Caixas de filtro de purificação de condensado para linhas de alta temperatura

O invólucro de um filtro de purificação de condensado numa linha de alta temperatura tem uma função mais específica do que o próprio nome sugere. A purificação em si, ou seja, a remoção de iões dissolvidos, é realizada por resina de troca iónica, e essa resina é normalmente mais sensível à temperatura do que o recipiente de aço inoxidável instalado à sua frente. O papel do invólucro é mecânico: impedir que os produtos da corrosão e os detritos cheguem às bombas, aos permutadores de calor ou ao leito de resina, ou reter as partículas finas da resina a jusante. Para os compradores, a decisão não se resume, portanto, apenas a escolher qual o invólucro que resiste à temperatura da linha. Trata-se de determinar em que ponto do circuito a filtração deve ser realizada, qual o componente que limita a classificação de temperatura de todo o conjunto e qual o elemento mais adequado para a função. Este guia aborda essas decisões e os pormenores a definir antes de solicitar um orçamento.

Qual é a função de um corpo de filtro num circuito de tratamento de condensados?

O tratamento de purificação do condensado consiste em tratar o condensado que regressa da utilização do vapor, de modo a que os contaminantes não sejam transportados para a caldeira. De acordo com Visão geral da Power Engineering sobre o tratamento de condensados de leito profundo, os sistemas seguem duas abordagens: camadas profundas de resina de troca iônica do tipo esferas ou resina em pó aplicada como pré-revestimento num elemento filtrante. Nenhuma das duas abordagens corresponde a um “corpo de filtro” no sentido em que a equipa de compras normalmente entende o termo. Um corpo padrão com um cesto filtrante, um cartucho ou um saco é colocado à volta do polidor e desempenha três funções de apoio:

Proteção do lado quente: retirar incrustações, ferrugem e detritos a montante das bombas, válvulas e permutadores de calor.
Filtração pré-polimento: limitar a carga de partículas no recipiente de resina.
Retenção de resina: retendo as esferas de resina e as partículas finas a jusante. A descrição do projeto para o Sistema de tratamento de condensado EPR dos EUA indica que são instalados filtros de resina a jusante de cada permutador de iões para remover as partículas finas de resina.

A necessidade de um polidor depende da instalação. O mesmo artigo da Power Engineering refere que o polimento é geralmente desnecessário em sistemas de baixa pressão, abaixo dos 600 psig, onde a dosagem de produtos químicos, a filtração de partículas grossas e a descarbonatação são normalmente suficientes. Nesse caso, um filtro ou corpo de filtro devidamente especificado pode ser a solução completa, e não um acessório de um sistema de resina. O artigo é uma publicação especializada mais antiga, pelo que se deve considerar as suas faixas de pressão como um guia geral e confirmar os requisitos de água de alimentação junto do fabricante da caldeira.

Por que razão a temperatura da resina é, muitas vezes, mais importante do que a temperatura da linha

A resina de troca iônica define o limite máximo prático de temperatura para o polimento, e esse limite é normalmente muito inferior à temperatura de uma conduta de condensado quente. Um resumo de um artigo técnico sobre Desempenho da resina de troca iônica no tratamento de condensados a alta temperatura descreve um interesse crescente no polimento a temperaturas que se aproximam e excedem os 60 °C, e considera que o funcionamento rotineiro acima dos 60 °C é “muito desgastante” para as resinas. O mesmo resumo acrescenta que o polimento em leito profundo tem sido realizado com sucesso a temperaturas elevadas, desde que as resinas sejam escolhidas corretamente e que a conceção do processo e as práticas operacionais sejam adequadas.

Para um comprador, isto altera a questão da habitação. Se a linha estiver mais quente do que a resina consegue suportar, uma de duas coisas é verdadeira:

A habitação fica a montante de um refrigerador, pelo que protege o equipamento no lado quente e tem de suportar a temperatura total da linha.
A habitação fica a jusante do arrefecimento, pelo que a sua temperatura depende do desempenho do dissipador e do que acontece quando este deixa de funcionar.

Nenhum dos dois casos se resolve comprando o equipamento com a classificação mais elevada disponível. Pergunte primeiro ao projetista da máquina de polimento ou ao fornecedor da resina qual é a temperatura de entrada permitida e, em seguida, posicione a caixa de proteção tendo em conta esse valor.

Localização dos invólucros dos filtros num circuito de condensado quente

A tabela abaixo apresenta as posições mais comuns. Baseia-se apenas em orientações qualitativas; os limites reais dependem da conceção do seu sistema e das fichas técnicas do equipamento.

Cargo	Trabalho principal	Exposição à temperatura	Caixa e elemento típicos	O que verificar
Lado quente, antes do refrigerador ou das bombas	Remova incrustações grossas, ferrugem e resíduos	Temperatura em toda a linha	Filtro de cesto com cesto perfurado ou revestido a rede	Material da vedação, pressão nominal, dimensão da perfuração, margem de sobreposição
Entre o refrigerador e o recipiente de resina	Reduzir a carga de partículas no leito de resina	Reduzida, mas depende do desempenho do sistema de refrigeração	Alojamento para cartucho ou saco; elemento metálico lavável ou descartável	Índice de retenção, alarme de pressão diferencial, caso de falha do refrigerador
A jusante do permutador de iões	Reter as esferas de resina e as partículas finas	Temperatura de saída do polidor	Caixa do cartucho, frequentemente em configuração duplex ou com derivação	Dados relativos à retenção versus partículas de resina, limpeza e método de substituição
Filtragem de partículas em linha direta sem arrefecimento	Captar sólidos finos à temperatura da linha	Temperatura em toda a linha	Caixa com elemento sinterizado totalmente em metal	Classificação de cada componente em contacto com o fluido, método de limpeza, limite de pressão diferencial

Opções de carcaça e componentes para condensado de alta temperatura

Filtros de cesto para proteção grosseira no lado quente

Os filtros de cesto são a escolha habitual para reter os detritos de maior dimensão. A coador de cesto em aço inoxidável com um cesto perfurado amovível e uma tampa aparafusada, está indicado na página do produto para até 150 psi (10 bar) e um máximo de 356 °F (180 °C), mas esse valor é apresentado como estando sujeito ao material da vedação e à classificação de pressão. Os graus de filtração de 50 a 3 000 µm dependem da perfuração ou do revestimento de malha selecionado. A temperatura indicada é um limite máximo que só se mantém em condições específicas, não sendo uma garantia para todas as configurações.

Os filtros de cesto servem para proteger o equipamento, e não para polir. A filtro de cesto industrial de acesso rápido está posicionado para a pré-filtração, sendo que o cesto pode ser retirado e lavado no âmbito da manutenção de rotina. Numa linha de produção em funcionamento, essa rotina exige o isolamento, a despressurização e o arrefecimento antes de se abrir a tampa; por isso, vale a pena considerar uma configuração em duplex ou um desvio, caso o tempo de inatividade seja dispendioso.

Caixas de cartuchos com elementos metálicos laváveis

Para caudais mais reduzidos, fluxos paralelos e plataformas OEM, um caixa de filtro de cartucho único em aço inoxidável oferece um recipiente compacto com um fecho de braçadeira de libertação rápida, anel de vedação e orifícios roscados. A braçadeira e o anel de vedação merecem especial atenção em aplicações a altas temperaturas, uma vez que o tipo de elastómero ou de junta determina frequentemente a temperatura de utilização antes mesmo do aço inoxidável.

O elemento é igualmente importante. A cartucho filtrante de malha de arame sinterizado lavável une várias camadas de malha tecida numa estrutura rígida. A página do produto indica especificações que vão de 0,5 a 100 µm, funcionamento até 315 °C e pressão diferencial até 8,6 bar (125 psi), com extremidades DOE, 222/SOE, 226/SOE e extremidades roscadas, bem como limpeza por retrolavagem, limpeza por ultrassons ou limpeza química compatível. Como o elemento é totalmente metálico, elimina um polímero da equação da temperatura. A classificação do elemento não corresponde, no entanto, à classificação do conjunto. Certifique-se de que o tipo de tampa terminal corresponde ao assento do cartucho do invólucro e utilize a classificação mais baixa da cadeia como base para o seu projeto.

Caixas de filtros de mangas para cargas mais elevadas de sólidos

A caixa de filtro de saco em aço inoxidável com entrada lateral conduz o líquido para dentro pela lateral e para fora pela parte inferior. A página do produto indica 1 a 200 µm, até 120 °C e até 10 bar. Os sacos oferecem, geralmente, maior capacidade de retenção de impurezas do que um único cartucho pequeno, o que pode ser adequado para condições anormais com elevada libertação de produtos de corrosão. A desvantagem é que o material do saco e as costuras podem limitar a temperatura antes do próprio invólucro, e os sacos descartáveis implicam trabalho de substituição e geração de resíduos. Informe-se sobre a classificação de temperatura específica do material do saco, e não apenas a do invólucro.

Tubos de metal sinterizado para conjuntos personalizados

Caso um formato de cartucho padrão não seja compatível com o equipamento, um tubo filtrante industrial de metal sinterizado pode ser especificado pelo diâmetro exterior, diâmetro interior, comprimento, grau de porosidade e liga. A página do produto apresenta aço inoxidável 316L e 904L, Monel, Hastelloy, Inconel e titânio, com tamanhos de poros entre 0,1 e 90 µm. Esta opção é adequada para skids OEM e recipientes personalizados. A escolha de ligas de qualidade superior implica um custo adicional e deve responder a uma necessidade química ou térmica definida, e não a um hábito.

Opção	Função típica no circuito	Componente que normalmente limita a temperatura	Modelo de manutenção
Cesto perfurado ou forrado a rede	Proteção grosseira do lado quente	Junta da tampa, pressão nominal do corpo	Retire e lave
Cartucho único com elemento de malha sinterizada	Filtro de pré-polimento ou separador de resina em caudais mais baixos	Junta de fixação e anel de vedação	Limpeza por retrolavagem ou limpeza ultrassónica
Saco num compartimento com abertura lateral	Cargas mais elevadas de sólidos, pré-filtro	Material do saco e costuras, selo de cobertura	Substituir o saco descartável
Tubo de metal sinterizado num recipiente personalizado	Modelos OEM e montados em skid	Conceção de vedantes e juntas, classificação do recipiente	Limpar no local ou retirar e limpar

Fatores de especificação que determinam a adequação

Avalie todo o conjunto, não apenas o recipiente

A capacidade térmica real de uma caixa é o valor nominal mais baixo entre o seu invólucro, a junta da tampa, os anéis de vedação, o elemento, o manómetro e os acessórios de drenagem, bem como a pressão à qual esse valor nominal se aplica. As classificações de temperatura e pressão estão frequentemente interligadas: um valor indicado para uma determinada pressão pode não se manter noutro valor. Solicite uma classificação por escrito para o modelo exato, o material da vedação e a combinação de pressão que pretende adquirir, em vez de um valor genérico da categoria.

Margem de pressão e flashing

O condensado quente encontra-se frequentemente próximo da saturação. Explicação da Spirax Sarco sobre o vapor instantâneo observa que o vapor instantâneo é libertado do condensado quente quando a sua pressão é reduzida e dá o exemplo de que a água a 170 °C ferve a qualquer pressão inferior a 6,9 bar g. Como inferência de engenharia, e não como uma regra com fonte específica, um elemento obstruído cria uma queda de pressão que pode empurrar o condensado quase saturado para a formação de vapor a jusante do elemento. Pergunte ao engenheiro de processo qual é a margem entre a pressão de funcionamento e a pressão de saturação à temperatura da linha e configure o alarme de pressão diferencial para disparar antes que essa margem se esgote.

Escolha dos materiais e exposição ao cloreto

O SS304 e o SS316L são os tipos de aço inoxidável mais comuns para caixas de filtro, sendo que o 316L constitui uma boa opção de base nos casos em que possa haver presença de cloreto. No entanto, não é uma solução milagrosa. As orientações técnicas da Alleima sobre fissuração por corrosão sob tensão afirma que a fissuração induzida por cloretos ocorre normalmente acima dos 60 °C e que os aços austeníticos ASTM 304 e 316 têm uma resistência limitada a esse fenómeno. O condensado normal polido apresenta um teor de cloretos muito baixo, mas o mesmo artigo da Power Engineering identifica a infiltração de água de arrefecimento no condensador como uma ameaça de contaminação muito mais grave. Uma carcaça que é segura em condições normais de funcionamento pode enfrentar condições químicas diferentes durante uma situação de emergência. Defina o nível de cloreto admissível na sua solicitação de cotação e deixe que um engenheiro de materiais decida se os tipos de aço padrão são aceitáveis, particularmente para peças soldadas e submetidas a esforços que operam acima dos 60 °C.

Índice de retenção e pressão diferencial

Uma granulometria mais fina não é automaticamente melhor. Se for demasiado fina, o elemento fica rapidamente obstruído, a pressão diferencial aumenta e o filtro de polimento poderá necessitar de interrupções frequentes. Se for demasiado grossa, as partículas finas da resina passam. Obtenha os dados de retenção necessários junto do projetista do filtro de polimento e do fornecedor da resina, e, em seguida, escolha o grau de perfuração, malha ou poros adequado. Decida, ao mesmo tempo, como funcionarão as definições de pressão diferencial máxima, derivação e alarmes.

Facilidade de limpeza versus carácter descartável

Os elementos metálicos laváveis transferem os custos dos consumíveis para a mão-de-obra e os procedimentos de limpeza. São adequados para instalações que possam realizar retrolavagem ou utilizar limpeza por ultrassons, e onde os meios de polímero seriam limitados pela temperatura. Exigem um método de limpeza compatível com a liga e com o processo, bem como a validação de que a pressão diferencial se recupera de forma aceitável após a limpeza. Os sacos ou cartuchos descartáveis simplificam a substituição, mas acrescentam custos recorrentes e a gestão de resíduos.

Deve escolher a caixa com a classificação de temperatura mais elevada?

Não automaticamente. O atalho convencional consiste em adequar o invólucro ao ponto mais quente do diagrama do processo. Isso está correto no caso de um filtro de resíduos a montante de um arrefecedor, mas pode resultar numa especificação excessiva para um separador de resina situado a jusante do arrefecimento, aumentando os custos e, por vezes, o prazo de entrega, sem qualquer benefício operacional. O erro oposto também é comum: especificar uma caixa a jusante apenas para a temperatura normal de funcionamento e ignorar uma avaria no refrigerador que envie condensado quente para a mesma.

Uma base mais adequada é o cenário de falha credível em cada local. Considere um cenário ilustrativo, não uma história real de um cliente. Uma fábrica devolve condensado a cerca de 95 °C a um purificador cujo fornecedor de resina limita a temperatura de entrada a cerca de 50 °C. O filtro de retenção a montante do arrefecedor precisa de ter capacidade para suportar a temperatura total da linha. O separador de resina a jusante do purificador apresenta uma temperatura normal muito mais baixa, mas um desligamento por temperatura elevada na entrada do purificador pode limitar a temperatura a que este é submetido durante uma avaria no refrigerador. A equipa de projeto decide então se o separador deve resistir a essa avaria ou se o desligamento o protege. Os valores aqui apresentados servem apenas a título ilustrativo.

Erros comuns nas especificações

Com base apenas na temperatura da linha. Sem saber a posição da caixa em relação ao refrigerador, o orçamento pode estar errado em qualquer dos sentidos.
Interpretar a potência nominal do invólucro como a potência nominal do sistema. As vedações, os sacos e as braçadeiras são, muitas vezes, os primeiros a limitar o tempo de vida útil.
Extremidades do cartucho não coincidentes. Os formatos DOE, 222 e 226 não são intercambiáveis, e uma sede de má qualidade provoca fugas ou desvio do fluxo.
Selecionar o micron mais fino por predefinição. Isso aumenta a queda de pressão e a frequência de limpeza, sem que isso signifique necessariamente uma melhoria na proteção.
Sem indicação de pressão diferencial nem derivação. Sem eles, os operadores só detectam um elemento entupido depois de se verificar uma diminuição do caudal ou do desempenho do filtro de acabamento.
Ignorando a química perturbada. As escolhas de materiais e vedantes feitas apenas tendo em conta condições químicas normais podem não resistir a um incidente com cloretos.
Ignorar os requisitos de limpeza e acabamento. No caso de circuitos que alimentam sistemas de vapor de alta pureza, solicite os relatórios de decapagem, passivação e ensaios de materiais.

O que devem os compradores especificar antes de solicitar um orçamento?

Um fornecedor não pode recomendar uma caixa adequada apenas com base no “condensado de alta temperatura”. Os campos seguintes permitem elaborar um orçamento preciso e reduzir o trabalho de retificação.

Campo «RFQ»	Porque é importante
Posição no circuito (antes do refrigerador, entre o refrigerador e o polidor, ou após o polidor)	Determina a exposição à temperatura e o tempo de retenção necessário
Temperatura normal, máxima e de perturbação	Estabelece os requisitos relativos à vedação, ao elemento e ao invólucro
Pressão de funcionamento e de projeto, bem como condições de vácuo, se for o caso	Define a classificação do corpo e a margem de intermitência
Caudal e pressão diferencial admissível	Determina o tamanho do alojamento e a área do elemento
Química do condensado, incluindo a dosagem de aminas ou amoníaco e quaisquer variações nos níveis de cloreto	Influi na qualidade do material e na compatibilidade das juntas
Tipo de contaminante e dimensão das partículas, ou dados relativos à dimensão da resina para um filtro	Determina o grau de malha, perfuração ou porosidade
Tipo e dimensão da ligação	Evita a necessidade de retificações no adaptador e na tubagem
Tipo de elemento, estilo da tampa e método de limpeza	Garante a adequação e um plano de manutenção exequível
Requisitos relativos ao material, ao acabamento e à documentação	Inclui classificação, passivação, relatórios de ensaios de materiais e quaisquer códigos aplicáveis a recipientes sob pressão ou registos de inspeção
Quantidade, prazo de entrega e peças sobressalentes	Afeta o prazo de entrega e a estratégia de peças sobressalentes

Peça ao fornecedor que confirme, por escrito, os valores nominais de temperatura e pressão para a configuração exata objeto do orçamento. No caso de projetos OEM ou personalizados, solicite uma amostra ou a análise de um desenho antes de se comprometer com uma quantidade de produção.

Perguntas mais frequentes

Um corpo de filtro pode, por si só, realizar o tratamento de condensado?

Não. O tratamento de condensado refere-se à remoção de contaminantes iônicos dissolvidos, o que é feito através de resina de troca iônica ou processos semelhantes. Um corpo de filtro remove as partículas. Este apoia o tratamento, protegendo o equipamento, reduzindo a carga de sólidos e retendo as partículas finas da resina.

Até que temperatura é que a resina de purificação de condensado consegue suportar?

Isso depende do tipo e do estado da resina, pelo que se deve confirmar junto do fornecedor da resina. Estudos técnicos publicados descrevem o funcionamento a temperaturas superiores a 60 °C como sendo muito exigente para as resinas, embora seja possível fazê-lo com as resinas e o design adequados.

É necessário instalar um separador de resina a seguir a um purificador de condensado?

Frequentemente. Os filtros de resina são comuns a jusante dos permutadores de iões para reter as esferas de resina e as partículas finas, e a descrição do projeto do EPR dos EUA inclui-os. Os requisitos variam consoante a central, pelo que se deve consultar as especificações do projetista do sistema de purificação.

Devo escolher o 304 ou o 316L para as caixas dos filtros de condensado a quente?

O 316L é a opção de referência mais conservadora nos casos em que existe a possibilidade de presença de cloreto, mas nenhuma das duas classes está imune à fissuração por corrosão sob tensão causada por cloreto a temperaturas superiores a cerca de 60 °C. Avalie a pior variação credível de cloreto e peça a um engenheiro de materiais que analise as peças soldadas e submetidas a tensão.

Os cartuchos de metal sinterizado são melhores do que os sacos para o condensado quente?

Podem sê-lo, quando a temperatura é o fator limitante, uma vez que um elemento totalmente metálico evita as limitações dos polímeros e pode ser limpo e reutilizado. Os sacos podem ser adequados para cargas elevadas de sólidos e para uma substituição mais simples. A escolha depende da capacidade de limpeza e da pressão diferencial.

Por que razão a classificação de temperatura indicada numa caixa está sujeita a condições?

Uma vez que a temperatura de utilização depende do material da vedação, da pressão, do elemento e da configuração, e não apenas do invólucro. Solicite uma ficha técnica por escrito relativa ao modelo e à vedação exatos que pretende adquirir e utilize o valor nominal mais baixo dos componentes como base de projeto.

É necessário o tratamento de condensados nas caldeiras de baixa pressão?

Normalmente não. Um documento técnico do setor indica que, abaixo dos 600 psig, o polimento não é, em geral, necessário, sendo que a dosagem de produtos químicos, a filtração de partículas grossas e a descarbonatação são normalmente suficientes. Verifique os requisitos relativos à água de alimentação estabelecidos pelo fabricante da caldeira para a sua central.