BR112014016787B1 - processo para a purificação e condicionamento do sistema de circulação de uma usina elétrica - Google Patents

Abstract

"PROCESSO PARA A PURIFICAÇÃO E CONDICIONAMENTO DO SISTEMA DE CIRCULAÇÃO DE UMA USINA ELÉTRICA". A presente invenção refere-se a um processo para a purificação e condicionamento do sistema de circulação (1) de uma usina elétrica, em particular, de uma usina nuclear, no qual ao meio de trabalho que circula no sistema de circulação é adicionada uma amina como formador de película, que forma uma película hidrófoba nas superfícies do sistema de circulação, no qual, durante a duração do processo, a concentração do fluido formador de película é monitorada em pelo menos um ponto de medição através de medições, e a adição do formador de película é concluída quando sua concentração no meio de trabalho alcançou em, pelo menos, um ponto de medição M1, um valor de 1 ppm até 2 ppm.

Description

[001] A presente invenção refere-se a um processo para a purificação e condicionamento do sistema de circulação (1) de uma usina elétrica, em particular, de uma usina nuclear. Sob um sistema de circulação deste tipo deve-se entender, por exemplo, o sistema de circulação primário e secundário de um reator de água pressurizada, o circuito de arrefecimento de um reator de água fervente e do circuito vapor-água de uma usina convencional. Sob o conceito de “condicionamento” deve-se aqui entender uma medida com a qual as superfícies dos componentes do sistema de circulação ficam protegidas da corrosão. Quando se menciona superfícies, com isso se quer dizer, por um lado, a superfície interna, por exemplo, de tubulações, trocadores de calor e tanques e, por outro lado, de um meio de trabalho (água ou vapor de água) no fluxo do sistema de circulação em torno das superfícies de componentes como, por exemplo, pás de turbinas. Por exemplo, a partir do Relatório de publicação DE 2625607 e a Patente DD 107962 são conhecidos processos nos quais o sistema de circulação secundário ou o circuito vapor-água de reatores de água pressurizada são dosados durante a produção de energia com aminas formadoras de película (FFA = aminas formadoras de película).

[002] O objetivo de um condicionamento do tipo em questão é produzir uma película fina o mais contínua possível de uma espessura de, no máximo, uma até duas camadas moleculares sobre as superfícies. Neste caso, nos processos convencionais, no entanto, há o risco de se formarem depósitos de FFA mais espessos, os quais, por um lado, interferem no procedimento da operação, na medida em que, por exemplo, reduzem o transporte de calor em geradores de calor ou outros trocadores de calor ou restringem as secções transversais de fluxo. Além disso, há o risco de partes do depósito se soltarem e danificar as pás das turbinas ou obstruir sistemas mecânicos de filtro ou trocadores de íons, de modo que os mesmos necessitam uma substituição.

[003] O objetivo da invenção é propor um processo com o qual estas desvantagens descritas sejam evitadas.

[004] Este objetivo é solucionado em um processo do tipo mencionado na introdução pelo fato de que - de preferência, durante o procedimento de produção - seja adicionada uma amina ao meio de trabalho que circula no sistema de circulação, o qual atua como formador de película e forma uma película hidrófoba com o meio de trabalho que está em contato com as superfícies do sistema de circulação. Neste caso, o processo é executado de modo que, praticamente, em qualquer ponto do processo, dá-se um controle da concentração do agente formador de película ou sobre o progresso do formador de película. Isso é alcançado pelo fato de que durante a duração do processo a concentração do formador de película em, pelo menos, um ponto de medição é monitorado por meio de medições. Neste caso, o formador de película é dosado de modo que na fase aquosa do ciclo de vapor de água, pelo menos, no gerador de vapor da água de alimentação, resulta uma concentração de 1 até 2 ppm, de preferência, de 1 até 1,5 ppm. Quando dentro destes limites, em particular, opera-se com, no máximo, até 1,5 ppm de formador de película, pode ser impedida a formação de camadas mais espessas de formadores de películas. Além disso, revelou-se que, em muitos casos, já existe uma película suficiente sobre as superfícies quando a acima mencionada concentração ou a concentração-alvo é atingida.

[005] Com alta confiabilidade, no entanto, é obtida uma dessas películas, substancialmente, de uma camada de cobertura completa ou, substancialmente, monomolecular, quando o processo prossegue sob as premissas acima mencionadas até que a concentração do fluido formador de película - a uma taxa de dosagem constante - numa pluralidade de pontos de medição distribuídos em um circuito vapor- água vista sob a média de tempo, permanece a mesma numa pluralidade de pontos de medição M1, M2, M3), ou seja, quando é ajustada uma concentração de equilíbrio nos pontos de medição. Sob a média de tempo da linha de tendência deve-se entender os resultados quando os limites das oscilações relacionadas à tecnologia foram eliminados por métodos adequados do clássico cálculo de erros.

[006] Neste caso, os pontos de medição já acima mencionados são distribuídos em um circuito vapor-água estão distribuídos de modo que, pelo menos, um ponto de medição encontra-se na área monofásica e, pelo menos, um ponto de medição encontra-se na área bifásica do circuito.

[007] Em uma variante preferencial, o processo é efetuado de modo que praticamente que cada momento do processo dá-se um controle não somente sobre a concentração do formador de película ou o prosseguimento da formação da película, mas também através do impacto da dosagem dos formadores de película em relação a impurezas assim mobilizados. Isso é alcançado pelo fato de que durante a duração do processo é medida a concentração de, pelo menos, um contaminante, bem como é modificada a concentração dos formadores de película na dependência da concentração de, pelo menos, um contaminante. Deste modo, fica assegurado que em qualquer momento do processo sejam mantidos ou não ultrapassados os valores de referência ou limites de um contaminante, em particular, um contaminante ional de atuação corrosiva tal como o íons de cloreto ou íons de sódio. Além disso, pode ser impedido de modo eficaz que um contaminante imobilizado em uma área localizada nos limites da superfície do circuito vapor-água seja distribuído em grande quantidade em todo o circuito.

[008] Como medida preventiva contra uma elevação da concentração de impurezas, a taxa de dosagem dos formadores de película pode ser reduzida ou interrompida, em particular, tendo em vista a manutenção dos valores-limite. Uma outra medida preventiva consiste de uma medida preventiva para reduzir a concentração de impurezas que passaram para o meio de trabalho. Isso, de preferência, ocorre pelo fato de que o circuito vapor-água ser enxaguado e com isso os impurezas formadores de partículas, entre outros, são removidos por meio de clarificação por prensas de filtro. Esta medida, de preferência, é efetuada, possivelmente por aspectos econômicos do processo, em conexão com uma interrupção da dosagem do formador de película. Também é concebível que para a remoção de impurezas do circuito vapor-água sejam utilizados filtros, possivelmente os equipamentos de filtragem do sistema de limpeza da água de condensação da própria usina.

[009] Como particularmente eficazes, tanto para o efeito de limpeza bem como para a formação de películas, destacaram-se as monoaminas com radicais de hidrocarboneto que abrangem de 8 até 22 átomos de carbono, no qual, neste caso, é mais apropriada a octadecilamina. As monoaminas do presente tipo existem na temperatura ambiente como substâncias ceráceas. As emulsões convencionais, preparadas a partir das mesmas, contêm quantidades relativamente grandes de emulsificantes orgânicos que podem ter efeitos adversos no circuito vapor-água. Em razão disso, no processo de acordo com a invenção, a FFA é utilizada em forma pura como emulsão aquosa sem adição de emulsificantes que podem ser obtidas por meio de uma mistura puramente mecânica mediante a aplicação de temperatura elevada.

[0010] Assim, o processo é descrito em mais pormenores com base em um exemplo de configuração com referência aos desenhos anexos que mostram nas:

[0011] Figura 1: uma vista altamente esquemática do circuito vapor- água de um reator de água pressurizada.

[0012] Figura 2: um diagrama que reproduz o decurso de tempo de uma concentração causada por uma dosagem-ODA

[0013] Figura 3: Um fluxograma de um condicionamento.

[0014] Como exemplo para um sistema de circulação, a seguir é aplicado um circuito vapor-água 1 (a seguir abreviado como WDK) de um reator de água pressurizada. Este abrange um sistema de tubulação 2, vários geradores de vapor 3, normalmente várias turbinas, por exemplo, uma turbina de alta pressão 4 e uma turbina de baixa pressão 5, um separador de água e reaquecedor 17 entre as turbinas de HP e LP, um condensador 6 e uma bomba de condensado 8 disposta entre o condensador 6 e o tanque de água de alimentação 7, vários preaquecedores de água de alimentação 16 e uma bomba de água de alimentação disposta entre o tanque de água de alimentação 7 e o gerador de vapor. Além disso, há um sistema de limpeza de condensador 10 disposto em fluxo descendente do condensador 6, o qual pode abranger filtros mecânicos e também um trocador de íons. O gerador de vapor 3 está conectado do lado primário com o circuito primário 13 do reator nuclear o qual abrange um tanque de reator 14 e uma bomba principal de arrefecimento 15 (figura 1).

[0015] O processo de limpeza e condicionamento, conforme já foi mencionado acima, é, de preferência, realizado durante a operação de potência de energia da unidade. Entre estas fases estão incluídas a inicialização e desligamento da usina. No exemplo de configuração descrito abaixo, o condicionamento do circuito vapor-água ou a dosagem de uma película formador de aminas, a seguir abreviado como FFA (película formador de aminas), ou seja, de octadecilaminas (ODA), realizado pouco antes do encerramento do reator nuclear. O monitoramento contínuo da concentração ou mudanças de concentração de FFA e impurezas (ver II na Figura 3) são efetuados através de pontos de medição dispostos em várias posições diferentes do WDK 1. Na figura, estão apresentados exemplos de alguns desses pontos de medição Ml, M2, M3.

[0016] A partir do início da dosagem de FFA, devido às propriedades tensoativas das ODA resulta uma mobilização de impurezas. Por esta razão, são definidos valores-limite para a concentração destas impurezas, portanto, como já mencionado acima, que não devem ser excedidos. A medição da concentração, no caso de impurezas iônicas, quer diretamente, isto é, com base em um íon muito específico são realizadas com conhecidas medições químicas molhadas ou físico-químicas. No entanto, a determinação da concentração pode também ser realizada diretamente, isto é, através da elevação de sua condutividade elétrica no meio de trabalho causada pela mobilização ou ultrapassagem de íons. Os processos de medição aplicados para este fim são bem conhecidos para o especialista, de modo que os mesmos não precisam ser aplicados. Outro parâmetro importante para uma execução controlada do processo é a concentração de FFA ou concentração da ODA no meio de trabalho existente na água no WDK.

[0017] Finalmente, devido à dosagem ODA também são liberados produtos de corrosão, na forma de partículas muito finas de magnetita, que aderem às superfícies e passam à solução coloidal pelo efeito das ODA. Uma vez que a maior parte volta em produtos de corrosão para óxidos metálicos, tais como magnetita, geralmente é suficiente quando somente são realizadas medições a este respeito. Neste caso, por exemplo, o teor de ferro da água de alimentação é determinado por métodos conhecidos de estequiometria de magnetita e, a partir daí, deduzida a sua concentração na água de alimentação. Finalmente, o pH é controlado, a fim de evitar a corrosão dos componentes metálicos do WDK 1. Também é concebível que seja efetuado o monitoramento do valor de TOC (carbono orgânico total), a fim de evitar uma possível decomposição da ODA adicionada sob as condições prevalecentes, portanto, a temperaturas acima de 250°, excluindo assim a formação de produtos de decomposição que podem ser corrosivos.

[0018] A dosagem de ODA ou a quantidade de ODA adicionada por unidade de tempo no WDK 1 - com base nos dados de medição determinados nos pontos de medição M1 até M3, de modo que as concentrações do tipo de impurezas excedidas com base da dosagem da ODA no meio de trabalho permaneçam abaixo dos limites pré- determinados (veja III na Figura 3). Além disso, por meio do controle dos valores de concentração acima mencionados já pode ocorrer um reconhecimento de uma tendência, de modo que pode ser tomada uma medida de prevenção, por exemplo, a redução ou interrupção da dosagem ODA. Neste caso, deve ser observado que uma modificação de dosagem atua somente algumas horas depois devido ao volume de água e comprimento da tubulação do WDK 1. No entanto, este retardo não tem praticamente qualquer papel num processo de acordo com a invenção, devido ao resultado do controle integral permanente nos vários pontos de medição de Ml até M3 que reconhece uma alteração crítica de um valor de concentração, muito antes de ter atingido o seu limite crítico.

[0019] Para obter um ponto de referência sobre qual a quantidade de ODA que é necessária para um determinado WDK, é apropriado estimar qual a quantidade aproximada necessária de ODA para produzir uma película hidrófoba monomolecular na superfície do WDK. Esta quantidade pode ainda ser multiplicada por um fator para levar em consideração a visualização submicroscópica, porém significativa, da rugosidade das superfícies, bem como os efeitos consumidos da ODA, tais como o grau de contaminação do reator de água pressurizada. Com base nesta avaliação, em uma determinada taxa de dosagem ODA, é possível especificar um período de tempo definido, em qual das superfícies originou-se a retirada total, por exemplo, da película monomolecular ODA.

[0020] Ao atingir uma concentração crítica de uma impureza (III na Figura 3), existe uma medida eficaz para a redução da concentração crítica com uma interrupção da dosagem-FFA e um subsequente enxágue ou clarificação por prensas de filtro na qual as impurezas do WDK serão removidas (VII na Figura 3). Nisso, é efetuado um monitoramento constante se os parâmetros de controle específicos do equipamento ou as concentrações estão dentro de uma faixa aceitável (VIII na Figura 3). Se este for o caso, o condicionamento é prosseguido através de uma retomada da dosagem-FFA.

[0021] A concentração de ODA na fase aquosa é ajustada por taxas de dosagem correspondentes, de modo que até o final do processo praticamente o máximo limite de segurança absoluto de 2 ppm, de preferência, 1,5 ppm, não é ultrapassado. Por meio disso fica impedido que ocorra uma mobilização de impurezas muito excessiva para além dos limites estabelecidos ou uma deposição ODA sólida não controlável. Além disso, fica assegurado que não se formem depósitos maciços de ODA indesejáveis. Neste caso, é efetuada uma dosagem, de modo que, inicialmente resulta em uma baixa concentração de ODA que somente ao fim do processo aumenta para uma concentração-alvo de acima de 1 ppm, no máximo até 1,5 ppm ou 2 ppm (Caivo na Figura 1). De preferência, é efetuada uma adição até que a concentração-ODA tenha atingido, com uma tendência em ascensão, os valores máximos de 2 ppm ou 1,5 ppm. (VI na Figura 3).

[0022] Para identificar quando, sobre as superfícies forma-se uma película essencialmente unimolecular completa, é observado o perfil de concentração da concentração-ODA em uma taxa de dosagem-ODA constante. Se a concentração de equilíbrio de FFA é atingida em vários pontos de medição, de preferência, em todos os pontos de medição de Ml até M3, quando é possível observar uma concentração FFA constante ou ligeiramente diminuída (V na Figura 3), é atingido o momento, de finalizar a dosagem-ODA ou o processo de condicionamento (VI na Figura 3, linha CP na Figura 2). A concentração- ODA constante ou decrescente no final da formação de película poderia ser atribuída ao fato de que a formação de camadas duplas e múltiplas é cineticamente e/ou termodinamicamente favorecida e, por conseguinte, vai ser mais rápida do que a formação inicial de película sobre as superfícies metálicas do WDK 1.

[0023] A película-ODA aplicada sobre as superfícies do WDK, com o tempo, pode perder ou reduzir a sua eficácia, na medida em que, por exemplo, destaca-se parcialmente de superfícies ou é submetida a processos de degradação térmica ou química. Portanto, é aconselhável realizar um acondicionamento de revitalização no momento apropriado. Isto requer um monitoramento constante do meio de trabalho quanto à presença de produtos de corrosão, portanto, com a formação de camadas de oxidação relacionadas a produtos de corrosão, por exemplo, originados a partir dos materiais que compõem os íons metais do WDK. Logo que for possível reconhecer um aumento significativo de produtos de corrosão (X na Figura 3), é estabelecido um condicionamento do tipo acima descrito.

[0024] Legenda de acordo com fluxograma de acordo com a Figura 3: I Início do condicionamento de FFA II Processo de monitoramento - Concentração de FFA (M1-M3 na Figura 1) - Parâmetros de controle de acordo com as especificações do equipamento III Atingidos os parâmetros de controle? IV Concentração-alvo FFA atingida em M1? V Concentração de equilíbrio FFA atingida através de M1- M3? VI Final do condicionamento-FFA VII Interromper a dosagem, enxaguar VIII Valores de parâmetros de controle no limite aceitável? IX Monitoramento do processo de produtos de corrosão X A concentração de produtos de corrosão está aumentando?

Claims (11)

1. Processo para a purificação e condicionamento do sistema de circulação de uma usina elétrica, em particular de uma usina nuclear, sendo que - ao meio de trabalho que circula no sistema de circulação é adicionada uma amina como formador de película, que forma uma película hidrófoba nas superfícies do sistema de circulação, sendo que - durante a duração do processo, a concentração do formador de película é monitorado em pelo menos um ponto de medição através de medições, caracterizado pelo fato de que - a dosagem do formador de película é finalizada, quando sua concentração no meio de trabalho tiver alcançado, em pelo menos um ponto de medição (M1), um valor de 1 ppm a 2 ppm, - e sendo que a dosagem do formador de película é interrompida, quando sua concentração, a uma taxa de dosagem constante, permanece a mesma em vários pontos de medição (M1, M2, M3).

2. Processo de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por uma concentração do formador de película de 1 ppm a 1,5 ppm.

3. Processo de acordo com a reivindicação 1 ou 2, caracterizado pelo fato de que, durante a duração do processo, é medida a concentração de pelo menos uma impureza contida no meio de trabalho e a concentração do formador de película é modificada na dependência da concentração da impureza.

4. Processo de acordo com a reivindicação 3, caracterizado pelo fato de que, quando de um aumento da concentração da pelo menos uma impureza, é reduzida a taxa de dosagem do formador de película.

5. Processo de acordo com a reivindicação 3 ou 4, caracterizado pelo fato de que a dosagem do formador de película é interrompida, quando a concentração da pelo menos uma impureza se aproxima de um valor limite.

6. Processo de acordo com qualquer uma das reivindicações 3 a 5, caracterizado pelo fato de que o sistema de circulação compreende um gerador de vapor, sendo que a pelo menos uma impureza é pelo menos parcialmente removida do sistema de circulação por clarificação por prensas de filtro do gerador de vapor.

7. Processo de acordo com a reivindicação 6, caracterizado pelo fato de que a clarificação por prensas de filtro ocorre em conexão à interrupção da dosagem do formador de película.

8. Processo de acordo com qualquer uma das reivindicações precedentes, caracterizado pelo fato de que no caso de um sistema de circulação executado como circuito vapor-água, a medição da concentração do formador de película ocorre em pelo menos um ponto de medição (M1) na área bifásica e em pelo menos um ponto de medição (M3) na área monofásica do circuito vapor-água.

9. Processo de acordo com qualquer uma das reivindicações precedentes, caracterizado pelo fato de que o processo é realizado durante a operação de potência da usina de energia.

10. Processo de acordo com qualquer uma das reivindicações precedentes, caracterizado pelo fato de que como formador de película é utilizada uma monoamina com radicais de hidrocarboneto que compreendem de 8 a 22 átomos de carbono.

11. Processo de acordo com a reivindicação 10, caracetrizado pela utilização de octadecilamina.

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