ITRM20070141A1 - Apparecchiatura e metodo per controllare e modificare la concentrazione dell'inibitore di corrosione nei circuiti di raffreddamento ad acqua - Google Patents

Apparecchiatura e metodo per controllare e modificare la concentrazione dell'inibitore di corrosione nei circuiti di raffreddamento ad acqua Download PDF

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ITRM20070141A1
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inhibitor
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water
cooling
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Vincenzo Ferrari
Giancarlo Raoli
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Sviluppo Materiali Spa
Global Engineering S R L
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Description

"APPARECCHIATURA E METODO PER CONTROLLARE E MODIFICARE LA CONCENTRAZIONE DELL'INIBITORE DI CORROSIONE NEI CIRCUITI DI RAFFREDDAMENTO AD ACQUA"
DESCRIZIONE
La presente invenzione si riferisce al controllo della concentrazione dell’inibitore di corrosione nei circuiti raffreddati ad acqua, in particolare di grandi motori utilizzati nel settore nautico e/o nel settore della produzione di energia elettrica.
Come è noto nei circuiti di raffreddamento di grandi motori, ad esempio nautici, si utilizzano in genere acque non incrostanti per evitare problemi dovuti al restringimento della sezione dei tubi a causa della formazione di strati di calcare sulle pareti.
Spesso viene utilizzata acqua deionizzata o distillata.
In questo caso, l'acqua utilizzata deve essere trattata allo scopo di diminuire il suo potere corrosivo. Ciò è realizzato tramite l'utilizzo di inibitori di corrosione. Gli inibitori di corrosione sono composti chimici che, addizionati in quantità molto bassa all'ambiente corrosivo, provocano una drastica diminuzione della sua capacità di corrodere il metallo. Essi non alterano sostanzialmente le caratteristiche chimiche dell'ambiente corrosivo, ma agiscono modificando la cinetica di una o entrambe le reazioni elettrochimiche (anodica e catodica) che costituiscono il processo di corrosione.
I meccanismi dell'azione degli inibitori sono vari. Esistono inibitori anodici, catodici o misti a seconda che agiscano inibendo rispettivamente il processo anodico, quello catodico o entrambi. Esistono poi inibitori passivanti che provocano uno spostamento del potenziale di corrosione, forzando la superficie metallica allo stato passivo.
À seconda della loro azione specifica sulla superficie del metallo gli inibitori possono essere di assorbimento o filmanti.
Gli inibitori passivanti (detti anche ossidanti) sono i più efficaci e di conseguenza quelli più ampiamente utilizzati.
Esempi di inibitori passivanti sono sali quali nitriti, nitrati e cromati. L'uso dei cromati, tuttavia, per motivi legati alla loro tossicità, è stato proibito dalle sempre più stringenti e severe regolamentazioni riguardanti l'inquinamento ambientale .
Gli inibitori passivanti trovano applicazione praticamente in tutti i circuiti industriali di raffreddamento. In particolare, sono preferiti i nitriti per l'inibizione dell'acqua dei circuiti di raffreddamento dei motori a combustione interna per la loro scarsa reattività con gli alcoli usati come anticongelanti. Largo impiego di nitriti viene fatto per la protezione interna degli oleodotti e per i serbatoi di carburante.
Gli inibitori passivanti, tuttavia, sono efficaci solo se presenti in concentrazioni al di sopra di un certo livello. Al di sotto di questa soglia non risultano soltanto inefficaci, ma possono addirittura causare un aumento della velocità di corrosione.
La possibilità di tenere il livello dell'inibitore al di sopra di determinati valori di soglia è quindi fondamentale in questo settore tecnologico.
Convenzionalmente, il controllo del livello di inibitori nei circuiti di raffreddamento viene eseguito principalmente tramite analisi "off-line" dell’acqua per la determinazione della concentrazione dell'inibitore ed eventuale ripristino della stessa tramite aggiunta manuale di una quantità di inibitore desunta da tabelle operative predeterminate o tramite azionamento, per un dato tempo, di una pompa dosatrice collegata alla vasca contenente 1'inibitore ed al circuito di raffreddamento .
In JP5202493 viene proposta una metodologia di controllo automatico dell'inibitore dell’acqua di un circuito di condizionamento d'ària tramite rilevamento di valori di grandezza legati alla corrosione, quali pH, conducibilità, resistenza di polarizzazione, torbidità, quantità di fanghi e così via. Tali valori sono inseriti in una apparecchiatura che li elabora e invia un input all'unità di alimentazione dell'inibitore. Lo svantaggio di questa metodologia è che si basa su un numero elevato di grandezze per cui può essere soggetta ad errori.
US6068012 utilizza una metodologia basata su misure successive di velocità di corrosione, del cosiddetto "fattore di fouling", del pH e del potenziale redox per tenere sotto controllo automaticamente la concentrazione dell'inibitore in circuiti di acque di raffreddamento. La logica della metodologia è complessa in quanto ciascuna misura viene effettuata solo se la precedente misura soddisfa certe condizioni di variabilità ed inoltre è anch'essa basata su un numero di grandezze elevato.
Esiste pertanto nello specifico settore l'esigenza di disporre di una apparecchiatura e di un metodo, per controllare e modificare la concentrazione dell 'inibitore di corrosione nei circuiti di raffreddamento ad acqua, che sia semplice ed affidabile.
Questa esigenza viene soddisfatta dalla presente invenzione che esibisce inoltre altri vantaggi che risulteranno evidenti nel seguito della descrizione.
E' infatti oggetto della presente invenzione una apparecchiatura, idonea a controllare ed a modificare automaticamente e continuamente la concentrazione dell 'inibitore di corrosione nei circuiti di raffreddamento ad acqua di motori (M), comprendente le seguenti parti:
- una unità (1) dotata di sensori (2), in grado di rilevare, ad intervalli di tempo prestabiliti, la conducibilità, la temperatura, il pH e la velocità di corrosione del metallo del circuito di raffreddamento, ,nell'acqua circolante nel circuito di raffreddamento stesso;
- una unità di raccolta (3) ed elaborazione (4) dei dati provenienti dai sensori (2) in grado, attraverso un algoritmo, di calcolare la concentrazione dell'inibitore nell'acqua di raffreddamento mediante misure di conducibilità, temperatura,, pH e velocità di corrosione del metallo del circuito di raffreddamento, nell'acqua circolante nel circuito stesso;
- una vasca (5) di stoccaggio ed alimentazione dell'inibitore, gestita dall'unità (3,4) la quale, confrontando il valore di concentrazione dell'inibitore, ottenuto dai dati provenienti dai sensori (2), con il limite dell'intervallo operativo stabilito a procedura standard, decide eventualmente di innescare l'azione di reintegro inviando un input alla pompa dosatrice (6) che ripristina il valore corretto di concentrazione dell'inibitore, mediante suo prelievo dalla vasca (5) contenente l'inibitore stesso.
In una forma di realizzazione dell'apparecchiatura secondo la presente invenzione, il metallo del circuito di raffreddamento è scelto dal gruppo comprendente acciaio, ghisa, rame e leghe di rame.
La presente invenzione non è limitata all'apparecchiatura sopra descritta.
E' infatti oggetto dell'invenzione anche un metodo per controllare ed eventualmente modificare la concentrazione dell'inibitore di corrosione nei circuiti di raffreddamento ad acqua di motori, comprendente le seguenti operazioni:
- rilevare con sensori, ad intervalli di tempo prestabiliti, la conducibilità, la temperatura,, il pH e la velocità di corrosione del metallo del circuito di raffreddamento, nell'acqua circolante nel circuito di raffreddamento stesso;
- raccogliere i dati così rilevati e calcolare la concentrazione dell'inibitore nell'acqua di raffreddamento attraverso l'elaborazione di questi dati tramite il seguente algoritmo:
[inibitore]
dove: χ, T, vcorre pH rappresentano, nell'acqua circolante nel circuito di raffreddamento, i valori di conducibilità, temperatura, pH e velocità di corrosione del metallo del circuito di raffreddamento, a, b, c sono coefficienti che possono assumere valori compresi nell'intervallo tra - e 010 e d è un coefficiente che può assumere valori compresi nell'intervallo tra -430 e 01430 e sono espressi nelle seguenti unità di misura
- reintegrare nel circuito di raffreddamento ad acqua la concentrazione prestabilita di inibitore, inviando un input alla pompa dosatrice che agisce sulla vasca contenente 1'inibitore.
Per ragioni di chiarezza si precisa il significato della simbologia utilizzata per le unità di misura dei coefficienti a, b, c e d: ppm parti per milione, mS milli Siemens, y anno, V volt.
In una forma di realizzazione del metodo secondo la presente invenzione, la velocità di corrosione del metallo del circuito di raffreddamento viene valutata per un metallo scelto dal gruppo comprendente acciaio, ghisa, rame e leghe di rame.
Si è data finora della presente invenzione una descrizione di carattere generale. Con l'aiuto delle seguenti figure e dei seguenti esempi verranno ora forniti maggiori dettagli su forme di realizzazione dell'invenzione finalizzate a farne meglio comprendere finalità, caratteristiche, vantaggi e modalità operative.
La figura 1 rappresenta una forma di realizzazione dell'apparecchiatura secondo l'invenzione applicata ad un motore navale.
ESEMPIO 1
La presente invenzione è stata operativamente utilizzata su un motore navale diesel avente una potenza di circa 16000 kW.
Nel circuito di raffreddamento del motore circola un volume di acqua distillata di circa 10 mc, additivata con inibitore di corrosione ai nitriti, a temperatura variabile tra 45 e 80°C.
Inseriti nel circuito di raffreddamento ci sono sensori di conducibilità, temperatura, velocità di corrosione e pH
I dati così rilevati vengono elaborati mediante il seguente algoritmo ottenuto sperimentalmente
[inibitore] = a-χ.Τ b.vcorr.T .c.χ.ρΗ d dove il coefficiente a ha il valore di 0,785, il coefficiente b il valore di -0,800, il coefficiente c ha il valore di 0,057, il coefficiente d ha il valore di 969,96. Dal calcolo si ottiene il valore di concentrazione pari a 1191 ppm (a fronte di un valore ricavato dall'analisi chimica di 1170).
Il sistema di elaborazione, valutato il valore di concentrazione nel circuito, se quest'ultimo è al di sotto del limite operativo, regola il quantitativo d'inibitore, (nel caso specifico a base di nitriti), da reintegrare per il ripristino della concentrazione all'interno del range stabilito dalla pratica operativa relativa al particolare tipo di inibitore utilizzato. Ciò viene fatto agendo sulla pompa che preleva 1'inibitore da un serbatoio di stoccaggio inviandolo nel circuito di raffreddamento.
ESEMPIO 2
La presente invenzione è stata operativamente utilizzata su un motore navale diesel avente una potenza di circa 14000 kW.
Nel circuito di raffreddamento del motore circola un volume di acqua distillata di circa 10 mc, additivata con inibitore di corrosione ai nitriti, a temperatura variabile tra 60 e 90°C.
Inseriti nel circuito di raffreddamento ci sono sensori di conducibilità, temperatura, velocità di corrosione e pH.
I dati così rilevati vengono elaborati mediante il seguente algoritmo ottenuto sperimentalmente
[inibitore] = a-χ.Τ b.vcorr.T c.χ.ρΗ d dove il coefficiente a ha il valore di 0,785, il coefficiente b il valore di -0,800, il coefficiente c ha il valore di 0,057, il coefficiente d ha il valore di 969,96. Dal calcolo si ottiene il valore di concentrazione pari a 818 ppm (a fronte di un valore ricavato dall'analisi chimica di 810).
II sistema di elaborazione valutato il valore di concentrazione nel circuito, se quest'ultimo è al di sotto del limite operativo, regola il quantitativo d'inibitore, (nel caso specifico a base di nitriti), da reintegrare per il ripristino della concentrazione all'interno del range stabilito dalla pratica operativa relativa al particolare tipo di inibitore utilizzato. Ciò viene fatto agendo sulla pompa che preleva 1'inibitore da un serbatoio di stoccaggio inviandolo nel circuito di raffreddamento.
ESEMPIO 3
La presente invenzione è stata operativamente utilizzata su un motore navale diesel avente una potenza di circa 9000 kW.
Nel circuito di raffreddamento del motore circola un volume di acqua distillata di circa 10 mc, additivata con inibitore di corrosione ai nitriti, a temperatura variabile tra 60 e 90°C.
Inseriti nel circuito di raffreddamento ci sono sensori di conducibilità, temperatura, velocità di corrosione e pH .
I dati così rilevati vengono elaborati mediante il seguente algoritmo ottenuto sperimentalmente
[inibitore] = a-χ.Τ b.vcorr.T c.χ.ρΗ d dove il coefficiente a ha il valore di 1,080, il coefficiente b il valore di -0,581, il coefficiente c ha il valore di 0,223, il coefficiente d ha il valore di 677,82. Dal calcolo si ottiene il valore di concentrazione pari a 901 ppm (a fronte di un valore ricavato dall'analisi chimica di 900).
Il sistema di elaborazione, valutato il valore di concentrazione nel circuito, se quest'ultimo è al di sotto del limite operativo, regola il quantitativo d'inibitore, (nel caso specifico a base di nitriti), da reintegrare per il ripristino della concentrazione all'interno del range stabilito dalla pratica operativa relativa al particolare tipo di inibitore utilizzato. Ciò viene fatto agendo sulla pompa che preleva 1'inibitore da un serbatoio di stoccaggio inviandolo nel circuito di raffreddamento.

Claims (5)

  1. RIVENDICAZIONI 1. Apparecchiatura idonea a controllare e a modificare automaticamente e continuamente la concentrazione dell 'inibitore di corrosione nei circuiti di raffreddamento ad acqua di motori (M), caratterizzata dal fatto di comprendere le seguenti parti: - una unità (1) dotata di sensori (2), in grado di rilevare, ad intervalli di tempo prestabiliti, la conducibilità, la temperatura, il pH e la velocità di corrosione del metallo del circuito di raffreddamento, ,nell'acqua circolante nel circuito di raffreddamento stesso; - una unità di raccolta (3) ed elaborazione (4) dei dati provenienti dai sensori (2) in grado, attraverso un algoritmo, di calcolare la concentrazione dell'inibitore nell'acqua di raffreddamento mediante misure di conducibilità, temperatura,, pH e velocità di corrosione del metallo del circuito di raffreddamento, nell'acqua circolante nel circuito stesso; - una vasca (5) di stoccaggio ed alimentazione dell'inibitore, gestita dall'unità (3,4) la quale, confrontando il valore di concentrazione dell'inibitore, ottenuto dai dati provenienti dai sensori (2), con il limite dell'intervallo operativo stabilito a procedura standard, decide eventualmente di innescare l'azione di reintegro inviando un input alla pompa dosatrice (6) che ripristina il valore corretto di concentrazione dell'inibitore, mediante suo prelievo dalla vasca (5) contenente 1'inibitore stesso.
  2. 2. Apparecchiatura come da rivendicazione 1, in cui il metallo del circuito di raffreddamento è scelto dal gruppo comprendente acciaio, ghisa, rame e leghe di rame.
  3. 3. Metodo per controllare e modificare automaticamente e continuamente la concentrazione dell'inibitore di corrosione nei circuiti di raffreddamento ad acqua di motori, caratterizzato dal fatto di comprendere le seguenti operazioni: - rilevare con sensori, ad intervalli di tempo prestabiliti, la conducibilità, la temperatura, , il pH e la velocità di corrosione del metallo del circuito di raffreddamento, nell'acqua circolante nel circuito di raffreddamento stesso; - raccogliere i dati così rilevati e calcolare la concentrazione dell'inibitore nell'acqua di raffreddamento attraverso l'elaborazione di questi dati tramite il seguente algoritmo: [inibitore]
    dove: χ, T, vCOrre pH rappresentano, nell'acqua circolante nel circuito di raffreddamento, i valori di conducibilità, temperatura, pH e velocità di corrosione del metallo del circuito di raffreddamento, a, b, c sono coefficienti che possono assumere valori compresi nell'intervallo tra - e 010 e d è un coefficiente che può assumere valori compresi nell'intervallo tra -430 e 01430 e sono espressi nelle seguenti unità di misura
    - reintegrare nel circuito di raffreddamento ad acqua la concentrazione prestabilita di inibitore, inviando un input alla pompa dosatrice che agisce sulla vasca contenente 1 'inibitore.
  4. 4. Metodo come da rivendicazione 3, in cui viene valutata la velocità di corrosione del metallo del circuito di raffreddamento scelto dal gruppo comprendente acciaio, ghisa, rame e leghe di rame.
  5. 5. Apparecchiatura e metodo per controllare e modificare la concentrazione dell 'inibitore di corrosione nell'acqua circolante nei circuiti di raffreddamento di motori, come precedentemente descritto, esemplificato e rivendicato.
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