Case: Análise de Condutividade Catiônica Degaseificada na Qualificação do Vapor
Comparação OPEX na partida de unidades Termelétricas (ciclo combinado) – Ciclo Água Vapor
Sobre os analisadores de Condutividade Catiônica Degaseificada:
Nos últimos anos, os requisitos para o tempo de inicialização de unidades de ciclo combinado com geradores de vapor de recuperação de calor (HRSGs) e Usinas Termelétricas, alinhadas à matriz energética do Brasil e regidas pelo CVU (Custo Variável Unitário) expresso em R$/MWh conforme as normativas da ANEEL e ONS (Operador Nacional do Sistema Elétrico), tornaram-se mais rigorosos.
Na liberação de MWh para o mercado de energia, as unidades de Ciclo Combinado ou Geradoras de Energia são direcionadas pela Matriz Energética, operando predominantemente em modo cíclico (isto é, hora despacha, hora não), devido à demanda do mercado brasileiro, que segue a seguinte ordem de composição de preço, conforme a regra da matriz energética e leilões do governo: Hídricas, Térmicas, Eólicas, Solar e Bioenergia (mercado spot).
Nesse modo de operação, as unidades podem ser iniciadas e desligadas diariamente, realizando aproximadamente 250 partidas por ano. Dada a significativa despesa com combustível, operação e manutenção, juntamente com as considerações ambientais, qualquer redução no tempo entre a partida e a carga máxima é crucial. Cada minuto implica um valor agregado que impacta diretamente na margem de lucro, refletida na variável R$/MWh.
O gráfico acima, compara os tempos de inicialização de uma usina de ciclo combinado entre o final dos anos 90 e 2007. Onde, ao analisarmos os tempos de inicialização de uma unidade de ciclo combinado projetada para operação de carga básica (projeto mais antigo) e uma unidade atual, observamos uma notável redução de aproximadamente 40% no tempo de start-up (inicialização) até atingir a carga total.
Essas mudanças têm repercussões significativas no trabalho dos químicos e na operação e manutenção (O&M) das plantas. Resta pouco tempo para qualificar o vapor de acordo com as parametrizações definidas, e as medições de monitoramento online devem indicar valores em conformidade com as normas pertinentes, incluindo gráficos relacionados à garantia e preservação de turbinas e caldeiras.
Portanto, é crucial reavaliar os métodos de trabalho químico existentes, adaptando-se à nova demanda do mercado. Isso envolve o uso de medições de monitoramento online corretas, em conformidade com as normas e recomendações dos fabricantes de caldeiras e turbinas. A interligação desses equipamentos ao centro de controle permite decisões e ações diretas no processo e na O&M da Power Plant, visando melhorar indicadores de custos (R$/MWh), eficiência energética e eco indicadores.
Com base na norma VGBe, os pontos típicos de medição de condutividade no ciclo água-vapor incluem: o condensado, água de alimentação, caldeira, vapor saturado e principal (superaquecido) e água de reposição (make-up).
A condutividade catiônica, conhecida como condutividade ácida, permanece como critério decisivo para a partida de uma turbina a vapor. A medição no vapor requer atenção às referências. A Tabela 1 (abaixo) apresenta os valores de referência para a qualidade do vapor durante a partida de uma turbina, destacando que a condutividade catiônica do vapor deve ser inferior a 0,5 µS · cm-1, com uma tendência descendente reconhecível.
| Parâmetro | Unidade | AL1 | AL2 | AL3 | AL4 |
| *Condutividade Catiônica | µS – cm¹ | 0.20 < 0.35 | 0.35 < 0.5 | 0.5< 1.0 | >1.0 |
| Sílica | Ppb | 20 < 30 | 30 < 40 | 40 < 50 | >50 |
| Ferro (total) | Ppb | 20 < 30 | 30 < 40 | 40 < 50 | >50 |
| Cobre (total³) | Ppb | 3 < 5 | 5 < 8 | 8 < 10 | >10 |
| Sódio | Ppb | 10 < 15 | 15 < 20 | 20 < 25 | >25 |
| Período durante o qual a turbina pode ser operada com valor do desvio | H | :::; 100 | :::; 24 | :::; 4 | 0 (2) |
| Período total acumulado por ano h por ano | H / ano | :::; 2000 | :::;500 | :::; 8.0 | -2 |
Os níveis de ação para alarmes (AL) são categorizados como AL1, AL2, AL3 e AL4. Para evitar perdas de eficiência e prolongar a vida útil. A turbina deve ser iniciada preferencialmente com valores inferiores a AL2, demonstrando uma tendência descendente. O nível AL4 indica qualidade prejudicada do vapor, com possíveis danos à turbina, exigindo desligamento imediato.
A eficácia do recebimento do vapor na turbina e, por conseguinte, o início da geração, está intrinsecamente ligada à prontidão da condutividade catiônica do vapor e às ações corretivas para ajustar esse valor (verificação de qualificação).
Considerando o tempo necessário para a preparação do equipamento de monitoramento online, incluindo injeções químicas e disponibilidade da amostra, percebe-se que esses eventos podem significativamente prolongar o processo de partida da turbina.
A utilização do monitoramento Online de Condutividade Desgaseificada:
Estudos, normas e uma análise mais detalhada revelam que o tempo necessário para obter valores de análise corretos e representativos pode ser influenciado pelo design qualificado do equipamento de monitoramento online.
Aspectos cruciais para a qualificação do vapor incluem disponibilidade da amostra, otimização da linha de amostragem, instalação de válvulas de purga de alta pressão e aplicação de reguladores de contrapressão. Para amostras monitoradas online, é essencial dimensionar o filtro de resina catiônica, usar resinas regeneradas e pré-lavadas, e instalar resfriadores automáticos.
Evitar resultados incorretos e minimizar a contribuição do dióxido de carbono, que não prejudica a turbina, requer atenção às aberturas e fechamentos das válvulas de pressão e rampas de aquecimento durante a partida. Isso evita aumento da condutividade catiônica, garantindo qualificação adequada do vapor e reduzindo custos de R$/MWh.
A eliminação da contribuição do dióxido de carbono é possível através da degaseificação térmica da amostra, realizada próximo ao ponto de ebulição na pressão do ar atual.
O sistema de monitoramento de condutividade catiônica degaseificada DIGOX 602 dac, desenvolvido pela Dr. Thiedig, garante uma qualificação mais rápida do vapor e detecção confiável de contaminantes, como cloretos, indicando possíveis contaminações no condensador e outros problemas.
Utilizando o DIGOX 602 dac, é possível determinar com segurança se o aumento da condutividade catiônica pode ser tolerado por um curto período ou se há risco de contaminação indesejável. Esta prática foi adotada por diversas usinas termoelétricas no Brasil, resultando em uma média de tempo para a rampa de qualificação de vapor reduzida de aproximadamente 18 horas para 3 horas no start-up das máquinas, gerando um aumento significativo nos KPIs e garantias das turbinas pelo fabricante. Este ROI pode ser calculado em R$/MW gerado, considerando também os fatores de perdas quando uma usina é chamada ao despacho sem conseguir qualificar a tempo seu vapor, resultando em vida útil mais curta, aumento nos valores de seguros ou danos irreversíveis.
DIGOX 602 dac
Conclusão
Ao considerar as diversas medidas para otimizar o equipamento de monitoramento online, observa-se uma redução significativa no tempo de resposta da instrumentação, podendo chegar a horas, como exemplificado pelas 15 horas de economia operacional. Dependendo do número anual de partidas, uma análise abrangente dos sistemas de amostragem e aprimoramento dessa instrumentação demonstram ser altamente vantajosas. Os custos associados à melhoria desses sistemas são ínfimos em comparação com os benefícios advindos da redução no tempo de partida e operação do bypass.
O instrumento DIGOX 602 dac apresenta diversas vantagens em relação a outros produtos disponíveis no mercado, tais como:
Medição de condutividades (catiônicas e degaseificada) em um único instrumento.
- Controle e medição automáticos do fluxo de amostra;
- Cálculo automático de pH com base na diferença entre as condutividades;
- Cálculo automático da concentração alcalinizante com base na diferença entre as condutividades;
- Cálculo automático do consumo de resina, considerando a diferença de condutividades e o fluxo de amostra;
- Desgaseificação e medição simultânea de todas as condutividades sem aumento significativo na temperatura da amostra;
- Ausência de aquecimento, resultando em nenhuma emissão de gases ácidos voláteis;
- Dispensa de gás inerte, sendo climatizado por meio de tratamento de ar;
- Tempos de resposta muito curtos, com t90 inferior a 90 segundos para a unidade de desgaseificação;
- Consumo de energia extremamente baixos, inferior a 60VA;
- Interface Profibus DP.
Trata-se de um produto da Dr. Thiedig, fabricado na Alemanha, com 100% dos instrumentos testados e calibrados em testes de bancada úmida e distribuído exclusivamente pela ALUTAL em todo território brasileiro.
Para informações mais detalhadas, consulte o datasheet, flyer e manual do produto.
