Incrostazioni
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Incrostazioni
Parametri chimici che caratterizzano le acque
Per il corretto funzionamento di un impianto è necessario tenere sotto controllo i parametri fondamentali dei fluidi che circolano in caldaia. Ecco un breve indice sui più importanti parametri dei fluidi e sulla loro importanza:
- Torbidità: in seguito alla presenza di sostanze in sospensione (limo,argilla, particelle insolubili di varia natura) l'acqua perde la sua caratteristica trasparenza ed acquista un aspetto torbido. La torbidità può essere la conseguenza di fenomeni di erosione o corrosione, ma può esserne anche la causa: infatti le particelle sospese possono provocare erosione delle superfici metalliche con conseguente danneggiamento dello strato protettivo.
- Sali totali disciolti: tale parametro indica la quantità, in mg/kg, di sali disciolti. Tale parametro può indicare eventuali malfunzionamenti del sistema di depurazione (se è troppo elevato nell'acqua di alimentazione o di caldaia) o eventuali trascinamenti di acqua col vapore (se è elevato nel vapore) e deve essere tenuto sotto controllo al fine di evitare incrostazioni.
- Conducibilità elettrica: è proporzionale alla quantità di sali disciolti ed ha le stesse implicazioni del parametro precedente.
- pH: indica il grado di acidità o di alcalinità dell'acqua(se <7 è acido; se>7 è basico).Il valore del pH deve essere tenuto sempre sotto controllo e una sua variazione indica una disfunzione nell'impianto di trattamento dell'acqua o un inadeguato condizionamento.
- Durezza: indica la quantità di sali di calcio e magnesio presenti. La durezza è la causa principale dei fenomeni incrostanti che si verificano sulle superfici di scambio termico. La durezza totale è data dalla somma della durezza temporanea che dipende dalla quantità di bicarbonato di calcio e magnesio (possono essere eliminati perché ad alta temperatura si decompongono a dare carbonati che precipitano) e della durezza permanente che è dovuta a tutti gli altri sali di Ca ed Mg (sono principalmente cloruri e solfati).
- Alcalinità Totale: è determinata dalla presenza di ioni in grado di neutralizzare l'acidità (bicarbonati, carbonati, idrati..) .Una forte alcalinità può provocare corrosione per fragilità caustica e facilitare la formazione di schiume, con conseguenti trascinamenti di acqua da parte del vapore.
- Silice: la presenza di silice nei fluidi in caldaia è particolarmente dannosa perché può provocare incrostazioni molto compatte e coibenti, che sono difficilmente asportabili in quanto subiscono poco l'attacco degli acidi.
- Ferro e rame: in genere sono presenti in quantità non molto elevate nelle acque gregge: una loro forte presenza è dovuta a fenomeni di corrosione o erosione delle superfici.
- Sostanze organiche: nelle acque gregge sono sempre presenti, ma una loro eccessiva presenza è indice di inquinamento delle falde o può essere provocata dall'introduzione di prodotti condizionanti. Se provenienti da acque inquinate possono provocare acidificazioni, corrosioni, formazioni di schiume e depositi.
- Ossigeno: è presente naturalmente nelle acque, a 25°C si trova disciolto in tenori di circa 10ppm, la concentrazione è inversamente proporzionale alla temperatura. La presenza di ossigeno nell'acqua di caldaia deve essere evitata in quanto è la principale causa di corrosione dei circuiti termici.
- Anidride carbonica: nelle acque gregge è presente in basse quantità, ma si forma successivamente per decomposizione termica dei bicarbonati presenti nelle acque di alimentazione. La sua presenza comporta problemi di corrosione perché passa dalla fase vapore nelle condense come acido carbonico abbassandone il pH e rendendole più aggressive.
- Ammoniaca: la sua presenza nei circuiti termici è elevata perché è usata per innalzare il pH o può derivare dalla decomposizione termica delle ammine filmanti. In presenza di ossigeno può provocare fenomeni di corrosione per il rame e le sue leghe, dovuti alla formazione di complessi cuproammoniacali.
Nell'acqua sussiste un equilibrio tra carbonati e bicarbonati:
Se il tenore della anidride carbonica non è sufficiente a stabilizzare i bicarbonati allora l'acqua si dice incrostante (tende a separare carbonato di calcio), se il tenore di CO2 supera quello necessario per stabilizzare i bicarbonati allora si dice aggressiva.
Il parametro che indica la tendenza aggressiva o incrostante dell'acqua è l'indice di Langelier:
IL = pH - pHs
dove pH indica il pH dell'acqua mentre pHs è il pH di saturazione, cioè quello per cui si realizza l'equilibrio tra carbonati e bicarbonati.
2 Principali problemi in caldaia:
Nella gestione di un impianto termico i principali problemi che si devono affrontare sono:
a. Incrostazioni, la cui presenza può causare problemi nello scambio termico, perdite di carico aggiuntive, innesco di fenomeni di corrosione;
b. Schiumeggiamento , il cui verificarsi può causare problemi alle turbinae, la formazione di incrostazioni e l'innesco di fenomeni corrosivi;
c. Corrosione
Incrostazioni
Sono causate dalla presenza di sali poco solubili (anche alle basse temperature) e dal fenomeno dell'hide-out che porta alla precipitazione di sali solubili. Tale fenomeno è dovuto al fatto che la solubilità dei sali diminuisce all'aumentare della temperatura e che vicino alla superficie di evaporazione avviene una concentrazione di soluto che può portare localmente in condizioni di sovrasaturazione.
Tale concentrazione è dovuta al fatto che, mentre nell'ebollizione normale il continuo allontanarsi di bollicine di vapore favorisce un rimescolamento, quando c'è un'elevata differenza di temperatura tra superficie e fumi caldi della combustione, lo spazio di una bolla viene subito occupato da un'altra portando alla formazione di uno strato di vapore.
L'hide out si manifesta con la comparsa, durante il funzionamento, di incrostazioni che durante i periodi di fermata si sciolgono visto che si ritorna a temperature molto più basse.
Gli effetti delle incrostazioni dipendono dalla loro natura, dal loro spessore e dalla porosità ma tutti rappresentano una resistenza in più allo scambio termico e possono causare il surriscaldamento del metallo fino a portarlo in condizioni in cui non sono più garantite le caratteristiche di resistenza meccanica volute.
Si riportano di seguito i sali che solitamente danno origine ad incrostazioni in caldaia.
Il carbonato di calcio è il sale presente in maggiore quantità, è dovuto alla decomposizione termica del bicarbonato di calcio
Ca(HCO3)2 = CaCO3 + H2O + CO2
Il carbonato di magnesio ad alte temperature dà l'idrossido insolubile
Mg(HCO3)2 = Mg(OH)2 + 2CO2
Il silicato di calcio alle alte temperature (intorno ai 290°C) diventa meno solubile del carbonato di calcio.
Il solfato di calcio è più solubile dei precedenti ma anche questo alle alte temperature precipita dando depositi che aderiscono fortemente alle superfici.
Le incrostazioni dovute alla presenza di SiO2 (principalmente silicati di calcio e magnesio) hanno una conducibilità termica particolarmente bassa, sono molto compatte e difficili da eliminare, inoltre, poichè la silice è solubile nel vapore, può dar luogo anche a incrostazioni molto dannose sui surriscaldatori e sulle palette delle turbine. Aumentando il pH si riesce ad aumentare la solubilità e a diminuire la quantità di silice che va nel vapore.
Nel condensato sono presenti sali e ossidi di ferro dovuti a fenomeni corrosivi, questo precipita in caldaia come ossido idrato.
Il rame, anch'esso proveniente da processi corrosivi, si riduce a rame metallico se l'ambiente è riducente mentre dà luogo alla corrosione della caldaia altrimenti a causa della seguente reazione di spostamento:
Fe + Cu++ = Fe++ + Cu
Fonte: http://www1.diccism.unipi.it/De_Sanctis_Massimo/Corrosione/Appunti%20di%20corrosione.doc
Sito web da visitare: http://www1.diccism.unipi.it/De_Sanctis_Massimo
Autore del testo: Massimo De Sanctis
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