Retos en el manejo del H2O

Por Cliff Lebowitz, Propietario Indumark

El control de la calidad del agua usada por los generadores de vapor (calderas), que les ingresa durante la operaciàƒ³n de las plantas termoeléctricas ha sido durante mucho tiempo una preocupaciàƒ³n activa y prominente en la operaciàƒ³n de la planta y manejo de sus quàƒ­micos. Tal como uno de los operadores lo describe “el agua es para la caldera como la sangre lo es para el cuerpo”. En los àƒºltimos aàƒ±os, los nuevos retos planteados por las fuentes alimentaciàƒ³n de agua han creado la necesidad de innovaciàƒ³n en esta àƒ¡rea.

Tradicionalmente se ha puesto particular atenciàƒ³n a las concentraciones de electrolitos disueltos en las fuentes de agua, especialmente calcio y magnesio. La reducciàƒ³n de concentraciàƒ³n de esos minerales en las tuberàƒ­as (desmineralizaciàƒ³n) en el agua de entrada reduce los depàƒ³sitos, asàƒ­ como la cantidad de combustible que es necesario para producir vapor, ayudando a maximizar la eficiencia operativa. También protege la inversiàƒ³n en la propia caldera, asàƒ­ como la inversiàƒ³n de las làƒ¡minas de las turbinas.

Una soluciàƒ³n clàƒ¡sica a la necesidad de desmineralizaciàƒ³n ha sido la tecnologàƒ­a de intercambio de iones, algunas veces llamado ablandamiento de agua, el cual ha sido establecido como un método costo-efectividad para varios tipos de plantas.

Sin embargo, en los àƒºltimos aàƒ±os dos nuevos retos se han presentado en las fuentes de agua, los cuales han tenido un impacto directo en la continuaciàƒ³n costo-efectividad del despliegue de intercambio iàƒ³nico.

Primero, las fuentes de agua ya no son percibidas como inagotables, creando asàƒ­ una demanda para la innovaciàƒ³n en la conservaciàƒ³n, incluyendo el agua necesaria para la operaciàƒ³n de un sistema de intercambio iàƒ³nico.

Segundo, el Servicio Geolàƒ³gico de los EE.UU. asi como otras autoridades, han indicado una disminuciàƒ³n de los niveles de agua en los pozos de 20 pies o màƒ¡s, causando aumentos dramàƒ¡ticos en las concentraciones de minerales y creando la demanda de innovaciàƒ³n para hacer frente a sus altos niveles, y el consecuente impacto en el costo del sistema operativo del intercambio iàƒ³nico.

Historia del Caso en Puerto Rico

Las operaciones y la administraciàƒ³n quàƒ­mica de la Planta Termoeléctrica Aguirre de la Autoridad Eléctrica (PREPA) PR en Salinas, reportàƒ³ una reducciàƒ³n dràƒ¡stica de àƒ¡cido, càƒ¡ustico y horas-hombre para la co-circulaciàƒ³n, desionizaciàƒ³n/desmineralizaciàƒ³n (DI) de agua de alimentaciàƒ³n para calderas, asàƒ­ como de horas hombre para la DI del tratamiento de aguas residuales, al cambiar la resina de intercambio iàƒ³nico (IX) y el procedimiento de regeneraciàƒ³n. Este paso resultàƒ³ en el reconocimiento del rendimiento de la planta y de su quàƒ­mico, incluyendo el Premio por Rendimiento a Empleados Pàƒºblicos “Manuel Pérez”.

El cambio de la resina fue necesario debido a los costos escalantes del àƒ¡cido y càƒ¡ustico que se derivaron del incremento de la dureza en sus fuentes de alimentaciàƒ³n para calderas de pozos profundos. Durante los àƒºltimos 30 aàƒ±os, el nivel de agua, segàƒºn la tabla de base de datos, descendiàƒ³ 20 pies y los valores de magnesio y calcio ahora alcanzaron 420-450- partes por millàƒ³n (ppm); cloruro 80-90 ppm, y sàƒ­lice 37 ppm. No se disponàƒ­a de nuevas inversiones de capital para afrontar el problema. La soluciàƒ³n del reemplazo de la resina, vista como valiosa especialmente para las plantas DI fue significativamente ayudada por un software de costo comparativo de alta previsibilidad.

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Justo L. Gonzales, Director de Operaciones, recordàƒ³ que la soluciàƒ³n al problema mediante el cambio de la fuente de agua no fue una opciàƒ³n cuando la condiciàƒ³n fue detectada. PREPA es propietaria de un lago, mas no hubo capital disponible en ese momento para el canal, tuberàƒ­as, bombas y probablemente para el pretratamiento de ultrafiltraciàƒ³n que habràƒ­a sido necesario.

Gonzàƒ¡lez aàƒ±adiàƒ³ que, como resultado de la experiencia de su planta, la modificaciàƒ³n de la resina de intercambio iàƒ³nico es ahora recomendada como la manera màƒ¡s eficàƒ¡z de mejorar el rendimiento del sistema de desmineralizaciàƒ³n en otras plantas PREPA que tienen el mismo problema con sus fuentes de pozo profundo.

Para proteger las làƒ¡minas de turbina y reducir al màƒ­nimo la acumulaciàƒ³n de depàƒ³sitos en las tuberàƒ­as de vapor, la planta Aguirre requiere agua de alimentaciàƒ³n de calderas de sàƒ­lice (SiO2), en <125 partes por mil millàƒ³n (ppm), asàƒ­ como lograr la remociàƒ³n completa de cloruro (Cl-à‚¹), magnesio (Mg ) y calcio (Ca).

Resultados de la Nueva Resina

Desde la instalaciàƒ³n de la nueva resina, SiO2 estàƒ¡ funcionando a <50-60 ppb, y Cl-1, Mg, y Ca no son detectables.

Luis A. Reyes, “Tony” Santini, el quàƒ­mico de la planta quàƒ­mica, observàƒ³ que debido a la la regeneraciàƒ³n, antes de que la planta cambiara la resina, ellos necesitaban 11 libras de àƒ¡cido por pie càƒºbico de resina, y ahora sàƒ³lo necesitan 5.5-6 lbs. Ademàƒ¡s, anteriormente 10 lbs. de càƒ¡ustico se ha reducido aproximadamente a 6-7 lbs.

Como resultado de ello, Santini ha calculado un ahorro de màƒ¡s de US$ 750.000 en el primer aàƒ±o y màƒ¡s de US$ 1.000.000 en el segundo aàƒ±o en costos de productos quàƒ­micos, e indicàƒ³ que debido a la prolongaciàƒ³n de la duraciàƒ³n del ciclo, la planta necesita ahora un 40 por ciento menos horas-hombre de desmineralizaciàƒ³n y 20 DI por ciento menos para el tratamiento de aguas residuales. Esto le ha permitido usar sus técnicos en otros anàƒ¡lisis para ayudar en el funcionamiento efectivo de la planta, mientras que le permite mayor tiempo para reparaciones y mantenimiento de equipo.

Ademàƒ¡s, se ha estimado una reducciàƒ³n en el consumo de agua para la regeneraciàƒ³n en un 25 por ciento, o alrededor de 100.000 gal. dia, ayudando a la planta a evitar una crisis en el abastecimiento de agua para sus calderas de alta presiàƒ³n.

Sistema IX

Un sistema de co-flujo de IX DI sirve a las dos calderas de 450 MW de la planta. Cada caldera de 1005 Fà‚°, 2600 psi utiliza 1950 gal /min de agua de alimentaciàƒ³n y requiere 6.000 gal/hr de aguas recuperadas. Los sistemas de DI rinden de ocho a diez regeneraciones de 12.000 galones cada uno por mes, generando cerca de 6 millones de galones de las aguas residuales que se derivan de DI y el pulido dentro del sistema.

Cada uno de los tres trenes de tratamiento contiene tres pies càƒºbicos de 500 cationes y tres pies càƒºbicos de 250 aniones. La conductividad del agua sin tratar ha alcanzado a màƒ¡s de 900 microhmios / cm. La conductividad de cationes es de 1400 microhmios /cm y el aniàƒ³n oscila entre 15-40 microhmios / cm. La conductividad del agua de la àƒºltima etapa de cama-mixta es de 0.056 microhmios.

Santini recordàƒ³ que cuando los envàƒ­os de àƒ¡cido y càƒ¡ustico a la planta habàƒ­a alcanzado 16 camiones por mes, se le pidiàƒ³ que investigara si era preciso tal cantidad. Comenzàƒ³ a consultar con su distribuidor, Manuel A. Bismarck, quien tenàƒ­a experiencia como quàƒ­mico de planta. Después de que Bismarck fue visitado por Fabio de Sousa, de Resinas Purolite, éste le aconsejàƒ³ que un cambio de resina lo podràƒ­a ayudar. Santini miràƒ³ entonces una gran variedad de resinas, y encontràƒ³ que todas eran iguales, a excepciàƒ³n de Purolite, que tenàƒ­a una tecnologàƒ­a de bajos niveles de depàƒ³sito.

A la planta le tomàƒ³ alrededor de seis meses para probar la resina de la publicaciàƒ³n en uno de los buques, y demostràƒ³ que podàƒ­a ganar 37-38 por ciento de ahorro en costos de productos quàƒ­micos. Despues de que Santini otorgara una presentaciàƒ³n completa de la direcciàƒ³n de la planta, a ellos les tomàƒ³ un aàƒ±o y medio para cambiar a Purolite, que también les ayudàƒ³ a cambiar los tiempos y caudales de regeneraciàƒ³n. Han descubierto que el precio màƒ¡s alto por su resina se ha compensado muy bien por los ahorros que han alcanzado.

Fabio Sousa, Director Regional para América Latina para Resinas Purolite, seàƒ±alàƒ³ que los periodos de reembolso de la inversiàƒ³n son muy cortos para reemplazar la resina de intercambio iàƒ³nico (IIR), como se hizo en la planta PREPA de Aguirre, considerando sus aplicaciones potenciales que son muy diversas.

Francis Boodoo, Director Técnico de Purolite USA, seàƒ±alàƒ³ dos factores que son fundamentales para el éxito de la aplicaciàƒ³n de la resina especial en la planta de Aguirre PREPA.

En primer lugar, hubo màƒ¡s oportunidad de mejorar la eficacia de una planta de co-flujo ya existente. En segundo lugar, el proveedor pudo ofrecer un nivel de apoyo altamente técnico para la transiciàƒ³n de la resina tàƒ­pica a una resina especial. Esto derivado de un software preparado para proveer altos niveles de previsibilidad, permitiendo una evaluaciàƒ³n de comparacion-costos en una hoja de càƒ¡lculo con formato.

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