El rocío térmico también se puede usar para proteger las paredes de agua de la caldera. Es más rápido de aplicar, aunque no siempre se considera robusto. En los últimos años, esta tecnología ha experimentado algunos desarrollos importantes, lo que puede aumentar su tasa de adopción para la protección de paredes de agua de calderas.

La industria de generación de energía en los últimos años se ha enfrentado a presiones cada vez mayores por parte de las agencias ambientales con respecto a las emisiones. Estas iniciativas obligaron posteriormente al sector a evolucionar y desarrollar procesos más limpios.

Uno de los primeros pasos fue optimizar la combustión mediante el uso de quemadores de bajo NOx con parámetros óptimos para la reducción de NOx. La cámara de combustión, que era típicamente un ambiente oxidante, se ha convertido en un ambiente de reducción. La caldera y el material de sus tubos no fueron diseñados para tales condiciones, lo que provocó un aumento de las tasas de corrosión.

Además de esta modificación, muchas plantas aprovecharon la oportunidad de diversificar los combustibles, y en algunas regiones el carbón de bajo costo ha sido la opción preferida. Sin embargo, el precio del carbón también está relacionado con su calidad, ya que el carbón de mayor costo tiene un mayor poder calorífico, mientras que otros carbones pueden tener una menor concentración de carbono, pero también un poder calorífico más bajo.

La combinación del cambio del entorno de oxidación a reducción, y de carbón con bajo contenido de azufre a alto, ha creado un aumento significativo de las tasas de corrosión. Esta situación puede agravarse aún más por la erosión debida a las cenizas abrasivas o la corrosión debajo de los depósitos cuando las cenizas se acumulan en ciertas áreas.

Algunas plantas de carbón se están convirtiendo a biomasa, pero la biomasa puede incluir materiales reciclados con un contenido potencialmente alto de agentes corrosivos.

En la década de 1990, la pulverización térmica de alta velocidad era una tecnología establecida en un entorno de aplicación de taller altamente controlado. Se usó para aplicaciones especializadas en componentes de aeronaves, válvulas y otros equipos similares, y los usuarios comenzaron a preguntar si se podía aplicar de manera efectiva en el campo a los activos fijos existentes in situ.

La tecnología de campo también estaba presente en ese momento, pero era una clase diferente de tecnología. El rociado por arco de alambre doble (TWAS) o el rociado térmico de aluminio (TSA) son tecnologías de rociado térmico de baja velocidad que no pueden producir recubrimientos confiables para servir en entornos críticos de erosión/corrosión en activos fijos como lecho fluidizado circulante (CFB), Lecho fluidizado burbujeante (BFB) o calderas de parrilla. El equipo y la tecnología de rociado térmico de alta velocidad existentes no podían llevarse al campo de manera efectiva o económica.

Un puñado de ingenieros abordó ese problema. Atomizar el cable en una corriente de gas supersónica fue la primera pieza del rompecabezas. Este desarrollo técnico entregó una tecnología de superficie que funcionó bien con los materiales de soldadura de uso común en entornos de corrosión a alta temperatura, como el sector de la energía del carbón de la época.

En esa etapa, Integrated Global Services (IGS), con clientes clave, estaba explorando una utilización más amplia de la tecnología en otros sectores industriales, como la conversión de residuos en energía y la biomasa. El grupo descubrió que la pulverización de materias primas de aleación disponibles en el mercado mediante un proceso de alta velocidad producía partículas que se oxidaban en vuelo, creando una microestructura aplicada con vías de permeabilidad para la corrosión. Si bien esto no fue un problema para las aplicaciones de erosión a alta temperatura, fue un problema fundamental para entornos con medios corrosivos, como cloro o azufre, entre otras sustancias corrosivas.

IGS realizó un importante trabajo de investigación y desarrollo (I+D) a principios de la década de 2000, con el objetivo de desarrollar nuevos materiales de alimentación de pulverización térmica de alta velocidad, que controlarían la integridad de la aleación durante el proceso de aplicación. De esta forma, la microestructura aplicada sería adecuada para el entorno de servicio del activo. El proyecto de I+D se centró en la permeabilidad de las microestructuras de pulverización térmica de alta velocidad aplicadas, evaluando la resistencia de los materiales aplicados a la penetración de fluidos agresivos/corrosivos, la forma de las partículas depositadas que se pulverizan y controlando las tensiones residuales.

2. Un trabajador aplica rociado térmico de alta velocidad, o HVTS, a las paredes de agua de la caldera. El spray proporciona una barrera duradera contra la corrosión en los equipos y se utiliza en una variedad de centrales eléctricas. Cortesía: IGS

Tras el desarrollo de aleaciones de materia prima a medida, el rociado térmico de alta velocidad (Figura 2) ya no sería una solución exclusiva para el taller cuando la confiabilidad a largo plazo fuera esencial. Ahora se ha convertido en una tecnología de superficie que se puede implementar de manera efectiva como una barrera duradera contra la corrosión en el campo, durante paradas y paradas, reduciendo la ruta crítica y asegurando una confiabilidad duradera en los entornos operativos más arduos. A medida que la adaptación de esta tecnología siguió creciendo, los operadores de plantas de biomasa y conversión de residuos en energía comenzaron a reconocerla como una barrera óptima contra la erosión/corrosión para proteger el metal base de sus activos fijos.

El desarrollo de esta tecnología aún está en curso. El desarrollo de nuevos procesos, la experimentación con nuevas fuentes de combustible y la utilización de desechos como fuente de combustible es un próximo paso importante en nuestro movimiento de sustentabilidad global. Sin embargo, los nuevos materiales y tecnologías presentan un desafío único para los diseñadores y operadores en términos de erosión/corrosión inesperada y acelerada. Las soluciones de protección de superficies probadas y sólidas, que se pueden implementar en el campo dentro de los plazos de entrega, se consideran, por lo tanto, como una buena alternativa al reemplazo repetido de equipos o la superposición de metal de soldadura.

—Marina Silva es gerente de marketing internacional de Integrated Global Services (IGS). La empresa, con sede en Virginia, es un proveedor internacional de soluciones de protección de superficies.

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