ES2180454B1 - Sistema para la vigilancia de la eficacia del tratamiento quimico del ciclo agua-vapor por medio de sondas in situ. - Google Patents
Sistema para la vigilancia de la eficacia del tratamiento quimico del ciclo agua-vapor por medio de sondas in situ.Info
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Abstract
Sistema para la vigilancia de la eficacia del tratamiento químico del ciclo agua-vapor por medio de sondas in situ. El sistema comprende sondas in situ que generan señales eléctricas analógicas; señales ex situ; equipos electrónicos para la medida y transmisión de las señales analógicas generadas por las sondas in situ; mangueras eléctricas como medio de transmisión de las señales; unidades de adquisición de señales (UAS); tarjetas de adquisición de señales para la digitalización de las mismas; un software para el tratamiento y visualización de los datos y almacenamiento de la información; y un ordenador. El sistema gestiona las señales eléctricas analógicas generadas en diferentes puntos por dichas sondas in situ y las señales ex situ transmitidas a una UAS donde se, digitalizan, que son procesadas por una aplicación informática que almacena toda la información. El sistema es útil para vigilar la eficacia del tratamiento químico del ciclo agua - vapor a tiempo real.
Description
Sistema para la vigilancia de la eficacia del
tratamiento químico del ciclo agua-vapor por medio
de sondas in situ.
La invención se refiere a un sistema para la
vigilancia de la eficacia del tratamiento químico del ciclo
agua-vapor por medio de sondas in situ, en
concreto, con un sistema para la vigilancia de la eficacia y
optimización del tratamiento químico para la corrosión, en tiempo
real. El sistema gestiona las señales eléctricas generadas en
diferentes puntos por sondas in situ electroquímicas y
químicas, y las señales ex situ producidas por los
analizadores del laboratorio que son transmitidas mediante lazos de
corriente a una unidad de adquisición de señales, donde se
digitalizan, mediante tarjetas de adquisición, que son procesadas
por una aplicación informática que almacena, visualiza y gestiona la
información.
En las centrales eléctricas que utilizan agua
como elemento transportador de energía y, en general, en todas las
instalaciones generadoras de vapor, se necesita controlar dos
aspectos fundamentales: (i) la cantidad de sales disueltas, pues
éstas pueden depositarse sobre las superficies metálicas de
intercambio de calor, disminuyendo el rendimiento del ciclo
agua-vapor; y (ii) la corrosión de las tuberías, ya
que, desde el punto de vista termodinámico, la tendencia natural de
los metales es oxidarse en contacto con el agua. Por ambas causas se
puede producir la indisponibilidad de la instalación debido a la
rotura de los tubos, ya sea por recalentamiento, perforación,
etc.
El control de los dos problemas anteriormente
expuestos se realiza, en términos generales, mediante (i) el
tratamiento del agua en una planta de desmineralización, para
eliminar las sales disueltas que transporta el agua bruta,
convirtiéndose el agua bruta en agua desmineralizada; y (ii)
mediante un tratamiento químico sobre el agua desmineralizada con el
fin de minimizar la corrosión de las tuberías. La base del
tratamiento químico es la formación y estabilización de capas
protectoras sobre las superficies metálicas en contacto con el
ciclo. Este tratamiento químico, que se supervisa por el laboratorio
químico, tiene por objeto asegurar la calidad del agua procedente de
la planta desmineralizadora y controlar los parámetros que se
establecen para la aplicación del tratamiento químico especificado.
Asimismo, vigila la entrada al ciclo de posibles contaminantes.
No obstante, conviene destacar que, mientras los
análisis empleados para determinar la calidad del agua y vigilar la
entrada de contaminantes al ciclo cumplen las exigencias de
sensibilidad, precisión y fiabilidad, el control de la efectividad
del tratamiento químico empleado y la determinación de depósitos
superficiales son, en la mayoría de los casos, inexistentes; es
decir, no se suele emplear instrumentación analítica que permita
conocer directamente si la corrosión está siendo minimizada mediante
el uso del tratamiento químico escogido y qué cantidad de depósitos
hay sobre las superficies metálicas. En definitiva, la corrosión y
la incrustación se tratan de controlar indirectamente mediante el
ajuste físico y químico del agua, de acuerdo con la experiencia
acumulada durante años de operación.
Para poder verificar que el agua del ciclo se
mantiene dentro de los márgenes preestablecidos por el tratamiento
químico, el procedimiento habitual consiste en enviar unas líneas de
muestra hasta el laboratorio químico. Una vez allí, se acondicionan
las muestras para poder ser analizadas en continuo por medio de
análisis automáticos, o en discontinuo (manualmente). Estos análisis
no se realizan bajo las mismas condiciones de trabajo (presión y
temperatura) que existen en el punto del ciclo de donde procede la
muestra.
Con la política energética actual se está
imponiendo la apertura progresiva del mercado eléctrico, en el que
se demanda una elevada tasa de disponibilidad y en el que se produce
un gran incremento en la frecuencia de arranques y paradas, es
decir, del régimen transitorio.
Los tratamientos químicos, de acuerdo con los
propios organismos que los proponen, se establecen para condiciones
de régimen estacionario, y no para situaciones tales como regímenes
transitorios de carga, arranques, paradas y mínimos técnicos. Esta
idea es extensiva para el laboratorio químico. Durante dichos casos
de régimen transitorio puede no llegar suficiente caudal de muestra
a los analizadores e, incluso, puede no llegar caudal alguno,
mientras que las tuberías pueden estar sufriendo corrosión acelerada
y/o sufriendo incrustaciones.
La utilización de sondas in situ, ubicadas
directamente en la tuberías del proceso o en líneas de extracción de
muestras supone un valioso complemento a la información química que
tiene el laboratorio sobre el agua de proceso.
- \bullet
- La utilización de las sondas tiene una serie de ventajas, tales como:
- -
- la sonda trabaja en las condiciones de servicio del fluido, presión, temperatura y agresividad química, a diferencia de las líneas de extracción que se llevan al laboratorio químico, en las que se acondicionan la presión y la temperatura, además de ser filtradas, para que puedan ser analizadas por personal químico o por analizadores comerciales;
- -
- la reacción que experimenta la sonda ante las condiciones del fluido se traduce en una señal eléctrica que se puede transmitir a distancia de forma rápida y económica, en comparación con la instalación de una línea de muestra;
- -
- las sondas requieren un bajo mantenimiento; y, además,
- -
- se puede estimar la eficacia del tratamiento químico y la posible entrada de contaminantes en el ciclo, tanto en régimen estacionario como transitorio.
El estado de la técnica describe el uso de
sensores para medir la corrosión. La patente rusa RU 2085906
describe el empleo de un sensor de corrosión por la creación de un
par galvánico entre un ánodo de acero y carbón y un cátodo de
magnetita; la patente norteamericana US 5171524 describe un aparato
para detectar las condiciones corrosivas en tuberías que conducen
fluidos no conductores, mediante la medida del potencial eléctrico
generado entre un hilo de plata y la propio tubería; la patente
japonesa JP 07248302 describe la medida del potencial a través de
un cátodo de plata y la tubería que se corroe que actúa como ánodo y
la aplicación de un inhibidor de la corrosión en función del
potencial eléctrico medido.
Por otra parte, la solicitud de patente WO95/
19566 describe un método para controlar el tratamiento químico del
fluido acuoso mediante la medida de la intensidad de corrosión,
mientras que la patente japonesa JP 06273310 se refiere al empleo de
un equipo de medida de la corrosión instalado en diferentes puntos
del circuito de refrigeración de un reactor nuclear mediante
sensores que miden el potencial de corrosión, agrietamiento, oxígeno
disuelto, pH y conductividad eléctrica.
La presente invención está relacionada con un
sistema para la gestión del tratamiento químico de la corrosión en
los sistemas en los que exista un ciclo agua-vapor
que mejora los sistemas descritos en el estado de la técnica.
La adquisición y tratamiento de las señales
generadas por varias sondas in situ en varios puntos del
sistema que miden la intensidad de la corrosión, la presión, la
conductividad a una determinada temperatura y la evaluación de las
señales químicas del laboratorio ex situ permite vigilar de
forma continua la posible entrada de contaminantes al ciclo
agua-vapor, la repercusión de éstos sobre las
aleaciones y, asimismo, la eficacia del tratamiento químico empleado
para minimizar la corrosión.
El sistema para la vigilancia de la eficacia del
tratamiento químico del ciclo agua-vapor por medio
de sondas in situ proporcionado por esta invención, en
adelante sistema de la invención, comprende:
- a)
- una o más sondas in situ que generan señales eléctricas analógicas, y pueden ser:
- i)
- sondas in situ para los material constitutivos de las tuberías (electroquímicas); y/o
- ii)
- sondas in situ para el agua de proceso en contacto con el material de las tuberías (físico-químicas);
- b)
- una o más señales ex situ;
- c)
- uno o más equipos electrónicos para la medida y transmisión de las señales analógicas;
- d)
- una o más mangueras eléctricas como medio de transmisión de las señales;
- e)
- una o más unidades de adquisición de señales para recepcionar las señales de todos los puntos;
- f)
- una o más tarjetas de adquisición de señales y digitalización de las mismas;
- g)
- un software para el procesado, almacenamiento, visualización y gestión de información; y
- h)
- un ordenador, soporte de la tarjeta de adquisición de señales y del software.
Las señales eléctricas generadas por las sondas
in situ se acondicionan y miden por medio de equipos
electrónicos para, seguidamente, poder ser transmitidas desde los
diversos puntos de la planta hasta un ordenador. El conjunto, sondas
in situ + técnicas de medida + transmisión de señales +
software de tratamiento de datos, comprende lo que se ha denominado
``Sistema para la Vigilancia de la Eficacia del Tratamiento Químico
del Ciclo Agua-Vapor por medio de Sondas
In-Situ'' (SVC).
En el sistema de la invención, cada sonda in
situ está insertada en una celda de un material inmune a la
corrosión, por ejemplo, acero inoxidable, pero a la presión y
temperatura de las ubicaciones especificadas (líneas
side-stream).
Las sondas in situ para los materiales
constitutivos de las tuberías son electroquímicas, por lo que, para
su funcionamiento requieren la existencia de un electrolito. Estas
sondas han sido diseñadas y construidas para funcionar in
situ, es decir, a las elevadas presiones y temperaturas
existentes en las líneas del ciclo agua-vapor.
Las sondas electroquímicas comprenden (i) una
parte sensible (hilos metálicos), que genera las señales que
proporcionan la información de la corrosión de las tuberías,
mediante la medida de la intensidad de corrosión de los hilos; y
(ii) una parte mecánica, que tiene por objeto ``fijar'' la parte
sensible al punto de medida. En una realización particular, la parte
mecánica de dicha sonda consiste en un cuerpo de acero inoxidable
que rosca sobre las tuberías y de un cierre mecánico entre la parte
sensible y dicho cuerpo metálico, por ejemplo, de teflón, y
contiene, opcionalmente, unos separadores, de un material aislante,
por ejemplo, teflón, cerámica, etc., para aislar eléctricamente los
hilos metálicos entre sí.
En estas sondas in situ electroquímicas se
utilizan habitualmente hilos de los materiales que se encuentran
formando parte del sistema de tuberías del ciclo
agua-vapor de las centrales eléctricas, y de los que
se pretende extraer la información relativa a la corrosión.
Las sondas in situ para el agua del ciclo
agua-vapor utilizadas en el sistema de la invención
son sondas in situ para la determinación de parámetros
físicos como temperatura presión, conductividad, etc. y sondas in
situ para la medida de parámetros químicos como oxígeno disuelto
y pH. Las señales ex situ, o señales del proceso y del panel
químico del laboratorio químico, son las señales procedentes de
analizadores químicos e instrumentación comercial de la central.
Estas señales se pueden transmitir por ejemplo, mediante lazos de
corriente estándar (4-20 mA), hasta la unidad de
adquisición de señales (UAS) del sistema de la invención.
Puesto que en el sistema de la invención, las
medidas fundamentales para la estimación de la eficacia del
tratamiento químico del ciclo son la densidad de corrosión de las
sondas y la temperatura, puede emplearse cualquier tipo de técnicas
electroquímicas y/o sondas comerciales que proporcionen estos
parámetros. Además, para delimitar con suficiente exactitud los
parámetros físico-químicos locales del medio en
contacto con las tuberías, parece conveniente introducir sondas de
medida de presión y conductividad; ésta última tiene como misión
principal comprobar que siempre existe electrolito en contacto con
las sondas electroquímicas.
Para la medida y transmisión remota de todas las
señales emitidas por las sondas in situ y por la técnica
electroquímica, se puede utilizar, por ejemplo, un equipo
electrónico modular que transforma dichas señales en lazos de
corriente, con el fin de ser enviadas a distancia.
Las mangueras de señales son el soporte físico
por donde se transmiten las señales desde los diversos puntos
remotos de la instalación (donde se efectúan las medidas) hasta la
UAS. Como se ha comentado previamente, el conjunto que porta la
técnica electroquímica de medida posee también la electrónica
necesaria para transmitir las señales a larga distancia. Esto se
realiza mediante una conversión de las medidas para su posterior
transmisión.
La unidad de adquisición de señales (UAS) sirve
para recepcionar todas las señales analógicas que llegan a través de
las mangueras de señales y está compuesta por una serie de circuitos
electrónicos basados en amplificadores operacionales. En una
realización particular, la UAS permite cumplir dos objetivos:
- a)
- disponer de un número suficiente de canales de entrada con el menor coste posible en cuanto al sistema de adquisición y digitalización se refiere, estableciendo una entrada ``diferencial'' para cada lazo de transmisión; y
- b)
- aislar los lazos de corriente de cada una de las señales transmitidas para evitar interferencias con otras señales y proteger de riesgos eléctricos a la unidad central de proceso (CPU).
Las tarjetas de adquisición de señales son las
encargadas de digitalizar las señales, que llegan por las mangueras
a la UAS, para que puedan ser procesadas y almacenadas en un
ordenador. Estas tarjetas están insertadas en las ranuras (slots)
correspondientes de la placa base del ordenador.
El software puede ser un programa que permite
introducir datos y presentar resultados. En una realización
particular, el software utilizado en el sistema de la invención es
un programa interactivo de toma de
datos-presentación de resultados que se realiza a
través del concepto de instrumentación virtual. En este caso
concreto, para el desarrollo de la aplicación, se ha empleado un
editor de programas desarrollado por National Instruments para la
generación de pantallas desde un entorno gráfico.
El software del sistema de la invención procesa
las señales procedentes de todos los puntos de muestreo, realiza
los cálculos pertinentes, evalúa los parámetros y proporciona una
información histórica que permanece almacenada para cualquier
consulta o utilización posterior. Esta información permite
cuantificar la efectividad que el tratamiento químico empleado esta
logrando sobre las tuberías del proceso. Esta herramienta
proporciona un criterio de actuación y una justificación real sobre
el tratamiento químico del ciclo
La invención proporciona un método para vigilar
la eficacia del tratamiento químico del ciclo
agua-vapor por medio de sondas in situ,
mediante el empleo del sistema de la invención, que comprende:
- a)
- la medida de la intensidad de corrosión, temperatura, pH y presión a través de sondas in situ;
- b)
- la adquisición de señales ex situ provenientes de un laboratorio de control;
- c)
- la transmisión de las señales in situ y ex situ a una unidad de adquisición de señales analógicas (UAS);
- d)
- la digitalización de dichas señales mediante una tarjeta de adquisición de señales; y
- e)
- el procesamiento y el almacenamiento de la información resultante en un ordenador.
Estas etapas se describirán de forma más
detallada a continuación.
El objetivo más importante del tratamiento
químico del ciclo agua-vapor, basado en la adición
de reactivos químicos, es evitar la corrosión de las tuberías. La
corrosión es un fenómeno de superficie que depende fuertemente de
las condiciones locales, es decir, de parámetros físicos como
presión, temperatura y velocidad del fluido, a la vez que de
parámetros químicos como son la agresividad del medio y la
reactividad del metal, o mejor dicho de la capa existente entre el
metal y la disolución (óxidos, en general), en las citadas
condiciones locales. Las condiciones hidrodinámicas del conjunto
tubería + fluido tienen también un importante papel en la velocidad
de corrosión de los materiales, especialmente si las capas
protectoras no son lo suficientemente estables. La disminución de
las capas límites existentes sobre las superficies de las tuberías
favorece la difusión de los elementos del medio hacia las capas
protectoras, a la vez que puede llegar a desprenderlas. Esto supone,
según los casos, un aumento o una disminución de las velocidades de
corrosión. Teniendo en cuenta que lo que interesa preservar son las
tuberías del ciclo, generalmente constituidas por aleaciones, y que
su comportamiento depende de la capa protectora existente entre la
superficie de la aleación y el medio, no es suficiente con analizar
la agresividad de éste último e inferir después el comportamiento de
la aleación, tal y como se lleva a cabo en el laboratorio químico de
las plantas. Esto es extensivo también a otros sistemas que
pretendan emitir diagnósticos sobre el ciclo basados, tan sólo, en
el análisis de la agresividad del medio.
El sistema de la invención analiza la eficacia de
este tratamiento químico observando la respuesta de las aleaciones
ante el agua del ciclo, atendiendo a la medida de la intensidad de
corrosión, a la vez que detecta la posible entrada de productos
contaminantes al ciclo a través del efecto que éstos tienen sobre la
estabilidad de las capas protectoras formadas sobre las superficies
de las aleaciones expuestas al medio.
Puesto que los fenómenos de corrosión dependen
fuertemente de las condiciones locales de las tuberías, se ha
tratado de aproximarse a esas condiciones locales insertando sondas
in situ en líneas tipo side-stream por dos
motivos:
- -
- Las líneas side-stream son líneas de extracción de muestra desde las tuberías principales de proceso. La inserción de una sonda en una tubería de proceso comporta un importante riesgo estructural por los procesos de mecanización y soldadura de la pared de la tubería. El beneficio obtenido por la inserción directa de las sondas en dichas tuberías de proceso no justifica el riesgo que comporta.
- -
- Ante anomalías de funcionamiento e incluso fugas de las sondas, las líneas side-stream se pueden aislar fácilmente sin perjuicio de la operación de la planta, lo que redunda en una importante mejora de un factor tan determinante como es la seguridad.
Las medidas de corrosión se efectúan por medio
de sondas electroquímicas in situ y son traducidas en señales
de intensidades de corrosión por medio de una técnica
electroquímica. Esta técnica electroquímica está englobada dentro de
una electrónica que realiza también medidas de presión,
conductividad específica y temperatura, todas ellas in situ.
Este conjunto de señales caracterizan el comportamiento de las
aleaciones para unas condiciones dadas de presión, temperatura y
química, es decir, para un punto característico del ciclo
agua-vapor. El conjunto sondas in situ +
electrónica constituye un módulo que, distribuido por una serie de
ubicaciones del ciclo agua-vapor, donde exista fase
líquida, proporciona una visión global del estado del ciclo en sus
condiciones de servicio.
Las señales proporcionadas por cada uno de estos
módulos son transmitidas de forma remota, por la propia electrónica,
hasta una unidad central de proceso; esto es lo que constituye la
estructura primaria del sistema de la invención.
El funcionamiento del sistema distingue las
señales recibidas en tres niveles:
- a)
- primer nivel (aleaciones): constituido por grupos de sondas electroquímicas in situ distribuidos en una serie de localizaciones dentro del ciclo agua-vapor (fase líquida). En cada ubicación existe, además del grupo de sondas electroquímicas, sondas de presión, conductividad y temperatura;
- b)
- segundo nivel (química): constituido por sondas químicas in situ y/o analizadores convencionales pertenecientes al panel del laboratorio químico; y
- c)
- tercer nivel (proceso): constituido por señales pertenecientes a variables de proceso.
Las señales de los 3 niveles mencionados son
transmitidas hasta la UAS, ya sea de las electrónicas asociadas a
las sondas in situ o bien de los propios analizadores e
instrumentación del proceso.
La filosofía de funcionamiento del sistema de la
invención establece un valor jerárquico en las señales de los 3
niveles comentados. En funcionamiento normal, el sistema de la
invención recoge señales de todos los niveles, almacena los datos en
archivos históricos, calcula parámetros como velocidades de
corrosión de las aleaciones estudiadas, pérdida de material
acumulada, y representa densidades de corrosión de las distintas
aleaciones en un mismo punto y unos parámetros indicadores de la
respuesta del sistema como son los índices de corrosión para la
misma aleación a lo largo del ciclo completo. Este parámetro en
concreto (índice de corrosión) al igual que el índice de eficacia
del tratamiento (IETQ) químico se describirán a continuación con
mayor detalle.
Atendiendo a dicha distribución jerárquica de las
señales, el sistema detecta cambios no atribuibles al tratamiento
químico, por ejemplo, entradas de contaminantes al ciclo,
determinando su procedencia y carácter. En caso de producirse un
episodio de entrada de contaminación, la utilidad que comporta poder
representar de forma simultánea señales de todos los niveles
conforma una herramienta muy útil, que actualmente no existe a
disposición de los analistas del laboratorio químico.
Por otra parte, para acercarse a un entendimiento
del comportamiento hidrodinámico del sistema, en el sistema de la
invención se calcula el número de Reynolds, que es un parámetro
indicativo del régimen de circulación del fluido (laminar o
turbulento) en cada punto de muestreo. La representación de las
densidades de corrosión frente a éste número adimensional da una
idea de la influencia del fluido sobre la velocidad de corrosión de
las aleaciones.
El índice de corrosión es un parámetro que trata
de expresar matemáticamente la eficacia que el tratamiento químico
está produciendo en las aleaciones en contacto con la fase líquida
del ciclo agua-vapor. Teniendo en cuenta que la
temperatura es el principal factor que influye en las velocidades de
corrosión de las aleaciones, para los distintos puntos del ciclo, se
define el índice de corrosión de una aleación existente en el ciclo
mediante la ecuación [1]: Ind_{aleaci\acute{o}n\,\,X} =
\int^T_{To} D\,\,corr (T)\,\,dT \eqnum{[1]} donde
Ind_{aleaci\acute{o}n\,\,X} es el índice de
corrosión de la aleación X en el ciclo;
y
D_{corr} (T) es la densidad de corriente,
expresada en A/cm^{2}, de la aleación X, que es función de la
temperatura y de las condiciones físico-químicas del
ciclo.
T y To representan el rango de temperaturas del
ciclo agua-vapor en donde se encuentran en contacto
el agua de proceso y la aleación en
cuestión.
Asimismo, el índice total de corrosión del ciclo
se define mediante la ecuación [2]: Ind_{total} = \sum^n_{X=1}
Ind_{aleaci\acute{o}n X} \eqnum{[2]} donde, como puede
apreciarse, el índice total de corrosión corresponde a la suma de
los índices de corrosión de las n aleaciones X existentes en el
ciclo.
En la práctica, tanto los índices de corrosión de
cada aleación como el índice total son calculados por el sistema de
la invención a través de la integración numérica de los valores de
densidad de corriente medidos en cada punto, a su correspondiente
temperatura. Teniendo en cuenta que la temperatura de los distintos
puntos del ciclo agua-vapor varía con las
oscilaciones de potencia eléctrica generada por la central y para
conseguir un tratamiento uniforme sobre los índices químicos,
independientes de la carga eléctrica de la central, se define el
Indice de Eficacia del Tratamiento Químico (IETQ) mediante el
cociente entre el índice total y la potencia media, tal como se
muestra en la ecuación [3] IETQ = \frac{Ind_{total}}{Mw}
\eqnum{[3]} La presencia de contaminantes en el agua de proceso
tiene una gran influencia sobre el comportamiento de las aleaciones.
El ingreso de cualquier tipo de contaminante y su dilución en el
agua de proceso origina una perturbación local de las condiciones
químicas del fluido en contacto con las tuberías, acelerando en la
mayoría de las ocasiones su velocidad de corrosión y/o produciendo
la foración local de depósitos, su detección precoz y eliminación es
beneficioso para la vida de la instalación.
Al existir diferentes puntos de medida a lo largo
de la fase líquida del ciclo se pueden localizar las entradas de los
posibles contaminantes. La detección de dichos contaminantes se
puede realizar en base a 2 procedimientos:
- i)
- por comparación entre los valores correspondientes a las mismas aleaciones en varios puntos del ciclo, lo que permite la localización en el ciclo de una posible contaminación; y
- ii)
- por alteración de los valores de las sondas electroquímicas respecto a sus valores habituales, atendiendo a la magnitud y características de la alteración (como valores medios) producida se puede inferir el tipo de contaminante.
Durante el funcionamiento normal el sistema
atiende a las señales físico-químicas y
electroquímicas del primer nivel; si éstas se encuentran dentro de
un rango predeterminado para cada una en particular, se concluye que
no existen entradas de contaminantes al ciclo, no activándose
ninguna alerta. Si por el contrario, se detecta alguna anomalía en
el grupo de señales del primer nivel se busca una interpretación
atendiendo a las señales del segundo nivel, para el punto del ciclo
en cuestión, y las del tercer nivel (variables de proceso). Si este
proceso ha detectado anomalías no justificables se recoge el
incidente en un fichero de incidencias, donde quedan recogidas
incidencia fecha y hora.
Por todo lo anterior, el sistema de la invención
se constituye como un sistema que permite vigilar de forma continua
la posible entrada de contaminantes al ciclo
agua-vapor, la repercusión de éstos sobre las
aleaciones existentes en el ciclo y, además, estimar la eficacia del
tratamiento químico empleado en cualquier condición normal de
funcionamiento de la instalación. Por todo ello se constituye como
una herramienta que proporciona un criterio de actuación sobre la
química del ciclo.
Dado que la corrosión depende en gran medida de
la temperatura y de las condiciones físico-químicas
locales, se necesita emplazar las sondas en diversos puntos del
ciclo agua-vapor. De esta manera, se obtiene una
visión general y simultánea del comportamiento de los diversos
metales en las diferentes condiciones reales de servicio existentes
en la fase líquida del ciclo.
En una realización particular, los puntos de
ubicación de las sondas in situ en el ciclo
agua-vapor, escogidos para configurar el sistema de
la invención, son los siguientes:
IBEC: entre 20 y 50ºC y entre 18,3 y 22,4 bares
(18-22
kg/cm^{2})
SCBP2: entre 50 y 90ºC y entre 9,1 y 13,2 bares
(9-13
kg/cm^{2})
ED: entre 90 y 130ºC y entre 4 y 8 bares
(aproximadamente 4-8
kg/cm^{2})
SD: entre 130 y 170ºC y entre 4 y 8 bares
(aproximadamente 4-8
kg/cm^{2})
AAEE: entre 170 y 260ºC y entre 142,6 y 183,4
bares (140-180
kg/cm^{2})
CALD: entre 260 y 350ºC y entre 152,8 y 193,6
bares (150 y 190
kg/cm^{2})
donde
IBEC: Impulsión Bombas Extracción de
Condensado
SCBP2: Salida Calentador Baja Presión Núm.
2
ED: Entrada
Desgasificador
SD: Salida
Desgasificador
AAEE: Agua de Alimentación Entrada el
Economizador
CALD: Purga del
Calderín
Las temperaturas y presiones anteriores son las
existentes habitualmente en dichos puntos del ciclo
agua-vapor y, por lo tanto, las condiciones que
soportan las sondas in situ.
El sistema de la invención presenta múltiples
ventajas.
- -
- La medida de una serie de variables locales en distintos puntos supone un notable avance frente a la instrumentación clásica del laboratorio químico (ex situ).
- -
- La capacidad de adquisición de señales, el tratamiento de las mismas, el almacenamiento de datos y la gestión que proporciona un sistema informatizado.
- -
- Supervisión en tiempo real de la eficacia del tratamiento químico del agua del ciclo en la minimización de la corrosión de las tuberías,
- -
- Detección precoz de entrada de contaminantes.
El objetivo final radica en que la información
generada por este sistema sirva de apoyo a la operación de la
planta, especialmente durante transitorios de carga y paradas.
Una ventaja adicional del sistema de la invención
se encuentra, en el hecho de que se trata de un sistema adaptable a
las necesidades particulares de cada planta y su rapidez de
respuesta en transitorios. Además, de la utilización del sistema de
la invención se pueden derivar una serie de consecuencias, tales
como:
- -
- alargamiento de la vida útil de los elementos del ciclo agua-vapor;
- -
- reducción de indisponibilidades;
- -
- optimización del consumo de reactivos del tratamiento químico; y
- -
- posible reducción de la frecuencia de limpiezas químicas.
Claims (12)
1. Un sistema para la vigilancia de la eficacia
del tratamiento químico del ciclo agua - vapor por medio de sondas
in situ, que comprende:
- a)
- una o más sondas in situ que generan señales eléctricas analógicas, las cuales se seleccionan entre (i) sondas in situ electroquímicas para generar señales proporcionando información sobre la corrosión de los materiales de las tuberías mediante la medida de las corrientes de corrosión de los electrodos de dichas sondas, (ii) sondas in situ químicas y fisico-químicas para analizar el agua del proceso en contacto con los materiales de las tuberías, and (iii) cualquier combinación de éstas (i) y (ii),
- b)
- una o más señales ex situ procedentes de analizadores químicos e instrumentación de la central,
- c)
- uno o más equipos electrónicos para la medida y transmisión de las señales analógicas de las sondas,
- d)
- una o más mangueras eléctricas como medio de transmisión de las señales,
- e)
- una o más unidades de adquisición de señales para recepcionar las señales de todos los puntos,
- f)
- una o más tarjetas de adquisición de señales para la digitalización de las mismas,
- g)
- un software para el procesado de las señales y almacenamiento de información, y
- h)
- un ordenador, soporte de la tarjeta de adquisición de señales y del software.
2. Sistema según la reivindicación 1, en el que
cada una de dichas sondas in situ que generan señales
eléctricas analógicas está insertada en una celda de un material
inmune a la corrosión, pero a la presión y temperatura de las
ubicaciones especificadas (líneas side-stream).
3. Sistema según la reivindicación 1, en el que
dichas sondas in situ electroquímicas comprenden (i) una
parte sensible a base de electrodos metálicos, que genera las
señales que proporcionan la información de la corrosión de las
tuberías, mediante la medida de la intensidad de corrosión de los
electrodos; y (ii) una parte mecánica, que tiene por objeto
"fijar" la parte sensible al punto de medida.
4. Sistema según la reivindicación 1, en el que
dichas sondas in situ físico-químicas se
seleccionan entre termopares o RTDs, transductores de presión, y
sondas para medir la conductividad específica y la temperatura, y
sus posibles combinaciones.
5. Sistema según la reivindicación 1, en el que
dichos equipos electrónicos para la medida y transmisión de las
señales analógicas son equipos electrónicos modulares que
acondicionan las señales para su transmisión.
6. Sistema según la reivindicación 1, en el que
dichas mangueras de señales son el soporte físico por donde se
transmiten las señales desde los diversos puntos remotos de la
instalación donde se efectúan las medidas hasta la unidad de
adquisición de señales.
7. Sistema según la reivindicación 1, en el que
dicha unidad de adquisición de señales recibe las señales que
llegan a través de las mangueras de señales y está compuesta por
una serie de circuitos electrónicos diseñados para tal fin.
8. Sistema según la reivindicación 1, en el que
dichas tarjetas de adquisición realizan la digitalización de las
señales, que llegan por las mangueras a la unidad de adquisición de
señales, para que puedan ser procesadas y almacenadas en un
ordenador.
9. Sistema según la reivindicación 1, en el que
dicho software es un programa interactivo de toma de datos,
presentación de resultados y gestión de la información que se
realiza a través del concepto de instrumentación virtual.
10. Sistema según la reivindicación 1, en el que
dicho software realiza el procesado de las señales digitalizadas,
para su exhibición en pantalla y almacenamiento en soporte
informático.
11. Un método para vigilar la eficacia del
tratamiento químico del ciclo agua-vapor por medio
de sondas in situ, mediante el empleo de un sistema según
cualquiera de las reivindicaciones 1 a 10, que comprende:
- a)
- la medida de la intensidad de corrosión para analizar la efectividad del tratamiento químico en vista de la respuesta del material de las tuberías, y medidas de temperatura, pH y presión a través de sondas in situ;
- b)
- la adquisición de señales ex situ provenientes de un laboratorio de control;
- c)
- la transmisión de las señales in situ y ex situ mediante diversos métodos como pueden ser: lazos de corriente, impulsos digitales, radiofrecuencia, fibra óptica, infrarrojos, etc. a una unidad de adquisición de señales;
- d)
- la digitalización de dichas señales mediante una tarjeta de adquisición de señales; y
- e)
- el procesamiento, la visualización y el almacenamiento de la información resultante en un ordenador.
12. Método según la reivindicación 11, en el que
la eficacia del tratamiento químico del ciclo se expresa mediante
el Indice de Eficacia del Tratamiento Químico, que corresponde al
cociente entre el índice total de corrosión del ciclo y la potencia
media, tal como se muestra en la ecuación [3] IETQ =
\frac{Ind_{total}}{Mw} \eqnum{[3]} donde
IETQ es el Indice de Eficacia del Tratamiento
Químico;
Mw es la potencia media;
e
Ind_{total} es el índice total de corrosión del
ciclo, que se define mediante la ecuación [2]: Ind_{total} =
\sum^n_{X=1} Ind_{aleaci\acute{o}n\, X}
\eqnum{[2]} donde
Ind_{total} es el índice total de
corrosión;
n es el número de aleaciones X existentes en el
ciclo;
e
Ind_{aleaci\acute{o}n\,X} es el índice de
corrosión de cada aleación X existente en el ciclo, definido
mediante la ecuación
[1]:
\vskip0.300000\baselineskip
Ind_{aleaci\acute{o}n\, X} = \int^T_{To} D
corr (T) dT
[1]
donde
Ind_{aleaci\acute{o}n\,X} es el índice de
corrosión de la aleación X en el ciclo;
y
D corr (T) es la densidad de corriente, expresada
en A/cm^2, de la aleación X, que es función de la temperatura y
de las condiciones físico-químicas del
ciclo.
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|---|---|---|---|
| ES200101738A ES2180454B1 (es) | 2001-07-25 | 2001-07-25 | Sistema para la vigilancia de la eficacia del tratamiento quimico del ciclo agua-vapor por medio de sondas in situ. |
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| JP3053325B2 (ja) * | 1993-12-20 | 2000-06-19 | 株式会社日立製作所 | 腐食電位のシミュレーション方法および原子炉プラントの運転監視装置 |
| US6132593A (en) * | 1998-06-08 | 2000-10-17 | Tan; Yong-Jun | Method and apparatus for measuring localized corrosion and other heterogeneous electrochemical processes |
| US6068012A (en) * | 1998-12-29 | 2000-05-30 | Ashland, Inc. | Performance-based control system |
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- 2001-07-25 ES ES200101738A patent/ES2180454B1/es not_active Expired - Fee Related
-
2002
- 2002-07-24 WO PCT/ES2002/000370 patent/WO2003012404A1/es not_active Application Discontinuation
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| ROBERT H. PERRY, CECIL H. CHILTON. Manual del Ingeniero Químico. Quinta edición. Volumen III. Publicado en 1984 por Mc Graw Hill (México, D.F.). Páginas 22-58,22-63,22-70,22-71,22-106,22-110,23-5,23-15; figura 23-6. * |
Also Published As
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|---|---|
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