BRPI0806439A2 - Dispositivo para medir um potencial de oxidação - redução á temperatura e pressão operacionas (orp), método para impedir a corrosão em um sistema da água quente ao utilizar o dispositivo, e dispositivo para medir o pontecial de oxidação - redução (orp) e a temperatura - Google Patents

Abstract

DISPOSITIVO PARA MEDIR UM POTENCIAL DE OXIDAçãO- REDUçãO à TEMPERATURA E PRESSãO OPERACIONAIS ("ORP"), MéTODO PARA IMPEDIR A CORROSãO EM UM SISTEMA DA áGUA QUENTE AO UTILIZAR O DISPOSITIVO, E DISPOSITIVO PARA MEDIR O POTENCIAL DE OXIDAçãO-REDUçãO ("ORP") E A TEMPERATURA. Um dispositivo para medir o potencial de oxidação-redução à temperatura e pressão operacionais em sistemas de água quente é descrito e reivindicado. O dispositivo inclui uma célula de fluxo passante, uma sonda de potencial de oxidação-redução, um detector de temperatura, e um conjunto de eletrodos de referência balanceados com pressão externa. Cada componente do dispositivo trabalha conjuntamente com os outros componentes e cada um deles tem conexões elétricas que transmitem sinais a um controlador. O controlador calcula e determina os ajustes para a química de água de alimentação para o sistema de água quente.

Description

DISPOSITIVO PARA MEDIR UM POTENCIAL DE OXIDAÇÃO- REDUÇÃO À TEMPERATURA E PRESSÃO OPERACIONAIS ("ORP") , MÉTODO PARA IMPEDIR A CORROSÃO EM UM SISTEMA DA ÁGUA QUENTE AO UTILIZAR O DISPOSITIVO, E DISPOSITIVO PARA MEDIR O POTENCIAL DE OXIDAÇÃO-REDUÇÃO ("ORPn) E A TEMPERATURA

CAMPO TÉCNICO

A presente invenção refere-se a um dispositivo para a medição do potencial de oxidação-redução. Mais especificamente, a invenção refere-se a um dispositivo de medição e monitoramento de potencial de oxidação-redução utilizado conjuntamente com programas de inibição de corrosão em sistemas de água quente. A invenção tem relevância particular em relação a um dispositivo de medição e monitoramento de potencial de oxidação-redução, cujos sinais de saída são utilizados para determinar as taxas de alimentação dos produtos químicos que afetam e controlam o potencial de oxidação-redução em sistemas de caldeiras industriais.

ANTECEDENTES

A corrosão devida ao potencial de oxidação-redução aumentado em sistemas de água quente, tais como caldeiras industriais, é uma questão relevante. A afinidade do oxigênio com as ligas utilizadas na indústria de água de caldeira é a causa de muitos fenômenos de corrosão. Esta corrosão é um processo complexo que depende não somente da quantidade de oxigênio no sistema, mas também de fatores tais como a química da água e a metalurgia. Por exemplo, a presença de outras espécies na água pode transformar o oxigênio em uma força corrosiva agressiva, ou pode tornar a metalurgia passivada. Outros fatores importantes são a temperatura, a pressão, as velocidades dos fluidos, e práticas operacionais.

Embora o oxigênio possa ser o componente principal ou essencial no processo da corrosão, ele pode não ser o único. Os meios convencionais para reduzir a corrosão do oxigênio era sistemas de água quente consistem na remoção da maior parte do oxigênio dissolvido molecular por meios mecânicos e químicos. A grande maioria do oxigênio dissolvido é reduzida na faixa de partes por bilhão através do uso de deaeração mecânica. A água é tipicamente aquecida até acima da temperatura de ebulição em um vaso exalado, o que conduz a uma diminuição na solubilidade do oxigênio dissolvido à medida que a temperatura aumenta. A dinâmica de fluxo e questões operacionais particulares dos deaeradores deixam partes por bilhão de oxigênio dissolvido na água.Os removedores de oxigênio são produtos químicos utilizados para reduzir de maneira reproduzível os valores do oxigênio dissolvido a valores baixos e constantes. Muitos destes removedores também funcionam como inibidores da corrosão de passivação. Os deaeradores nem sempre trabalham perfeitamente; se eles o fizessem, um removedor puro nunca seria necessário, embora uma química que realce a passivação do metal seja uma adição positiva. Em alguns casos, o removedor de oxigênio é adicionado como uma apólice de seguro contra a possibilidade de que o deaerador possa funcionar mal. 0 removedor também pode ser adicionado para combater vazamento de ar para o sistema.Tradicionalmente, a quantidade de removedor de oxigênio alimentada na água de alimentação de caldeira tem sido baseada na quantidade de oxigênio dissolvido na água de alimentação mais uma quantidade adicional de removedor. A quantidade adicional de removedor alimentada é baseada na concentração residual desejada do removedor na água de alimentação da caldeira ou na própria água da caldeira, que é uma função da concentração adicional de removedor e ciclos da caldeira. Há diversos problemas com este esquema de controle de alimentação. O primeiro deles é que não há nenhum controle ativo da taxa de alimentação de reraovedor. As condições elevadas de oxigênio podem existir por períodos longos antes de ocorrer uma diminuição no removedor residual e ser executada a ação corretiva.

Uma segunda questão é que a presença de removedor residual na água da caldeira simplesmente não significa que o sistema está sendo tratado satisfatoriamente. Dependendo das condições (por exemplo, temperatura baixa ou tempo de residência curto), é possível que se tenha altas concentrações de oxigênio e removedor suficiente na água de alimentação ao mesmo tempo. Quando essa água de alimentação rica em oxigênio alcança a caldeira, o oxigênio é removido com o vapor, deixando o removedor não reagido na água da caldeira. Em um caso extremo, o resultado pode ser um nível de oxigênio dissolvido inaceitavelmente elevado na pré- caldeira e nos sistemas de condensados enquanto se tem concentrações residuais esperadas do removedor de oxigênio na própria caldeira.

Em determinadas caldeiras de alta pressão (uma vez contínua) que utilizam água de pureza ultra-alta, foi tomada uma abordagem diferente. Nenhum removedor de oxigênio é utilizado. De fato, quantidades pequenas de oxigênio molecular são adicionadas deliberadamente à água de alimentação. O oxigênio (isto é, o oxidante) age como agente de passivação para o aço ao carbono sob condições cuidadosamente controladas da química da água da caldeira. As concentrações de oxigênio utilizadas são muito menores do que os valores saturados de ar (8 ppm de oxigênio dissolvido), e desse modo alguma deaeração é utilizada. Freqüentemente, é mais fácil deaerar até alguma extensão antes de adicionar uma quantidade controlada de oxigênio.

A corrosão em sistemas de caldeiras industriais ocorre tipicamente à temperatura e pressão operacionais (ou seja, elevadas) . Os dados operacionais e de controle mais eficazes e mais exatos são baseados nas medições feitas sob condições operacionais reais. A coleta de tais dados, que são indicativos da tensão da corrosão no sistema, à temperatura e pressão da água de alimentação da caldeira, é difícil e raramente executada. Tradicionalmente, o potencial de oxidação-redução tem sido medido à temperatura e pressão ambientes em uma amostra tirada do sistema. Tais medições da temperatura ambiente e outras medições tradicionais, tais como o oxigênio dissolvido, a taxa de corrosão específica da metalurgia, ou as medições residuais de removedor, não conseguem detectar muitos eventos e tensões da corrosão.

Desse modo, existe uma necessidade contínua quanto à medição e monitoramento eficazes do potencial de oxidação- redução à temperatura e pressão operacionais em sistemas de água quente. Tal monitoramento deve permitir o ajuste pró- ativo da química da água de alimentação (tal como o oxigênio, removedores de oxigênio, agentes de redução e agentes de oxidação), ao invés de ajustes reativos depois que a corrosão já tiver ocorrido. A otimização em tempo real contínua da química da água de alimentação incluindo um programa de remoção de oxigênio/passivação deve impedir os problemas de corrosão que conduzem à produção de vapor perdido, paralisação, vida ativa reduzida, e custos operacionais mais elevados.

DESCRIÇÃO RESUMIDA

Consequentemente é apresentado um dispositivo para a medição e o monitoramento do potencial de oxidação-redução ("ORP") à temperatura e pressão operacionais em um sistema de água quente. Em uma realização, o dispositivo inclui uma célula de fluxo passante, um eletrodo para detectar o ORP no sistema (aqui indicado como "sonda de ORP"), um detector da temperatura, e um eletrodo de referência. Em uma realização preferida, estes componentes trabalham em uníssono para medir e monitorar o ORP e a temperatura e para enviar estes sinais medidos a um controlador que determina as taxas de alimentação de produtos químicos do tratamento do sistema de água quente, tais como o oxigênio e/ou removedores de oxigênio. Em uma realização preferida, o potencial medido (isto é, a diferença de voltagem) entre a sonda de ORP dentro da célula de fluxo passante e o eletrodo de referência, preferivelmente embutido dentro de um conjunto de eletrodos de referência equilibrado com pressão externa ("EPBRE11), indica o ORP em um sistema de água quente, tal como um sistema de caldeira industrial.

Em um aspecto, a invenção inclui um dispositivo para medir o potencial de oxidação-redução e a temperatura em um sistema de água quente. Em uma realização, o dispositivo inclui uma célula de fluxo passante que tem uma pluralidade de portas incluindo uma primeira porta, uma segunda porta, um porta de fluxo de entrada, e uma porta de fluxo de saída. Em uma realização, o dispositivo inclui uma sonda de ORP associada com a primeira porta e que tem uma conexão para transferir informações a um controlador. Em uma realização, o dispositivo inclui adicionalmente um sensor de resistência dependente da temperatura (algumas vezes indicado como "detector da temperatura de resistência") associado com a primeira porta e que tem uma conexão que se estende da célula de fluxo passante a uma conexão elétrica do detector da temperatura operável para transferir informações a um controlador.

Em uma realização, o dispositivo também inclui um conjunto de eletrodos de referência equilibrado com pressão externa associado com a segunda porta. 0 conjunto inclui uma frita porosa em uma primeira extremidade do conjunto dentro da célula de fluxo passante e um tubo que inclui uma solução de eletrólito e se estende da primeira extremidade do conjunto a uma segunda extremidade do conjunto. A segunda extremidade do conjunto é unida a um eletrodo de referência de meia-célula de prata/cloreto de prata que tem uma conexão elétrica e é operável para transferir informações ao controlador.

Em uma realização, o dispositivo inclui uma sonda de ORP associada com a primeira porta e que tem uma primeira extremidade e uma segunda extremidade. Uma faixa de platina (ou um outro metal nobre) é unida à primeira extremidade e reside dentro da célula de fluxo passante. Um fio resistente à corrosão (por exemplo, platina) estende-se da faixa de platina na primeira extremidade para a segunda extremidade. A segunda extremidade inclui uma conexão elétrica operável para transferir informações a um controlador.

Em um outro aspecto, a invenção inclui um método para impedir a corrosão em um sistema de água quente utilizando o dispositivo descrito. 0 método inclui a determinação de uma faixa ideal de ORP para o sistema de água quente. Em uma realização, o método inclui a medição do ORP do sistema de água quente à temperatura e pressão operacionais como a diferença de potencial entre a sonda de ORP e o eletrodo de referência e a medição de uma temperatura com o detector da temperatura. 0 potencial e a temperatura medidos são transferidos a um sistema controlador que interpreta as medições e determina se o ORP medido está dentro da faixa de ORP ideal. 0 método inclui adicionalmente a adição de uma quantidade eficaz de oxigênio ou de uma quantidade eficaz de redutor à água de alimentação do sistema de água quente, se o ORP não estiver dentro da faixa de ORP ideal.

Deve ser compreendido que o dispositivo descrito tem a capacidade de medir e monitorar o ORP e a temperatura em qualquer sistema aquoso ou corrente parado ou fluindo, mas é principalmente apropriado para as condições extremas encontradas em um sistema de água quente operante ou um sistema de caldeira industrial. As temperaturas podem ser tão elevadas quanto aproximadamente 260°C, e as pressões podem ser tão elevadas quanto aproximadamente 3.000 libras por polegada quadrada em tais sistemas. Em uma realização, os sinais de ORP e da temperatura são monitorados continuamente. Alternativamente, os sinais podem ser monitorados de acordo com uma programação ou podem ser monitorados intermitentemente.

O sinal do ORP medido ocorre naturalmente no ambiente aquoso do sistema de água quente devido à polarização da sonda de ORP. Em vez de usar a corrente para aplicar a voltagem, o dispositivo de medição e monitoramento de ORP especialmente desenhado permite a medição passiva de ORP utilizando potenciais de flutuação livre no sistema. Uma unidade de interpretação de sinais da voltagem apropriada, tal como um voltímetro de elevada impedância de entrada ou um outro dispositivo, é tipicamente necessária para interpretar ou converter tais potenciais ou sinais da voltagem em um formato que possa ser lido. Em uma realização preferida, quando instalada verticalmente, a base do EPBRE (isto é, o local do invólucro de múltiplos encaixes, descrito mais detalhadamente abaixo) encontra-se à temperatura ambiente, independentemente da temperatura do sistema; no entanto, a base permanece à pressão do sistema. Em realizações alternativas, a base do EPBRE pode estar em qualquer posição em relação à célula de fluxo passante e a sua temperatura pode estar em qualquer nível entre a temperatura ambiente e a temperatura do sistema, dependendo da aplicação particular.

Uma vantagem da invenção consiste na provisão de um dispositivo para medir o potencial de oxidação-redução em tempo real em um sistema de água quente à temperatura e pressão operacionais.

Uma outra vantagem da invenção consiste na provisão de um dispositivo com capacidade de medir o potencial de oxidação-redução em tempo real em um sistema de água quente à temperatura e pressão operacionais e de transferir o potencial medido a um controlador operável para ajustar a alimentação de componentes químicos, tais como o oxigênio ou o removedor de oxigênio, na água de alimentação do sistema de água quente.

Uma outra vantagem da invenção consiste na provisão de dispositivo para medir o potencial de oxidação-redução em tempo real de um sistema de água quente à temperatura e pressão operacionais e a provisão a um operador dos dados de saída para o ajuste da alimentação de componentes químicos, tais como o oxigênio ou o removedor de oxigênio, da água de alimentação do sistema de água quente.

Uma vantagem adicional da invenção consiste na provisão de um dispositivo com capacidade de oferecer uma abordagem nova e eficiente para impedir a corrosão em um sistema de água quente.

Uma vantagem da invenção também inclui a provisão de um dispositivo que mede simultânea ou concomitantemente o potencial de oxidação-redução e a temperatura de um sistema de água quente à temperatura e pressão operacionais.

Uma outra vantagem da invenção consiste na provisão de medições exatas e de alta sensibilidade para detectar eventos de corrosão nos sistemas de água quente que não podem ser detectados com sistemas tradicionais de medição à temperatura ambiente.

Uma vantagem adicional da invenção consiste na provisão de um método para medir o potencial de oxidação- redução em sistemas de água quente a temperatura e pressão elevadas, permitindo desse modo a resposta rápida e exata às tensões da corrosão no sistema.

Ainda uma outra vantagem da invenção consiste na provisão de um método de utilização do dispositivo aqui descrito para impedir a corrosão em um sistema de água quente através da medição de um potencial de oxidação-redução do sistema de água quente à temperatura e pressão operacionais e da transferência do potencial medido a um controlador operável para ajustar uma alimentação de oxigênio ou uma alimentação de removedor de oxigênio na água de alimentação do sistema de água quente.

Uma vantagem adicional da invenção consiste na habilitação da detecção precoce das tensões de corrosão da água de alimentação que permite ajustes pró-ativos aos níveis de oxigênio e/ou removedor de oxigênio em tempo real, permitindo desse modo a otimização de tais níveis.

Outras características e vantagens são aqui descritas, e serão aparentes a partir da seguinte Descrição Detalhada e das Figuras.

BREVE DESCRIÇÃO DOS DESENHOS

A Figura 1 é uma vista lateral de uma realização do dispositivo de medição de potencial de oxidação-redução 10, mostrado com a célula de fluxo passante 25, a união T 50, e o conjunto de eletrodos de referência equilibrado com pressão externa 75.

A Figura 2 é um diagrama esquemático de uma realização da célula de fluxo passante 25 que tem as portas 25a, 25b, 25c e 25d, o sensor 26, o encaixe de alta pressão 78 e o acoplador 28.

A Figura 3 é um diagrama esquemático de uma realização da união T 50 incluindo o acoplador 28, a conexão elétrica 54 do detector da temperatura, as virolas 56a e 56b, a conexão de sonda de potencial de oxidação-redução 58, o suporte L 60, e os conectores de BNC 62a e 62b. A Figura 4 ilustra uma realização do sensor 26 que tem o detector da temperatura 26a, a prega térmica isolante 26b, a faixa de metal nobre 26c, o fio 26d, a prega térmica de ancoragem 26e, e o tubo 26f.

A Figura 5 ê uma vista destacada da relação espacial entre diversos componentes descritos, incluindo o detector da temperatura 26a, a prega térmica isolante 26b, a faixa de metal nobre 26c, o fio 26d, a prega térmica de ancoragem 26e, o tubo 26f, a união T 50, e a virola 56b, de acordo com uma realização preferida.

A Figura 6 ilustra uma realização do conjunto de eletrodos de referência equilibrado com pressão externa 75 incluindo o tubo externo 76, o encaixe de alta pressão 78, o conector de alta pressão 80, o tubo interno 82, o eletrodo de referência 84, a frita porosa 86, a inserção 88, o invólucro de múltiplos encaixes 90, a união redutora 92, o conector de BNC 94, a porca de travamento 96, o parafuso 98 e o prendedor 102 .

A Figura 7 mostra uma realização do invólucro de múltiplos encaixes 90 que veda a junção 100, o prendedor 102, o tubo interno 82, e a conexão de eletrodo de referência 84b.

A Figura 8 ilustra uma realização do dispositivo de medição de potencial de oxidação-redução 10 instalado no sistema de água quente 2 00 incluindo a saida de amostra de água de alimentação 202, a válvula travável 204, o tubo de transferência 206, a válvula de isolamento 208, a válvula de exaustão 210, a primeira saida de dreno livre 212, a tubulação T 213, o medidor de pressão 214, o medidor de fluxo 216, a válvula de controle de fluxo 218 e a segunda saída de dreno livre 220.

A Figura 9 mostra múltiplos exemplos de variações de sinal de ORP à temperatura e pressão elevadas em um sistema de água de alimentação de caldeira industrial simulado. O eixo y mostra os números de ORP tomados com o dispositivo de ORP aqui descrito. O eixo χ mostra as leituras de oxigênio dissolvido que correspondem a cada leitura.

DESCRIÇÃO DETALHADA

Tal como aqui utilizado, "sistema de água quente" refere-se a qualquer sistema onde a água quente fica em contato com superfícies metálicas. "Água quente" significa a água que tem uma temperatura de aproximadamente 37 °C até aproximadamente 370°C. O sistema de água quente pode operar à pressão atmosférica ou abaixo desta, ou a uma pressão de até aproximadamente 3.000 libras por polegada quadrada. Um sistema de água quente preferido é um sistema de caldeira industrial, que tem tipicamente uma temperatura da água de aproximadamente 90°C a aproximadamente 260°C e pressões que alcançam tanto quanto aproximadamente 3.000 libras por polegada quadrada.

"ORP", "medição do ORP", "ORP medido" ou termos similares referem-se às medições do potencial de oxidação- redução feitas ã temperatura e pressão operacionais. Em uma realização, o termo engloba sinais da temperatura simultaneamente medidos e transferidos.

"Sistema controlador" e termos similares referem-se a um operador manual ou a um dispositivo eletrônico que tem componentes tais como um processador, um dispositivo de memória, um tubo de raios catódicos, um mostrador de cristal líquido, um mostrador de plasma, uma tela de toque, ou um outro monitor e/ou outros componentes. Em determinados exemplos, o controlador pode ser operável para a integração com um ou mais circuitos integrados de aplicações específicas, programas ou algoritmos, um ou mais dispositivos com fiação grossa, e/ou um ou mais dispositivos mecânicos. Algumas ou todas as funções do sistema controlador podem estar em um local central, tal como um servidor de rede, para uma comunicação através de uma rede de área local, uma rede de área ampla, uma rede sem fio, conexão pela Internet, ligação por microondas, ligação infravermelha, e outros ainda. Além disso, outros componentes tais como um condicionador de sinal ou um monitor do sistema . podem ser incluídos para facilitar os algoritmos de processamento de sinais.

Em uma outra realização, o esquema de controle é manual ou semi-manual, onde um operador interpreta os sinais e determina a química da água de alimentação, tal como a dosagem do oxigênio ou do removedor de oxigênio. Em uma realização, o sinal de ORP medido é interpretado por um sistema controlador que controla uma quantidade de oxigênio ou de removedor de oxigênio para introduzir ao sistema de modo a manter o ORP medido dentro de uma determinada faixa.

Em uma realização, o sistema controlador também interpreta a temperatura medida para determinar a quantidade de oxigênio ou de removedor de oxigênio a ser adicionada, se houver alguma. O detector da temperatura também pode ser utilizado para finalidades de informação, tal como em esquemas de alarme e/ou esquemas de controle. Deve ser apreciado que o esquema de controle pode incorporar limitadores de bombas, alarmes, controle inteligente e/ou algo do gênero, com em outros elementos, tais como o pH, os níveis de oxigênio dissolvido, e outros constituintes residuais.

Em uma realização preferida, as mudanças e os ajustes na química da água de alimentação incluem a adição de oxigênio ou de um ou mais removedores de oxigênio à água de alimentação. Por definição, os removedores de oxigênio são agentes de redução (redutores), embora nem todos os agentes de redução sejam necessariamente removedores de oxigênio. Os agentes de redução, apropriados como removedores de oxigênio, satisfazem os requisitos termodinâmicos que um calor de reação exotérmico existe com o oxigênio. Para aplicações práticas, uma reatividade razoável é requerida a baixas temperaturas. Isto é, deve haver alguma cinética de reação favorável. Além disso, outras mudanças e ajustes na química da água de alimentaçao, tal como para controle do sistema e o controle da corrosão, podem incluir a adição de outros agentes de oxidação (oxidantes) ou de outros agentes de redução (redutores).

Também é altamente desejável que o agente de redução e seus produtos de oxidação não sejam corrosivos e não formem produtos que sejam corrosivos quando eles se formam no equipamento de geração de vapor. Tipicamente, os removedores de oxigênio funcionam idealmente em determinadas faixas de pH, temperaturas e pressões, e também são afetados pela catálise de uma maneira ou outra. A seleção dos removedores de oxigênio apropriados para um determinado sistema pode ser determinada de imediato com base nos critérios discutidos acima.

Os redutores preferidos (isto é, removedores de oxigênio) incluem a hidrazina, o sulfito, a carbohidrazida, a N,N-dietilhidroxilamina, a hidroquinona, o eritorbato, a etil metil cetoxima, a hidroxilamina, o ácido tartrônico, a etoxiquina, a metiltetrazona, a tetrametilfenilenodiamina, as semi-carbazidas, o dietilaminoetanal, o 2-cetogluconato, a N- isopropilhidroxilamina, o ácido ascórbico, o ácido gálico, e a hidroxiacetona.

Termos tais como "acoplador", "encaixe", "porca", tal como aqui utilizado, não se prestam a diferenciar, mas ao contrário eles se prestam geralmente a descrever e representar um tipo similar de mecanismo prendedor. Tais termos são utilizados por conveniência e não devido a uma limitação estrutural ou funcional. Qualquer mecanismo apropriado de fixação pode ser utilizado para acopladores, encaixes, e outros prendedores ou conectores descritos. Tipicamente, os mecanismos de fixação são projetados para suportar as temperaturas e as pressões encontradas em um sistema de água quente. Para ajudar na vedação de qualquer um dos acopladores, encaixes, etc., aqui descritos, agentes de vedação, tais como a fita de Teflon®, Teflon® líquido, massa de encanador, silicone, ou um outro agente de vedação apropriado, podem ser utilizados. Além disso, a referência a um encaixe como "de alta pressão" não se presta a distinguir esse encaixe de outros aqui descritos, uma vez que cada encaixe é escolhido dependendo das características particulares do sistema de água quente.

Os exemplos não limitadores representativos dos encaixes, acopladores, conectores, junções, porcas, parafusos, e outros ainda aqui descritos incluem os encaixes NPT, os encaixes NPT de liberação rápida, os encaixes de estilo AN, os encaixes alargados, os encaixes do tipo de compressão (tais como aqueles que utilizam virolas) , ou quaisquer outros acopladores, adaptadores, encaixes ou prendedores apropriados. A soldagem, a brasagem, a colagem (por exemplo, cianoacrilato, resina, ou um outro adesivo apropriado), ou outro tipo de fixação permanente ou semi- permanente também são contempladas para algumas aplicações. Qualquer tamanho, formato, material, etc., apropriado do acoplador, do encaixe, do conector, do adaptador ou da junção podem ser utilizados e são determinados com base nas características e nas demandas da aplicação particular.

Determinadas conexões elétricas, tais como conexões catódicas e anódicas, são aqui providas de acordo com as realizações da invenção. Em uma realização, uma sonda de ORP inclui uma conexão catódica, e um eletrodo de referência inclui uma conexão anõdica. Tais conexões são assim nomeadas a título de conveniência e por convenção. Em realizações alternativas, os pólos para estas conexões podem ser transpostos ou comutados, onde, por exemplo, o eletrodo de referência é a conexão catódica e a sonda de ORP é a conexão anódica.

Em uma realização, todas as interfaces elétricas ou as conexões descritas associadas com essas interfaces (isto é, conexões para a sonda de ORP, o eletrodo de referência, o detector da temperatura) incluem um conector do tipo de BNC. Alternativamente, as conexões podem incluir outros tipos de conectores de RF, conectores do tipo TNC, plugues do tipo banana, conectores de friso, outros tipos de conectores elétricos, conexões soldadas, fio direto, ou qualquer outra interface ou conexão elétrica apropriada.

DESCRIÇÃO DO DISPOSITIVO

Com referência às FIGURAS 1 a 8, as realizações preferidas do dispositivo de medição e monitoramento de ORP (indicado daqui por diante como "dispositivo de ORP") são ilustradas e explicadas, onde as referências numéricas idênticas denotam os componentes idênticos. Na FIGURA 1, uma realização do dispositivo de ORP 10 é mostrada com a célula de fluxo passante 25, o sensor 26, a união T 50 e o conjunto de eletrodos de referência equilibrado com pressão externa 75. A célula de fluxo passante ("FTC") é tipicamente a "fundação" do dispositivo de ORP à quais outros componentes são conectados, incluindo o detector da temperatura, o sensor, e o conjunto de eletrodos de referência equilibrado com pressão externa ("EPBRE"). Em realizações alternativas, no entanto, outros componentes podem ser separados da FTC e desse modo não serem diretamente conectados à FTC. Nesta realização, o acoplador 28 conecta a FTC à união Teo encaixe 7 8 conecta a FTC ao EPBRE.

Os prendedores preferidos incluem os encaixes NPT de 1/4 ou 3/8 polegada para o acoplador 28 e o encaixe 78. Estes conectores podem ser de qualquer tamanho apropriado e os exemplos aqui não se prestam a limitar. Por exemplo, um adaptador fêmea de 3/8 polegada pode ser utilizado para o acoplador 28, tal como peça número SS-6-TA-7-4, e a união redutora peça número SS-4 00-R-6BT pode ser utilizada para o encaixe 78 (ambos disponíveis junto a Swagelok® em Solon, OH). Nesta realização, o EPBRE é ilustrado "suspenso" embaixo e verticalmente com respeito ã FTC. Tal configuração vertical é uma realização e deve ser apreciado que o EPBRE pode ser posicionado a qualquer ângulo em relação à FTC de acordo com realizações alternativas. Preferivelmente, o dispositivo de ORP ê instalado de modo que o EPBRE aponte diretamente para baixo e para a terra. Essa posição descendente mantém a base do EPBRE à temperatura ambiente e garante contra a formação de bolhas dentro da solução de eletrólito (explicada abaixo).

A FIGURA 2 ilustra uma realização preferida da FTC 25. Embora este diagrama esquemático ilustre uma realização que tem quatro portas, 25a a 2 5d, é previsto que a FTC pode ter portas adicionais tais como para fixar ou adicionar outros componentes ou para acomodar fluxos de entrada e/ou fluxos de saída adicionais. Algumas ou todas as portas podem ser conectadas interna ou externamente ou separadas. Um exemplo de uma FTC de quatro portas preferida é o encaixe de tubo de 3/8 polegada, cruzeta de união peça número SS-600-4 (disponível junto a Swagelok® em Solon, 0H) . Em uma realização preferida, a FTC é construída de uma cruzeta de aço inoxidável de 3/8 polegada e inclui uma configuração de furo passante que tem quatro portas conectadas. É contemplado que o tamanho do furo e outras dimensões da FTC podem ser escolhidos para acomodar qualquer vazão possível, tal como determinado para cada aplicação. As vazões preferidas e típicas incluem de aproximadamente 50 ml/min a aproximadamente 1.000 ml/min. As vazões mais preferidas são de aproximadamente 100 ml/min a aproximadamente 500 ml/min.

Tal como mostrado na FIGURA 2, a porta de fluxo de entrada 25b acomoda um fluxo de entrada de água do sistema de água quente e a porta de fluxo de saída 25a dirige a água de volta ao sistema ou a uma corrente residual. Em realizações alternativas, válvulas ou outros dispositivos do controle de fluxo podem ser utilizados para controlar o fluxo de entrada e o fluxo de saída na FTC. Uma realização de tal sistema de controle de fluxo é ilustrada e explicada na FIGURA 8 abaixo.

Deve ser apreciado que a invenção pode incluir mais de uma porta de fluxo de entrada e/ou de fluxo de saída, que podem ser configuradas para trabalhar em uníssono, controláveis independentemente, ou configuradas e operadas em qualquer forma apropriada. A porta 25c nesta realização inclui o encaixe de alta pressão 78 que conecta a FTC ao EPBRE.

Em uma realização, o sensor 26 é associado com a FTD e se projeta para perto do centro da FTD. Em uma realização, o sensor inclui uma sonda de ORP. Em uma outra realização, o sensor inclui um detector da temperatura. Em uma realização adicional, o sensor inclui a sonda de ORP e o detector da temperatura. Em uma realização, o detector da temperatura é um sensor de resistência dependente da temperatura, descrito mais detalhadamente abaixo. Quando o fluxo de entrada da água entra em contato com a sonda de ORP, por exemplo, um sinal de ORP é produzido entre a sonda de ORP e o eletrodo de referência que é transferido ao sistema de controle. A sonda de ORP é posicionada tipicamente com relação à frita porosa 86, tal como explicado mais detalhadamente abaixo. Os materiais preferidos para a frita porosa incluem materiais de cerâmica ou eletrocerâmica, tais como a zircônia, materiais poliméricos, algo do gênero, ou qualquer outro material poroso apropriado. É preferível que a frita porosa seja inerte aos processos do sistema de água quente e à medição do sinal de ORP.

Na FIGURA 3, uma realização da união T 50 é mostrada incluindo o acoplador 28, a conexão elétrica 54 do detector da temperatura, as virolas 56a e 56b, a conexão 58 da sonda de ORP, o suporte L 60, e conectores de BNC 62a e 62b. O acoplador 28 conecta a FTC na porta 25d ã união T. Um conector preferido para o acoplador 28 é a peça número SS-6- TA-7-4 (disponível junto a Swagelok® em Solon, OH) . Em uma realização preferida, a união T inclui dois conectores de tubo de 1/8 polegada que têm um conector NPT de 1/4 polegada na extremidade remanescente que conecta ao acoplador 28. Em uma realização, a união T é montada sobre ou fixada ao suporte L ou outro dispositivo estabilizador ou fixação. Em realizações alternativas, a união T pode ter outros encaixes apropriadamente dimensionados, que podem ter uma configuração padrão, métrica, pequeno, grande, ou qualquer configuração apropriada. Uma extremidade da união T é conectada à célula de fluxo passante de acordo com uma realização. Às duas outras extremidades da união T são conectadas a conexão elétrica do detector da temperatura e a conexão da sonda de ORP. Embora qualquer união T apropriada possa ser utilizada, uma união T preferida é a peça número SS-200-3-4TMT (disponível junto a Swagelok® em Solon, OH).

A FIGURA 4 ilustra uma realização do sensor 26 que tem o detector da temperatura 26a (na "ponta" do sensor), a prega térmica isolante 26b, a faixa de metal nobre 26c, o fio 26d, a prega térmica de ancoragem 26e, e o tubo 26f. Nesta realização, o tubo 26f é um tubo de aço inoxidável de extremidade fechada que tem um diâmetro exterior de aproximadamente 1/8 polegada e se estende aproximadamente do centro da célula de fluxo passante para a união T. Deve ser apreciado que o tubo pode ser de qualquer diâmetro apropriado, tal como determinado para cada aplicação. O tubo funciona de modo a fornecer suporte para a faixa de metal nobre 2 6c ("faixa") e pode incluir qualquer material resistente à corrosão, tal como aço inoxidável de qualquer composição apropriada, alumínio, outros metais e plásticos, e as combinações destes. Em uma realização preferida, a faixa funciona como um sensor de ORP passivo. O ORP da água de amostra é medido na superfície passiva em relação ao eletrodo de referência. A faixa fica localizada, em uma realização, perto do centro da FTC (tal como explicado acima para a FIGURA 2) e fica em contato direto com a corrente aquosa.

Em uma realização preferida, o detector da temperatura é um sensor de resistência dependente da temperatura (tal como um PT100, PT200, PT1000, CU10, N1120). Em uma realização, o sensor de resistência dependente da temperatura é encerrado dentro do tubo 26f e não fica exposto diretamente à corrente aquosa. 0 detector da temperatura também pode incluir um termopar padrão (tal como o tipo J, K, T ou E) ou um outro dispositivo de detecção de temperatura de acordo com realizações alternativas. Em uma realização, o sensor 26 inclui uma sonda de ORP que tem uma faixa de metal nobre e um detector da temperatura, que são combinados em um componente integrado. Em uma realização, o sensor inclui dois fios, tais como o fio 26d, um dos quais transmite o sinal de ORP e o outro transmite o sinal da temperatura. Em uma outra realização, o detector da temperatura inclui uma pluralidade de fios.

As configurações alternativas para o detector da temperatura podem incluir um, dois ou mais detectores da temperatura utilizados independente ou conjuntamente uns com os outros. Por exemplo, se dois detectores da temperatura forem empregados, um detector pode ser utilizado para monitorar a temperatura perto da FTC enquanto o outro monitora a temperatura perto do eletrodo de referência. Tais configurações permitem que o usuário ou o operador do dispositivo de ORP avaliem e calculem os potenciais térmicos que possam existir ao longo do comprimento do EPBRE. Estes dados devem ser então utilizados para corrigir e desenroscar os valores de ORP com respeito aos diferenciais de temperatura e aos potenciais.

0 fio e a faixa podem incluir qualquer metal nobre, tal como o ouro, a prata, o tântalo, a platina, o ródio, o cobre e/ou um outro ainda. A platina é a preferida. Em uma realização, qualquer fio aqui descrito pode incluir um material isolante, tal como o plástico ou o Teflon®, envolto em torno de tal fio. 0 fio 26d é conectado à faixa e transmite um sinal elétrico ã conexão catiônica 58. Em uma realização, um outro fio (não mostrado) transmite um sinal elétrico à conexão elétrica 54 do detector da temperatura de uma porção "ativa" de um detector da temperatura da resistência que reside dentro da extremidade fechada do tubo na ponta 26a. A FIGURA 5 ilustra uma vista destacada detalhada da relação espacial entre diversos componentes descritos de acordo com uma realização preferida. Em uma realização, a extremidade posterior do sensor 26 se projeta através da união T e rumo ao espaço no lado oposto da união T da FTC (tal como mostrado na FIGURA 5) . Nesta realização, a porção ativa do sensor de resistência dependente da temperatura fica localizada dentro do tubo 26f na ponta 26a.

Uma realização preferida do eletrodo de referência inclui o EPBRE 75, que age de modo a encerrar e isolar termicamente o eletrodo de referência. Na FIGURA 6 é ilustrada uma realização do EPBRE 75 incluindo o tubo externo 76, o encaixe de alta pressão 78, o conector de alta pressão 80, o tubo interno 82, o eletrodo de referência 84, a frita porosa 86, a inserção 88, o invólucro de múltiplos encaixes 90, a união redutora 92, o conector de BNC 94, a porca de travamento 96, o parafuso 98 e o prendedor 102. O tubo externo nesta realização é um tubo de aço inoxidável com um diâmetro interno de 1/8 a 1/2 polegada e abriga o tubo interno. Em uma realização, o EPBRE inclui uma ou mais inserções 88, que funcionam para permitir que o tubo interno seja separado para refrescar, verificar, substituir, recondicionar, etc., a solução de eletrólito, tal como explicado mais detalhadamente abaixo.

Deve ser apreciado que o tubo externo, o tubo interno e a inserção podem ser feitos de qualquer material apropriado de qualquer tamanho apropriado, tal como o aço inoxidável, alumínio, Teflon®, plástico, um outro material polimérico apropriado, ou um outro metal apropriado. Preferivelmente, o tubo externo é de aço inoxidável (tal como a tubulação do aço inoxidável 316 de diâmetro externo de 1/4 polegada disponível junto a McMaster-Carr® em Elmhurst, IL) e o tubo interno é de Teflon® que tem um encaixe sem folga com o tubo externo. Neste exemplo, o tubo externo 76 tem um comprimento de aproximadamente 5 a aproximadamente 25 polegadas. Preferivelmente, o tubo externo tem um comprimento de aproximadamente 10 a aproximadamente 20 polegadas. O comprimento do tubo externo age de modo a isolar termicamente o eletrodo de referência (dentro do EPBRE) do sistema de água quente enquanto mantém uma pressão aproximadamente igual entre o sistema de água quente e o eletrodo de referência. Ele é feito de qualquer material de tubulação apropriado, e qualquer diâmetro ou comprimento apropriado podem ser utilizados.

Uma realização para o invólucro de múltiplos encaixes ou "base" do EPBRE é ilustrada na FIGURA 7, que inclui a junção vedada 100, o prendedor 102, e a conexão de eletrodo de referência 84b do eletrodo de referência. A junção vedada inclui preferivelmente um material de múltiplas virolas não metálico. Nesta realização, o material de vedação na junção vedada compreende três virolas separadas de Teflon® fixadas com uma porca de 3/16 polegada ao invólucro de múltiplos encaixes. Um exemplo de tal "conjunto" de virolas inclui as peças números T-303 e T-304 (disponíveis junto a Swagelok® em Solon, OH) . Em outras realizações, tipos diferentes de vedações e de materiais de vedação podem ser utilizados para a junção vedada. Por exemplo, o material de vedação pode incluir uma junta, um elastômero, silicone, cortiça, um encaixe alargado, uma luva de borracha, um anel- 0, ou qualquer vedação ou material vedante apropriado. Nesta realização, as virolas funcionam de modo a aplicar pressão no eletrodo de referência 84, que é encerrado pelo tubo interno. O conector 80 é unido â união redutora 92, por exemplo, por meio de virolas de aço inoxidável padrão. As virolas aplicam pressão no tubo externo, desse modo prendendo o mesmo no lugar e formando um limite seguro para a pressão.

O eletrodo de referência tem preferivelmente um comprimento de aproximadamente 2,5 a aproximadamente 3,5 polegadas e é afunilado da ponta 84a até a junção vedada 100. Em uma realização, o diâmetro do eletrodo de referência permanece constante da junção vedada até a conexão do eletrodo de referência 84b. A extremidade da conexão do eletrodo de referência tem tipicamente aproximadamente 0,125 polegada de diâmetro e a ponta tem tipicamente aproximadamente 0,01 polegada de diâmetro. Estes diâmetros podem ser qualquer diâmetro apropriado de acordo com realizações alternativas. 0 eletrodo de referência (preferivelmente uma meia-célula de prata/cloreto de prata, onde o eletrodo em forma de haste afunilado inclui a prata com um revestimento de cloreto de prata) se estende de dentro do tubo interno (isto é, a ponta fica em contato com a solução de carga de eletrólito) à extremidade do tubo externo e entra em contato com a conexão do eletrodo de referência. A extremidade da conexão do eletrodo de referência inclui um entalhe para acomodar um fio que conecta o eletrodo de referência ao conector de BNC 94 operável para transmitir o sinal elétrico do eletrodo de referência a um receptor ou um controlador, de acordo com uma realização. 0 parafuso 98 age de modo a impedir que o eletrodo de referência seja ejetado sob a pressão do sistema e é feito tipicamente de qualquer material eletricamente isolante, tal como o nylon, o PVC, ou 1um outro plástico.

MONTAGEM

Embora exista uma multiplicidade de métodos para a montagem do dispositivo de ORP descrito, um método exemplificador inclui a perfuração através da união T 50 com uma broca de 1/8 polegada (ou qualquer tamanho que combine com o tamanho do tubo 26f) para permitir a inserção do tubo 26f através da união Τ. 0 suporte L 60 é então fixado (por exemplo, soldado) à união T, e o acoplador 28 é fixado ao lado da FTC da união T. Em uma etapa subseqüente, o acoplador será utilizado para afixar a união T a uma das portas, tal como a porta 25c, na FTC.

A formação da sonda de ORP (em uma realização, em uma faixa de metal nobre 26c) inclui a utilização de uma faixa (preferivelmente de platina) que tem uma largura de aproximadamente 1/16 a aproximadamente 1/2 polegada (preferivelmente de aproximadamente 1/4 polegada) e um diâmetro suficientemente grande para encaixar em torno do tubo 26f. A prega térmica isolante 26b é encolhida no tubo 26f, deixando aproximadamente 1/8 polegada da extremidade fechada do tubo exposta. Uma parte pequena da faixa é cortada então e a faixa agora "em forma de C" é envolta firmemente ou dobrada em torno da prega térmica isolante. A parte destacada ou emenda da faixa deve finalmente ficar voltada em oposição à frita porosa 86 com a montagem final. Uma extremidade do fio 26d é colocada entre a prega térmica isolante e a faixa, a qual é então frisada sobre a prega térmica isolante. Essa frisagem prende o fio 26d entre a prega térmica isolante e a faixa. 0 fio também é tipicamente fixado à faixa através de soldagem, brasagem, etc. 0 fio tem tipicamente aproximadamente 0,001 a aproximadamente 0,01 polegada de diâmetro e tem um comprimento (tipicamente de aproximadamente 2,5 a aproximadamente 4,5 polegadas) suficiente para alcançar a conexão 58 da sonda de ORP.

Em uma realização, um sensor de resistência dependente da temperatura reside dentro do tubo 26f. Por exemplo, um sensor de resistência dependente da temperatura de quatro fios é transformado em um conector de dois fios e ligado à conexão elétrica 54 do detector da temperatura de BNC. Uma pequena quantidade de prega térmica ou de um outro material estabilizante pode ser colocada no sensor de resistência dependente da temperatura para prover suporte e isolamento elétrico. O sensor da resistência é introduzido então na extremidade aberta do tubo 26f até a extremidade fechada do tubo. À medida que a temperatura da superfície exterior do tubo muda em relação à corrente aquosa, a mudança do calor provoca mudanças da resistência no sensor de resistência dependente da temperatura, que, por sua vez, envia o sinal elétrico apropriado ao sistema controlador.

Desse modo, o tubo 26f abriga internamente ou encerra um sensor de resistência dependente da temperatura, e a sonda de ORP incluindo a faixa de metal nobre 26c reside em sua superfície exterior, de acordo com uma realização. O tubo tem tipicamente de aproximadamente 3,5 a aproximadamente 5 polegadas; no entanto, qualquer comprimento apropriado irá funcionar. Com o corte do tubo no comprimento, e a colocação da prega térmica isolante em uma parte do tubo, o fio e a faixa são fixados no lugar. A prega térmica isolante pode cobrir quase o tubo inteiro ou somente cobrir parcialmente o tubo, desse modo deixando uma parte de cada extremidade do tubo exposta. Por exemplo, uma parte pequena da extremidade fechada, tal como 1/8 polegadas, e uma parte ligeiramente maior da extremidade aberta, tal como aproximadamente 1/2 polegada a aproximadamente 1 polegada, pode ser exposta.

Um outro componente, a prega térmica de ancoragem 26e, age de modo a ajudar a prender a faixa e o fio no lugar. Em uma realização, uma primeira parte da prega térmica de ancoragem é colocada na frente da faixa (isto é, entre a faixa e a ponta da extremidade fechada do tubo) e uma segunda parte da prega térmica de ancoragem é colocada no outro lado da faixa. A segunda parte da prega térmica de ancoragem sobrepõe ligeiramente a faixa e funciona de modo a fixar ainda a faixa e o fio no tubo 26f.

O tubo montado é então deslizado para a união T e travado no lugar tal como segue. O fio que se estende da faixa é introduzido através da parte inferior da união T para a virola 56b, e a extremidade do tubo (que também tem a extremidade do sensor de resistência dependente da temperatura) é introduzida na união T rumo à virola 56a. As virolas são então travadas e vedadas. Os fios que se estendem da sonda de ORP e do sensor de resistência dependente da temperatura são então afixados aos conectores de BNC, preferivelmente por meio de soldagem. As verificações elétricas devem ser executadas para assegurar a continuidade entre a faixa e o encaixe de BNC e para assegurar a ausência de condutividade entre a faixa ou o fio e o restante do conjunto.

Em uma realização, o invólucro de múltiplos encaixes 90 é tipicamente feito de aço inoxidável (outros metais, plásticos, etc., apropriados também são contemplados) e tem duas funções principais. A primeira função é de abrigar a conexão elétrica do eletrodo de referência e a segunda função é de prover o suporte estrutural para impedir que o eletrodo de referência 84 seja ejetado sob a pressão do sistema. Uma porca de união redutora é soldada ou então fixada a um primeiro encaixe do invólucro de múltiplos encaixes. A porca de travamento 96 é fixada ao interior de um segundo encaixe do invólucro de múltiplos encaixes. 0 parafuso 98 é introduzido na porca de travamento para assegurar que o eletrodo de referência fique seguro em relação à pressão. O conector de BNC 94 é fixado a um terceiro encaixe do invólucro de múltiplos encaixes. Cada um dos componentes acima pode ser fixado ao utilizar quaisquer meios apropriados, incluindo a soldagem, a brasagem, a aplicação de epõxi, e outros ainda.

A montagem do EPBRE inclui a preparação do eletrodo de referência, que tem um afunilamento que se estende através de um comprimento do eletrodo de referência, tal como explicado acima. A parte afunilada do eletrodo de referência reside na solução de eletrólito. O eletrodo de referência ê preferivelmente eletro-clorado ao ser mergulhado em uma solução de aproximadamente 1 molar de ácido clorídrico e ao passar uma corrente de 3,5 miliampères através do eletrodo de referência e de um contraeletrodo por aproximadamente quatro horas.

Um método exemplificador de eletrocloração do eletrodo de referência inclui a colocação, em uma célula de vidro de 1 litro, de aproximadamente 1 litro de uma solução de 1 molar de ácido clorídrico. Dois contra-eletrodos de carbono conectados um ao outro servem como contraeletrodo (a ser conectado a um cabo do contraeletrodo do potenciostato). O eletrodo de referência é preferivelmente uma haste de prata tal como descrito acima, a qual é suspensa no centro da célula de vidro. Ambos os contra-eletrodos ficam separados a 180 graus nas bordas opostas da célula de vidro. Uma configuração típica do potenciostato é: Faixa da corrente 10 mA, galvanostato de modo; Configurar o ajuste de varredura:11 0 A; retardamento de 1 a 10 s; varredura de Il mA/s; 12 - 8,3 mA (alimentação de entrada como 0,083-mA); retardamento de 2 6500; varredura de 2 10 s; 13 0A. Os eletrodos podem ser armazenados em uma solução de KCl 0,1N após a eletrocloração.

Em uma realização, o tubo interno inclui uma inserção 88 que separa o tubo interno em uma parte superior e em uma parte inferior (e pela funcionalidade também pode separar o tubo externo em duas partes). A parte superior é unida a uma das portas na FTC e a parte inferior é unida à base do EPBRE. As duas partes são conectadas utilizando a inserção. Tal separabilidade permite a manutenção da solução de eletrólito dentro do tubo interno.

Para formar a parte superior, uma seção da tubulação da prega térmica de Teflon® (encolhe até um diâmetro externo de aproximadamente 1/8 polegada) aproximadamente 12 polegadas de comprimento são aquecidas até 345°C em um forno, e resfriadas. Tipicamente, um tubo fino de aço inoxidável fino (ou um outro material apropriado) colocado dentro da tubulação de Teflon® provê o suporte estrutural durante o processo de aquecimento e resfriamento.

O tubo de suporte é removido após o resfriamento. A frita porosa 8 6 tem, neste exemplo, um diâmetro externo de aproximadamente 1/8 polegada, um comprimento de aproximadamente 1/2 polegada, e uma porosidade de aproximadamente 10% a aproximadamente 20%. Uma extremidade da tubulação encolhida é aparada para atingir um comprimento de aproximadamente 11,45 polegadas, e a outra extremidade é ligeiramente alargada. A frita porosa é pressionado aproximadamente 1/2 polegada na extremidade cortada do tubo encolhido, onde aproximadamente 0,05 polegada a aproximadamente 0,15 polegada da ponta da frita porosa é tipicamente deixada exposta além do tubo interno. A inserção de aproximadamente 1 polegada de comprimento irá encaixar no iritérior da extremidade alargada (até aproximadamente 1/2 polegada). Em uma realização, a inserção também é submetida a um processo de encolhimento tal como acima. Alternativamente, a inserção não é encolhida e tem um tamanho apropriado de Teflon® a ser introduzido no Teflon® termicamente encolhido que compreende a parte superior do tubo interno.

A parte inferior do tubo interno é encolhida e ligeiramente alargada tal como descrito acima para a parte superior. Em uma realização, a extremidade da parte inferior que é fixada ao invólucro de múltiplos encaixes é reforçada com a tubulação de prega térmica de Teflon® adicional (ou um outro material similar) e alargada em sua extremidade superior para permitir a inserção de aproximadamente 1/2 polegada restante da inserção (isto é, a parte da inserção que permanece fora da parte de baixo da parte superior do tubo interno). O material de reforço ajuda a prover suporte para o tubo interno na união redutora 92. O eletrodo de referência eletroclorado é então pressionado na extremidade reforçada da parte inferior, com a extremidade afunilada do eletrodo de referência sendo introduzida no tubo interno.

Em uma realização, o tubo interno 82 é preenchido com qualquer concentração da solução de eletrólito, tal como NaCl, KCl, calomelano (isto é, cloreto de mercúrio (I) ou Hg2Cl2), ou um outro ainda, e as combinações destes. Em uma realização, o preenchimento do tubo interno inclui a separação do tubo através da inserção e o preenchimento de um volume interno da parte superior e da parte inferior com a solução de eletrólito utilizando uma seringa de agulha longa. As duas partes são preenchidas tipicamente ligeiramente além da capacidade, resultando em meniscos. Quando as duas partes são conectadas, as soluções de eletrólito combinam, desse modo não deixando nenhuma bolha de ar dentro das partes internas conectadas do tubo. A presença de bolhas de ar irá causar medições imprecisas e de circuito aberto. Preferivelmente, o tubo interno é preenchido com aproximadamente 0,1 N de KCl. Alternativamente, a solução de eletrólito inclui de aproximadamente 0,001 N a aproximadamente 3,8 N de KCl. Em outras realizações, o EPBRE não tem um tubo interno, e o tubo externo é preenchido com a solução de eletrólito. Isto é, um tubo executa a função do tubo interno e do tubo externo em combinação. Em realizações alternativas, uma pluralidade de tubos pode ser montada ou combinada concentricamente para executar a função descrita. Em outras realizações, o EPBRE inclui um eletrodo de hidrogênio padrão ou um outro eletrodo de referência apropriado. Uma vez que o tubo interno montado seja deslizado no tubo externo 76 para formar um conjunto de tubos, a extremidade inferior do conjunto de tubos é fixada ao invólucro de múltiplos encaixes e a extremidade superior do conjunto de tubo é unida à FTC. Uma parte pequena do tubo externo (por exemplo, aproximadamente 0,05 polegada a aproximadamente 0,25 polegada) deve permanecer exposta além das respectivas uniões redutoras em uma ou outra extremidade do tubo externo. A montagem das uniões redutoras envolve tipicamente a estampagem, a prensagem a frio, etc., das uniões para formar uma vedação.

De acordo com uma realização, a montagem do invólucro de múltiplos encaixes inclui a soldagem ou então a fixação do prendedor 102 ao invólucro de múltiplos encaixes. A junção vedada 100 encaixa no prendedor e forma uma vedação para a parte inferior do tubo interno. O conector de alta pressão 80, a união redutora 92 e o prendedor 102 são montados para fixar a parte inferior ao invólucro de múltiplos encaixes. Uma parte pequena do eletrodo de referência se projeta para o invólucro de múltiplos encaixes para permitir a conexão do eletrodo de referência ao conector de BNC 94 com um fio ou um outro material condutor. A porca de travamento 96 e parafuso 98 são montados então no invólucro de múltiplos encaixes para assegurar que o eletrodo de referência permaneça pressionado na posição sob a pressão operacional.

A montagem do topo do conjunto de tubos inclui a fixação do encaixe de alta pressão 78 a uma das portas na FTC. Em uma realização, é utilizada uma união redutora, tal como a peça número SS-400-R-6BT (disponível junto a Swagelok® em Solon, OH) . Em realizações alternativas, qualquer prendedor, acoplador, etc., apropriado pode ser utilizado para fixar o topo do conjunto de tubos à FTC. Em uma realização, a distância ou abertura espacial entre a frita porosa 86 (a frita porosa termina o EPBRE na extremidade da FTD) e a faixa é de aproximadamente 1/64 polegada ou mais. Preferivelmente, a distância é de aproximadamente 1/8 polegada a aproximadamente 1/2 polegada, e mais preferivelmente a distância é de aproximadamente 3/16. Tipicamente, a distância é aproximadamente 1,5 vez o diâmetro da extremidade da conexão de eletrodo de referência do eletrodo de referência e pode ser de aproximadamente uma a aproximadamente duas vezes esse diâmetro. 0 diâmetro da extremidade é preferivelmente de aproximadamente l/l00 a aproximadamente 1 polegada, e mais preferivelmente de aproximadamente 1/8 polegada a aproximadamente 1/2 polegada, e ainda mais preferivelmente de aproximadamente 3/16 polegada. Em realizações alternativas, a extremidade pode ter qualquer diâmetro apropriado, tal como de aproximadamente 1/100 polegada ou menos a aproximadamente várias polegadas ou mais. Em cada realização, o diâmetro da extremidade está relacionado à abertura espacial, e a calibração (explicada abaixo) do dispositivo de ORP inclui ajustes para acomodar a abertura espacial.

CALIBRAÇÃO E INSTALAÇÃO

A calibração do dispositivo de ORP inclui, por exemplo, a verificação do potencial eletroquímico do EPBRE contra uma meia-célula padrão de cloreto de potássio saturado. Sob condições de calibração, o conector elétrico normalmente conectado (isto é, sob condições operacionais) à sonda de ORP é conectado ao EPBRE, e o conector elétrico normalmente conectado ao EPBRE é conectado à meia-célula conhecida padrão. Ambos os eletrodos devem ser imersos em uma solução saturada de cloreto de potássio. A diferença de potencial entre estes dois eletrodos deve ser de aproximadamente 82 mV a aproximadamente 92 mV se a temperatura ambiente for de aproximadamente 25 0C (preferivelmente de aproximadamente 90 mV) . Embora a diferença de potencial seja uma função da temperatura, o efeito da temperatura é relativamente pequeno, e é de aproximadamente 2 mV de aproximadamente 0°C a aproximadamente 50°C. Quaisquer variações significativas desses valores indicam tipicamente bolhas de ar na solução de carga de eletrólito ou um eletrodo de referência danificado. Um dispositivo de ORP calibrado deve fornecer uma leitura de zero milivolt quando a conexão normalmente utilizada para a sonda de ORP é curto-circuitada ao conector normalmente utilizado para o eletrodo de referência.

A FIGURA 8 ilustra uma realização de uma instalação típica do dispositivo de ORP no sistema de água quente 200. Deve ser apreciado que um, dois ou mais dispositivos de ORP podem ser utilizados em um sistema de água quente. Por exemplo, determinadas usinas utilizam múltiplos deaeradores onde a água de alimentação é distribuída a múltiplas caldeiras através de múltiplas bombas de alimentação da caldeira e sistemas de suporte. Nestes casos, diversos dispositivos de ORP instalados em diversos locais de pontos de amostra diferentes podem ser necessários. Em uma realização, os sinais de ORP de um ou mais desses locais devem ser transmitidos a um controlador, que calcula e determina todas as mudanças necessárias à química do sistema.

As válvulas incluídas na FIGURA 8 são nomeadas a título de conveniência. Qualquer tipo de válvula pode ser utilizado em cada ocorrência de uma válvula, tal como de duas vias, de três vias, de padrão em Y, torneira de fechamento, de agulha, de esfera, de globo, de passagem, piloto, de porta, de borboleta, outra ainda, ou de qualquer desenho de válvula apropriado. Além disso, as válvulas podem ser automatizadas, controladas manualmente, ou operadas de qualquer maneira conforme necessário para aplicações particulares para regular a vazão através da célula de fluxo passante. Nesta realização, o sistema de água quente inclui a válvula travável 204 que recebe uma amostra em linha da saída de água de alimentação 202 e age como ponto inicial para introduzir o fluxo no dispositivo de ORP através do tubo de transferência 206 e da válvula de isolamento 208. Neste exemplo, a saída da água de alimentação é unida a uma entrada do economizador, etiquetada como "ponto de amostra de entrada do economizador após a bomba de água de alimentação da caldeira", na FIGURA 8. Qualquer vazão apropriada pode ser empregada, tal como determinado pelo operador ou sistema controlador. As vazões podem ser diferentes e controladas independentemente para partes diferentes do sistema ilustrado na FIGURA 8. Além disso, vazões constantes propiciam tipicamente medições mais exatas do ORP. Tal como explicado acima, as vazões variam preferivelmente de aproximadamente 50 ml/min a aproximadamente 1.000 ml/min. As vazões mais preferidas variam de aproximadamente 100 ml/min a aproximadamente 500 ml/min.

Uma tubulação de qualquer tamanho ou um conduto de qualquer material apropriado pode ser utilizado para o tubo de transferência, embora uma tubulação de aço inoxidável de 1/4 ou 3/8 polegada seja a preferida. A tubulação T 213 reside entre a válvula de isolamento e o dispositivo de ORP. À tubulação T, também é conectado o medidor de pressão 214, que pode ser um medidor simples ou um dispositivo/conjunto de detecção de pressão com capacidade de transferir os dados da pressão a qualquer receptor. Em uma instalação típica, um isolamento apropriado deve ser utilizado nos componentes entre a saída da água de alimentação e o dispositivo de ORP para reduzir a perda de calor e para assegurar que temperaturas estáveis sejam mantidas no dispositivo de ORP. A água de alimentação amostrada flui então através do dispositivo de ORP, é opcionalmente resfriada e despressurizada, ou é alternativamente retornada ao sistema ou então drenada como resíduo através do dreno livre 220.

Em uma aplicação de caldeira industrial (por exemplo, caldeiras de vapor convencionais ou de serviço público), o dispositivo de ORP (e seus componentes) é tipicamente posicionado perto da retirada de amostra da linha de água de alimentação (sob a temperatura e a pressão operacionais). Com as caldeiras de vapor convencionais, a posição deve ser preferivelmente depois da bomba de alimentação principal, mas antes do economizador ou depois do deaerador. Em caldeiras de serviço público de geração de eletricidade, a retirada da amostra é tipicamente antes do deaerador. Deve ser apreciado que os locais do dispositivo de ORP variam de acordo com as aplicações e configurações específicas. Um exame completo da água de alimentação da usina deve tipicamente ser executado para determinar onde as medições do ORP (isto é, "tensão de redução-oxidação") devem propiciar o maior benefício para qualquer aplicação particular.

EXEMPLO

O acima exposto pode ser mais bem compreendido através de referência ao seguinte exemplo, que se presta a finalidades ilustrativas e não se presta a limitar o âmbito da invenção.

A FIGURA 9 mostra múltiplos exemplos de variações de sinais de ORP a temperatura e pressão elevadas em um sistema de água de alimentação de caldeira industrial simulado (@T ORP™) . 0 eixo y mostra as leituras de ORP medidas com o dispositivo de ORP aqui descrito. 0 eixo χ mostra as leituras de oxigênio dissolvido que correspondem a cada leitura. As condições dos testes e algumas das variáveis que podem conduzir a números de ORP diferentes são fornecidas na legenda para a FIGURA 9. Ao mover ao longo do segmento de linha de "A" para "Β", uma quantidade crescente de oxigênio é removida do sistema através de deaeração mecânica. Do ponto "B" ao ponto "C", no entanto, quantidades crescentes de redutor (carbohidrazida neste exemplo) são adicionadas com o declínio resultante nos valores de ORP. Neste caso, a designação de "1" na figura corresponde a 0,06 ppm (IX) de

carbohidrazida adicionada. Os pontos "5" e "10" são 5 vezes e 10 vezes a adição de carbohidrazida. Tal como pode ser observado, a diminuição da quantidade de oxigênio dissolvido e o aumento da quantidade de removedor de oxigênio/redutor adicionado têm um efeito significativo nos valores medidos de

ORP tomados à temperatura e pressão. Deve ser compreendido que várias mudanças e modificações nas realizações presentemente preferidas aqui descritas serão aparentes aos elementos versados na técnica. Tais mudanças e modificações podem ser feitas sem que se desvie do caráter e do âmbito da invenção e sem diminuir as suas vantagens pretendidas. Pretende-se, portanto, que tais mudanças e modificações sejam cobertas pelas reivindicações anexas.

Claims (19)

1. DISPOSITIVO PARA MEDIR UM POTENCIAL DE OXIDAÇÃO- REDUÇÃO À TEMPERATURA E PRESSÃO OPERACIONAIS ("ORP"), em um sistema de água quente e operável para transmitir um ORP medido e uma temperatura medida a um sistema controlador, em que o ORP medido e a temperatura medida são opcionalmente transmitidos eletronicamente ao sistema controlador, e o dispositivo é caracterizado pelo fato de compreender: (a) uma célula de fluxo passante; (b) uma sonda de ORP associada com a célula de fluxo passante; (c) um detector de temperatura associado com a célula de fluxo passante; e (d) um eletrodo da referência.

2. DISPOSITIVO, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que a célula de fluxo passante inclui pelo menos uma porta de fluxo de entrada e pelo menos uma porta de fluxo de saída.

3. DISPOSITIVO, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que a célula de fluxo passante inclui uma pluralidade de portas de fluxo de entrada e/ou uma pluralidade de portas de fluxo de saída.

4. DISPOSITIVO, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que a célula de fluxo passante inclui uma ou mais portas.

5. DISPOSITIVO, de acordo com a reivindicação 4, caracterizado pelo fato de que pelo menos uma das portas inclui uma conexão ao detector de temperatura.

6. DISPOSITIVO, de acordo com a reivindicação 4, caracterizado pelo fato de que pelo menos uma das portas inclui uma conexão ao eletrodo de referência.

7. DISPOSITIVO, de acordo com a reivindicação 4, caracterizado pelo fato de que o detector de temperatura é conectado à mesma porta que a sonda de ORP ou a uma outra das portas.

8. DISPOSITIVO, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que a sonda de ORP e o detector de temperatura constituem um componente de sensor integrado.

9. DISPOSITIVO, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que a célula de fluxo passante inclui uma primeira porta e uma segunda porta, e em que um sensor integrado que inclui a sonda de ORP e o detector de temperatura é conectado à primeira porta e o eletrodo de referência é conectado à segunda porta.

10. DISPOSITIVO, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que a sonda de ORP inclui um metal nobre.

11. DISPOSITIVO, de acordo com a reivindicação 10, caracterizado pelo fato de que o metal nobre é a platina.

12. DISPOSITIVO, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o detector de temperatura é um sensor de resistência dependente da temperatura.

13. DISPOSITIVO, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de incluir uma pluralidade de detectores de temperatura.

14. DISPOSITIVO, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de incluir uma pluralidade de conexões elétricas em comunicação com o sistema controlador.

15. DISPOSITIVO, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o eletrodo de referência reside dentro de um conjunto de eletrodos de referência equilibrados com pressão externa que inclui uma solução de eletrólito.

16. DISPOSITIVO, de acordo com a reivindicação 15, caracterizado pelo fato de que o conjunto de eletrodos de referência equilibrado com pressão externa inclui uma solução de cloreto de potássio de aproximadamente 0,001 normal a aproximadamente 3,8 normal.

17. DISPOSITIVO, de acordo com a reivindicação 15, caracterizado pelo fato de que o conjunto de eletrodos de referência equilibrado com pressão externa inclui um a meia- célula de prata/cloreto de prata que reside parcialmente em uma solução de eletrólito dentro do dito conjunto.

18. MÉTODO PARA IMPEDIR A CORROSÃO EM UM SISTEMA DE ÁGUA QUENTE AO UTILIZAR O DISPOSITIVO, conforme definido na reivindicação 1, em que o método é caracterizado pelo fato de compreender: (a) a determinação de uma faixa de potencial de oxidação-redução ("ORP") ideal para o sistema de água quente; (b) a medição de um ORP em tempo real do sistema de água quente à temperatura e pressão operacionais; (c) a medição de uma temperatura em tempo real do sistema de água quente; (d) a transferência do dito ORP medido e da dita temperatura medida ao sistema controlador; (e) a determinação se o ORP medido está dentro da faixa de ORP ideal; (f) opcionalmente, a regulação de uma vazão através da célula de fluxo passante; e (g) a adição manual e/ou automática de uma quantidade eficaz de oxigênio ou uma quantidade eficaz de um ou mais redutores à água de alimentação do sistema de água quente, se o ORP medido não estiver dentro da faixa de ORP ideal.

19. DISPOSITIVO PARA MEDIR 0 POTENCIAL DE OXIDAÇÃO-REDUÇÃO ("ORP") E A TEMPERATURA, em condições de temperatura e pressão operacionais em um sistema de água quente, em que o dispositivo é caracterizado pelo fato de compreender: (a) uma célula de fluxo passante que tem uma pluralidade de portas que incluem uma primeira porta, uma segunda porta, uma porta de fluxo de entrada, e uma porta de fluxo de saída; (b) uma sonda de ORP e um sensor de resistência dependente da temperatura associado com a primeira porta, sendo que ambos os sensores residem pelo menos parcialmente dentro da célula de fluxo passante e cada sensor tem pelo menos uma conexão elétrica operável para transferir as informações a um controlador; e (c) um conjunto de eletrodos de referência equilibrado com pressão externa associado com a segunda porta, em que o dito conjunto inclui uma frita porosa em uma primeira extremidade do conjunto parcialmente dentro da célula de fluxo passante, um tubo que inclui uma solução de eletrólito e se estende da primeira extremidade do conjunto a uma segunda extremidade do conjunto, em que a segunda extremidade do conjunto é unida a um invólucro de múltiplos encaixes e tem um eletrodo de referência de meia-célula de prata/cloreto de prata parcialmente imerso na solução de eletrólito e tem uma conexão elétrica operável para transferir as informações ao controlador.