ES2633464T3 - Dispositivo de medición y monitorización de potencial de oxidación-reducción a alta temperatura y presión para sistemas de agua caliente - Google Patents

Abstract

Dispositivo (10) para medir un potencial de oxidación-reducción ("ORP") y una temperatura a una temperatura y presión de funcionamiento en un sistema de agua caliente y que puede hacerse funcionar para transmitir un ORP medido y una temperatura medida a un sistema de controlador, comprendiendo el dispositivo: (a) una celda de flujo pasante (25) que tiene una pluralidad de orificios (25a-d) que incluye un primer orificio, un segundo orificio, un orificio de flujo de entrada y un orificio de flujo de salida, en el que fluye agua al interior del orificio de flujo de entrada y hacia fuera del orificio de flujo de salida; (b) una sonda de ORP y un sensor de resistencia dependiente de la temperatura (26a) asociados con el primer orificio, encontrándose tanto la sonda como el sensor al menos parcialmente dentro de la celda de flujo pasante y teniendo cada uno del sensor y la sonda al menos una conexión eléctrica que puede hacerse funcionar para retransmitir información al sistema de controlador; (c) un conjunto de electrodo de referencia equilibrado a presión externa (75) asociado con el segundo orificio, incluyendo dicho conjunto una frita porosa (86) en un primer extremo del conjunto parcialmente dentro de la celda de flujo pasante, un tubo que incluye una disolución de electrolito y que se extiende desde el primer extremo del conjunto hasta un segundo extremo del conjunto, estando el segundo extremo del conjunto unido a un alojamiento de múltiples ajustes y teniendo un electrodo de referencia de semicelda de plata/cloruro de plata (84) parcialmente sumergido en la disolución de electrolito y que tiene una conexión eléctrica que puede hacerse funcionar para retransmitir información al controlador; en el que la sonda comprende una banda de metal noble (26c) que tiene una forma de C y una costura, y en el que el dispositivo está dispuesto de tal manera que la costura está orientada alejándose de la frita porosa del conjunto de electrodo de referencia equilibrado a presión externa.

Description

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DESCRIPCION

Dispositivo de medicion y monitorizacion de potencial de oxidacion-reduccion a alta temperatura y presion para sistemas de agua caliente

Campo tecnico

Esta invencion se refiere a un dispositivo de medicion de potencial de oxidacion-reduccion. Mas espedficamente, la invencion se refiere a un dispositivo de medicion y monitorizacion de potencial de oxidacion-reduccion usado junto con programas de inhibicion de la corrosion en sistemas de agua caliente. La invencion tiene particular relevancia para un dispositivo de medicion y monitorizacion de potencial de oxidacion-reduccion, cuyas senales de salida se usan para determinar velocidades de alimentacion de productos qmmicos que afectan y controlan el potencial de oxidacion-reduccion en sistemas de calderas industriales.

Antecedentes

La corrosion debida al aumento del potencial de oxidacion-reduccion en sistemas de agua caliente, tales como calderas industriales, es una preocupacion principal. La afinidad del oxfgeno por aleaciones usadas en la industria de agua de caldera es la causa de muchos fenomenos de corrosion. Esta corrosion es un proceso complejo que depende no solo de la cantidad de oxfgeno en el sistema, sino tambien de factores tales como la qmmica y metalurgia del agua. Por ejemplo, la presencia de otras especies en el agua puede convertir el oxfgeno en una fuerza corrosiva agresiva o puede pasivar la metalurgia. Otros factores importantes son la temperatura, presion, velocidades de fluido y practicas de funcionamiento. Aunque el oxfgeno puede ser el componente principal o esencial en el proceso de corrosion, puede no ser el unico.

Los medios convencionales para reducir la corrosion por oxfgeno en sistemas de agua caliente es eliminar la mayor parte del oxfgeno molecular disuelto mediante medios mecanicos y qmmicos. La gran mayona del oxfgeno disuelto se reduce al intervalo de partes por billon mediante el uso de desaireacion mecanica. El agua se calienta normalmente hasta por encima de la temperatura de ebullicion en un recipiente aireado lo que conduce a una disminucion de la solubilidad del oxfgeno disuelto a medida que aumenta la temperatura. La dinamica de flujo y cuestiones de funcionamiento particulares de desaireadores dejan partes por billon de oxfgeno disuelto en el agua. Los eliminadores de oxfgeno son productos qmmicos usados para reducir de manera reproducible los valores de oxfgeno disuelto hasta valores bajos y constantes. Muchos de los eliminadores tambien funcionan como inhibidores de corrosion pasivantes. Los desaireadores no siempre funcionan a la perfeccion; si lo hicieran, podna no necesitarse nunca un eliminador puro, aunque un producto qmmico que potencie la pasivacion de metal sena una adicion positiva. En algunos casos, el eliminador de oxfgeno se anade como polftica de garantfa frente a la posibilidad de que el desaireador pueda presentar un mal funcionamiento. El eliminador tambien puede anadirse para luchar contra la fuga de aire al interior del sistema.

Tradicionalmente, la cantidad de eliminador de oxfgeno alimentado a agua de alimentacion de caldera se ha basado en la cantidad de oxfgeno disuelto en el agua de alimentacion mas cierta cantidad en exceso de eliminador. La cantidad de eliminador en exceso alimentado se basa en la concentracion de eliminador residual deseada en el agua de alimentacion de caldera o la propia agua de caldera, lo cual depende de la concentracion en exceso de eliminador y los ciclos de caldera. Hay varios problemas con este esquema de control de alimentacion. El primero es que no hay ningun control activo de la velocidad de alimentacion de eliminador. Pueden existir altas condiciones de oxfgeno durante largos periodos antes de que se produzca una disminucion del eliminador residual y se tome una accion correctora.

Una segunda cuestion es simplemente que la presencia de eliminador residual en el agua de caldera no significa que el sistema este tratandose de manera satisfactoria. Dependiendo de las condiciones (por ejemplo, baja temperatura o tiempo de residencia breve) es posible tener tanto altas concentraciones de oxfgeno como eliminador suficiente en el agua de alimentacion al mismo tiempo. Cuando esta agua de alimentacion rica en oxfgeno alcanza la caldera, el oxfgeno se elimina por ebullicion con el vapor dejando el eliminador sin reaccionar en el agua de caldera. En un caso extremo, el resultado puede ser un nivel inaceptablemente alto de oxfgeno disuelto en los sistemas de pre-caldera y condensado al tiempo que se tienen concentraciones residuales previstas de eliminador de oxfgeno en la propia caldera.

En determinadas calderas de alta presion (de circulacion forzada) que usan agua de pureza ultraalta, se ha adoptado un enfoque diferente. No se usa ningun eliminador de oxfgeno. De hecho, se anaden deliberadamente pequenas cantidades de oxfgeno molecular al agua de alimentacion. El oxfgeno (es decir, el oxidante) actua como agente pasivante para acero al carbono en condiciones cuidadosamente controladas de la qmmica del agua de caldera. Las concentraciones de oxfgeno usadas son muy inferiores a los valores saturados con aire (8 ppm de oxfgeno disuelto), por tanto se usa algo de desaireacion. Con frecuencia es mas facil desairear en cierta medida antes de anadir una cantidad controlada de oxfgeno.

La corrosion en sistemas de caldera industriales se produce normalmente a la temperatura y presion de funcionamiento (es decir, elevadas). Los datos de control y funcionamiento mas eficaces y precisos se basan en medidas tomadas en condiciones de funcionamiento reales. La recopilacion de tales datos, que son indicativos del

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estres de corrosion en el sistema, a la temperatura y presion del agua de alimentacion de caldera es diffcil y pocas veces se realiza. Tradicionalmente, el potencial de oxidacion-reduccion se ha medido a presion y temperatura ambiente en una muestra tomada del sistema. Tales mediciones a temperatura ambiente y otras mediciones tradicionales, tales como oxfgeno disuelto, velocidad de corrosion espedfica de la metalurgia, o mediciones de eliminador residual, no pueden detectar muchos estreses y acontecimientos de corrosion.

Por tanto, existe una necesidad continuada de medir y monitorizar de manera eficaz el potencial de oxidacion- reduccion a la temperatura y presion de funcionamiento en sistemas de agua caliente. Tal monitorizacion permitira un ajuste proactivo de la qmmica del agua de alimentacion (tal como oxfgeno, eliminadores de oxfgeno, agentes reductores y agentes oxidantes) en vez de ajustes reactivos despues de que ya se haya producido la corrosion. La optimizacion continua, en tiempo real, de la qmmica del agua de alimentacion incluyendo un programa de eliminador de oxfgeno/pasivacion prevendra problemas de corrosion que conducen a la perdida de produccion de vapor, tiempo de inactividad, vida util reducida y costes de funcionamiento superiores.

En el documento WO 2005/052 213 A2 se describen metodos y aparatos para medir la temperatura y el potencial de oxidacion-reduccion en un sistema de agua caliente a la temperatura y presion de funcionamiento.

Sumario

Por consiguiente, segun la reivindicacion 1 se proporciona un dispositivo para medir la temperatura y el potencial de oxidacion-reduccion (“ORP”) a la temperatura y presion de funcionamiento en un sistema de agua caliente. En las reivindicaciones dependientes 2-6 se describen realizaciones preferidas. Segun la reivindicacion 7 se proporciona un sistema que comprende un dispositivo de este tipo y un sistema de controlador.

Segun la reivindicacion 8, la invencion incluye un metodo de prevencion de la corrosion en un sistema de agua caliente usando el sistema descrito. El metodo incluye determinar un intervalo de ORP ideal para el sistema de agua caliente. En una realizacion, el metodo incluye medir el ORP del sistema de agua caliente a la temperatura y presion de funcionamiento como la diferencia de potencial entre la sonda de ORP y el electrodo de referencia y medir una temperatura con el detector de temperatura. El potencial y la temperatura medidos se retransmiten a un sistema de controlador que interpreta las medidas y determina si el ORP medido esta dentro del intervalo de ORP ideal. El metodo incluye ademas anadir una cantidad eficaz de oxfgeno o una cantidad eficaz de reductor al agua de alimentacion del sistema de agua caliente, si el ORP no esta dentro del intervalo de ORP ideal.

Debe entenderse que el dispositivo dado a conocer puede medir y monitorizar el ORP y la temperatura en cualquier corriente o sistema acuoso estancado o que fluye, pero esta principalmente equipado para las condiciones extremas encontradas en un sistema de agua caliente en funcionamiento o sistema de caldera industrial. Las temperaturas pueden alcanzar hasta aproximadamente 260°C y las presiones pueden alcanzar hasta aproximadamente 3000 psi en tales sistemas. En una realizacion, las senales de ORP y temperatura se monitorizan de manera continua. Alternativamente, las senales pueden monitorizarse segun un calendario o monitorizarse de manera intermitente.

La senal de ORP medido se produce de manera natural en el entorno acuoso del sistema de agua caliente debido a la polarizacion de la sonda de ORP. En vez de usar corriente para producir tension, el dispositivo de medicion y monitorizacion de ORP especialmente disenado permite la medicion pasiva de ORP usando potenciales libres en el sistema. Normalmente se necesita una unidad de interpretacion de senal de tension adecuada, tal como un voltfmetro de alta impedancia de entrada u otro, para interpretar o convertir tales potenciales o senales de tension en un formato legible. En una realizacion preferida, cuando esta instalado en vertical, la base del EPBRE (es decir, el sitio del alojamiento de multiples ajustes, descrito en mas detalle a continuacion) esta a temperatura ambiental, independientemente de la temperatura del sistema; sin embargo la base permanece a la presion del sistema. En realizaciones alternativas, la base del EPBRE puede estar en cualquier posicion con respecto a la celda de flujo pasante y su temperatura puede estar a cualquier nivel entre la temperatura ambiental y la del sistema, dependiendo de la aplicacion particular.

Una ventaja de la invencion es proporcionar un dispositivo para medir el potencial de oxidacion-reduccion en tiempo real en un sistema de agua caliente a la temperatura y presion de funcionamiento.

Otra ventaja de la invencion es proporcionar un dispositivo que puede medir el potencial de oxidacion-reduccion en tiempo real en un sistema de agua caliente a la temperatura y presion de funcionamiento y retransmitir el potencial medido a un controlador que puede hacerse funcionar para ajustar la alimentacion de productos qmmicos, tales como oxfgeno o eliminador de oxfgeno, al agua de alimentacion del sistema de agua caliente.

Otra ventaja de la invencion es proporcionar un dispositivo para medir el potencial de oxidacion-reduccion en tiempo real en un sistema de agua caliente a la temperatura y presion de funcionamiento y proporcionar a un operador los datos de salida para el ajuste de la alimentacion de productos qmmicos, tales como oxfgeno o eliminador de oxfgeno, del agua de alimentacion del sistema de agua caliente.

Una ventaja adicional de la invencion es proporcionar un dispositivo que puede ofrecer un enfoque novedoso y eficaz para prevenir la corrosion en un sistema de agua caliente.

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Una ventaja de la invencion tambien incluye proporcionar un dispositivo que mide de manera simultanea o concurrente el potencial de oxidacion-reduccion y la temperatura de un sistema de agua caliente a la temperature y presion de funcionamiento.

Otra ventaja de la invencion es proporcionar medidas precisas y de alta sensibilidad para detectar acontecimientos de corrosion en sistemas de agua caliente que no pueden detectarse con sistemas de medicion a temperatura ambiente tradicionales.

Una ventaja adicional de la invencion es proporcionar un metodo de medir el potencial de oxidacion-reduccion en sistemas de agua caliente a alta temperatura y presion permitiendo por tanto una respuesta rapida y precisa a estreses de corrosion en el sistema.

Aun otra ventaja de la invencion es proporcionar un metodo de usar el dispositivo descrito en el presente documento para prevenir la corrosion en un sistema de agua caliente midiendo un potencial de oxidacion-reduccion del sistema de agua caliente a la temperatura y presion de funcionamiento y retransmitir el potencial medido a un controlador que puede hacerse funcionar para ajustar una alimentacion de oxfgeno o una alimentacion de eliminador de oxfgeno al agua de alimentacion del sistema de agua caliente.

Una ventaja adicional de la invencion es permitir la deteccion temprana de tensiones de corrosion del agua de alimentacion que permite ajustes proactivos a los niveles de oxfgeno y/o eliminador de oxfgeno en tiempo real permitiendo por tanto la optimizacion de tales niveles.

En el presente documento se describen caractensticas y ventajas adicionales, y resultaran evidentes a partir de la siguiente descripcion detallada y las figuras.

Breve descripcion de los dibujos

La figura 1 es una vista lateral de una realizacion de un dispositivo de medicion de potencial de oxidacion-reduccion 10, mostrado con una celda de flujo pasante 25, union en T 50 y conjunto de electrodo de referencia equilibrado a presion externa 75.

La figura 2 es un diagrama esquematico de una realizacion de una celda de flujo pasante 25 que tiene orificios 25a, 25b, 25c y 25d, sensor 26, ajuste de alta presion 78 y elemento de acoplamiento 28.

La figura 3 es un diagrama esquematico de una realizacion de una union en T 50 que incluye un elemento de acoplamiento 28, conexion electrica de detector de temperatura 54, casquillos 56a y 56b, conexion de sonda de potencial de oxidacion-reduccion 58, soporte en L 60 y conectores BNC 62a y 62b.

La figura 4 ilustra una realizacion de un sensor 26 que tiene un detector de temperatura 26a, material termorretractil aislante 26b, banda de metal noble 26c, alambre 26d, material termorretractil de anclaje 26e y tubo 26f.

La figura 5 es una vista en seccion que deja ver el interior de la relacion espacial entre varios componentes descritos, incluyendo el detector de temperatura 26a, material termorretractil aislante 26b, banda de metal noble 26c, alambre 26d, material termorretractil de anclaje 26e, tubo 26f, union en T 50 y casquillo 56b, segun una realizacion preferida.

La figura 6 representa una realizacion de un conjunto de electrodo de referencia equilibrado a presion externa 75 que incluye un tubo externo 76, ajuste de alta presion 78, conector de alta presion 80, tubo interno 82, electrodo de referencia 84, frita porosa 86, elemento de insercion 88, alojamiento de multiples ajustes 90, union reductora 92, conector BNC 94, tuerca de bloqueo 96, perno 98 y elemento de sujecion 102.

La figura 7 muestra una realizacion de un alojamiento de multiples ajustes 90 que tiene un empalme sellado 100, elemento de sujecion 102, tubo interno 82 y conexion de electrodo de referencia 84b.

La figura 8 ilustra una realizacion de un dispositivo de medicion de potencial de oxidacion-reduccion 10 instalado en un sistema de agua caliente 200 que incluye una salida de muestra de agua de alimentacion 202, valvula bloqueable 204, tubo de transferencia 206, valvula de aislamiento 208, valvula de aireacion 210, primera salida de drenaje libre 212, tubena en T 213, manometro 214, caudalfmetro 216, valvula de control de flujo 218 y segunda salida de drenaje libre 220.

La figura 9 muestra multiples ejemplos de variaciones de senales de ORP a alta temperatura y presion en un sistema de agua de alimentacion de caldera industrial simulado. El eje de las Y muestra los valores de ORP tomados con el dispositivo de ORP descrito en el presente documento. El eje de las X muestra las lecturas de disuelto oxfgeno correspondientes a cada lectura.

Descripcion detallada

Tal como se usa en el presente documento, “sistema de agua caliente” se refiere a cualquier sistema en el que agua caliente esta en contacto con superficies metalicas. “Agua caliente” significa agua que tiene una temperatura de

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desde aproximadamente 37°C hasta aproximadamente 370°C. El sistema de agua caliente puede funcionar a o por debajo de la presion atmosferica o una presion de hasta aproximadamente 3.000 psi (15 psi = 100 kPa). Un sistema de agua caliente preferido es un sistema de caldera industrial, que tiene normalmente una temperatura de agua de aproximadamente 90°C a aproximadamente 260°C y presiones que alcanzan hasta aproximadamente 3.000 psi.

“ORP”, “medida de ORP”, “ORP medido” o terminos similares se refieren a medidas de potencial de oxidacion- reduccion tomadas a la temperatura y presion de funcionamiento. En una realizacion, el termino abarca senales de temperatura medidas de manera concurrente y retransmitidas.

“Sistema de controlador” y terminos similares se refieren a un dispositivo electronico que tiene componentes tales como un procesador, dispositivo de memoria, tubo de rayos catodicos, pantalla de cristal lfquido, pantalla de plasma, pantalla tactil u otro monitor, y/u otros componentes. En determinados casos, el controlador puede hacerse funcionar para la integracion con uno o mas circuitos integrados, programas o algoritmos espedficos de aplicacion, uno o mas dispositivos cableados, y/o uno o mas dispositivos mecanicos. Algunas o la totalidad de las funciones de sistema de controlador pueden estar en una ubicacion central, tal como un servidor de red, para la comunicacion a traves de una red de area local, red de area ancha, red inalambrica, conexion a Internet, enlace por microondas, enlace por infrarrojos, y similares. Ademas, pueden incluirse otros componentes tales como un acondicionador de senales o monitor de sistema para facilitar algoritmos de procesamiento de senales.

En una realizacion, el esquema de control esta automatizado. En una realizacion, la senal de ORP medido se interpreta por un sistema de controlador que controla una cantidad de oxfgeno o eliminador de oxfgeno para introducir en el sistema para mantener el ORP medido dentro de un intervalo predeterminado. En una realizacion, el sistema de controlador tambien interpreta la temperatura medida para determinar la cantidad de oxfgeno o eliminador de oxfgeno que debe anadirse, si la hay. El detector de temperatura tambien puede usarse con fines de informacion, tales como en esquemas de alarma y/o esquemas de control. Debe apreciarse que el esquema de control puede incorporar limitadores de bomba, dispositivos de alarma, control inteligente y/o similares, basandose en entradas adicionales, tales como pH, niveles de oxfgeno disuelto y otros constituyentes de residuo.

En una realizacion preferida, los cambios y ajustes a la qrnmica del agua de alimentacion incluyen anadir oxfgeno o uno o mas eliminadores de oxfgeno al agua de alimentacion. Por definicion, los eliminadores de oxfgeno son agentes de reduccion (reductores), aunque no todos los agentes de reduccion son necesariamente eliminadores de oxfgeno. Los agentes de reduccion, adecuados como eliminadores de oxfgeno, satisfacen los requisitos termodinamicos de que existe calor de reaccion exotermico con oxfgeno. Para aplicaciones practicas, se requiere una reactividad razonable a bajas temperaturas. Es decir, debe haber una cierta cinetica de reaccion favorable. Ademas, otros cambios y ajustes a la qrnmica del agua de alimentacion, tales como para el control del sistema y control de la corrosion, pueden incluir anadir otros agentes de oxidacion (oxidantes) u otros agentes de reduccion (reductores).

Tambien es altamente deseable que el agente de reduccion y sus productos de oxidacion no sean corrosivos y no formen productos que sean corrosivos cuando se forman en equipos de generacion de vapor. Normalmente, los eliminadores de oxfgeno funcionan de manera optima a determinados intervalos de pH, temperaturas y presiones, y tambien se ven afectados por la catalisis de un modo u otro. La seleccion de los eliminadores de oxfgeno apropiados para un sistema dado puede determinarse facilmente basandose en los criterios comentados anteriormente.

Los reductores preferidos (es decir, eliminadores de oxfgeno) incluyen hidrazina, sulfito, carbohidrazida, N,N- dietilhidroxilamina, hidroquinona, eritorbati, metil etil cetoxima, hidroxilamina, acido tartronico, etoxiquina, metiltetrazona, tetrametilfenilendiamina, semicarbazidas, dietilaminoetanal, 2-cetogluconato, N- isopropilhidroxilamina, acido ascorbico, acido galico e hidroxiacetona.

No se pretende que terminos tales como “elemento de acoplamiento”, “ajuste”, “tuerca” y similares tal como se usan en el presente documento sean diferenciadores, mas bien se pretende que describan y representen de manera general un tipo similar de mecanismo de sujecion. Tales terminos se usan por conveniencia y no debido a una limitacion estructural o funcional. Puede usarse cualquier mecanismo de fijacion adecuado para elementos de acoplamiento, ajustes y otros elementos de sujecion o conectores descritos. Normalmente, los mecanismos de fijacion estan disenados para resistir las temperaturas y presiones encontradas en un sistema de agua caliente. Para ayudar a sellar cualquiera de los elementos de acoplamiento, ajustes, etc. descritos en el presente documento, pueden usarse agentes de sellado tales como cinta de Teflon®, Teflon® lfquido, masilla de fontanero, silicona u otro agente de sellado adecuado. Ademas, no se pretende que la referencia a un ajuste como de “alta presion” distinga a ese ajuste de otros descritos en el presente documento, ya que cada ajuste se elige dependiendo de las caractensticas del sistema de agua caliente particular.

Los ejemplos representativos, no limitativos, de ajustes, elementos de acoplamiento, conectores, empalmes, tuercas, pernos y similares descritos en el presente documento incluyen ajustes de tipo NPT, ajustes de tipo NPT de liberacion rapida, ajustes de tipo AN, ajustes ensanchados, ajustes por compresion (tales como los que usan casquillos), o cualquier otro elemento de acoplamiento, adaptador, ajuste o elemento de sujecion adecuado. Para algunas aplicaciones tambien se contempla la soldadura, soldadura fuerte, adhesion (por ejemplo, cianoacrilato, resina u otro adhesivo adecuado) u otro tipo de union permanente o semipermanente. Puede usarse cualquier

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tamano, forma, material, etc. adecuado del elemento de acoplamiento, ajuste, conector, adaptador o empalme y se determina basandose en las caractensticas y requisitos de la aplicacion particular.

En el presente documento se proporcionan determinadas conexiones electricas, tales como conexiones catodicas y anodicas, segun realizaciones de la invencion. En una realizacion, una sonda de ORP incluye una conexion catodica y un electrodo de referencia incluye una conexion anodica. Tales conexiones se denominan asf por conveniencia y por convenio. En realizaciones alternativas, los polos para estas conexiones pueden transponerse o conmutarse, en los que, por ejemplo, el electrodo de referencia es la conexion catodica y la sonda de ORP es la conexion anodica.

En una realizacion, todas las interconexiones electricas descritas o conexiones asociadas con estas interconexiones (es decir, conexiones para la sonda de ORP, electrodo de referencia, detector de temperatura) incluyen un conector de tipo BNC. Alternativamente, las conexiones pueden incluir otros tipos de conectores de RF, conectores de tipo TNC, enchufes de tipo banana, conectores engarzados, otros tipos de conectores electricos, conexiones soldadas, alambre directo o cualquier otra interconexion electrica o conexion adecuada.

Descripcion del dispositivo

Haciendo referencia a las figuras 1 a 8, se ilustran y explican realizaciones preferidas del dispositivo de medicion y monitorizacion de ORP (denominado a continuacion en el presente documento “dispositivo de ORP”), en las que numeros iguales indican componentes iguales. En la figura 1, se muestra una realizacion del dispositivo de ORP 10 con una celda de flujo pasante 25, un sensor 26, una union en T 50 y un conjunto de electrodo de referencia equilibrado a presion externa 75. La celda de flujo pasante (“FTC”) es normalmente los “cimientos” del dispositivo de ORP a los que se conectan los demas componentes, incluyendo el detector de temperatura, sensor y conjunto de electrodo de referencia equilibrado a presion externa (“EPBRE”). Sin embargo, en realizaciones alternativas otros componentes pueden estar separados de la FTC y por tanto no estar conectados directamente a la FTC. En esta realizacion, el elemento de acoplamiento 28 conecta la FTC a la union en T y el ajuste 78 conecta la FTC al EPBRE.

Los elementos de sujecion preferidos incluyen ajustes de tipo NPT de 1/4 o 3/8 de pulgada (1 in = 2,54 cm) para el elemento de acoplamiento 28 y el ajuste 78. Estos conectores pueden ser de cualquier tamano adecuado y no se pretende que los ejemplos en el presente documento sean limitativos. Por ejemplo, puede usarse un adaptador hembra de 3/8 de pulgada para el elemento de acoplamiento 28, tal como la pieza n.° SS-6-TA-7-4, y puede usarse la pieza n.° SS-400-R-6BT de union reductora para el ajuste 78 (ambas disponibles de Swagelok® en Solon, OH). En esta realizacion, el EPBRE se ilustra “colgando” por debajo de, y en vertical con respecto a, la FTC. Una configuracion vertical de este tipo es una realizacion y debe apreciarse que, segun realizaciones alternativas, el EPBRE puede colocarse en cualquier angulo con respecto a la FTC. Preferiblemente, el dispositivo de ORP se instala de modo que el EPBRE esta orientado directamente hacia abajo y hacia el suelo. Esta posicion hacia abajo mantiene la base de EPBRE a temperatura ambiental y protege frente a la formacion de burbujas dentro de la disolucion de electrolito (explicado a continuacion).

La figura 2 ilustra una realizacion preferida de la FTC 25. Aunque este esquema ilustra una realizacion que tiene cuatro orificios, 25a a 25d, se preve que la FTC puede tener orificios adicionales tales como para fijar o anadir otros componentes o para admitir flujos de entrada y/o flujos de salida adicionales. Algunos o la totalidad de los orificios pueden estar conectados de manera interna o externa o separados. Un ejemplo de una FTC de cuatro orificios preferida es un ajuste de tubo de 3/8 de pulgada, pieza n.° SS-600-4 de derivacion en cruz (disponible de Swagelok® en Solon, OH). En una realizacion preferida, la FTC esta construida a partir de la cruz de acero inoxidable de 3/8 de pulgada e incluye una configuracion con agujero pasante que tiene 4 orificios conectados. Se contempla que el tamano de agujero y otras dimensiones de la FTC pueden elegirse para admitir cualquier velocidad de flujo posible, segun se determine para cada aplicacion. Las velocidades de flujo preferidas y tfpicas incluyen desde aproximadamente 50 ml/min hasta aproximadamente 1.000 ml/min. Velocidades de flujo mas preferidas son de desde aproximadamente 100 ml/min hasta aproximadamente 500 ml/min.

Tal como se muestra en la figura 2, el orificio de flujo de entrada 25b admite un flujo de entrada de agua desde el sistema de agua caliente y el orificio de flujo de salida 25a dirige el agua de vuelta al sistema o a una corriente de residuo. En realizaciones alternativas, pueden usarse valvulas u otros dispositivos de control de flujo para controlar el flujo de entrada y el flujo de salida a la FTC. En la figura 8 a continuacion se ilustra y se explica una realizacion de un sistema de control de flujo de este tipo. Debe apreciarse que la invencion puede incluir mas de un orificio de flujo de entrada y/o de flujo de salida, que pueden estar configurados para trabajar al umsono, controlables de manera independiente, o configurados y accionados de cualquier manera adecuada. El orificio 25c en esta realizacion incluye un ajuste de alta presion 78 que conecta la FTC con el EPBRE.

En una realizacion, el sensor 26 esta asociado con la FTD y penetra hasta cerca del centro de la FTD. En una realizacion, el sensor incluye una sonda de ORP. En otra realizacion, el sensor incluye un detector de temperatura. En una realizacion adicional, el sensor incluye tanto la sonda de ORP como el detector de temperatura. En una realizacion, el detector de temperatura es un sensor de resistencia dependiente de la temperatura, descrito en mas detalle a continuacion. Cuando el flujo de entrada de agua entra en contacto la sonda de ORP, por ejemplo, se produce una senal de ORP entre la sonda de ORP y el electrodo de referencia que se retransmite al sistema de control. La sonda de ORP esta normalmente colocada en relacion con una frita porosa 86, tal como se explica en

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mas detalle a continuacion. Los materiales preferidos para la frita porosa incluyen materiales ceramicos o electroceramicos, tales como circonia, materiales polimericos, similares, o cualquier otro material poroso adecuado. Se prefiere que la frita porosa sea inerte con respecto a procedimientos del sistema de agua caliente y medicion de senal de ORP.

En la figura 3, se muestra una realizacion de la union en T 50 que incluye un elemento de acoplamiento 28, una conexion electrica de detector de temperatura 54, casquillos 56a y 56b, una conexion de sonda de ORP 58, un soporte en L 60 y conectores BNC 62a y 62b. El elemento de acoplamiento 28 conecta la FTC en el orificio 25d con la union en T. Un conector preferido para el elemento de acoplamiento 28 es la pieza n.° SS-6-TA-7-4 (disponible de Swagelok® en Solon, OH). En una realizacion preferida, la union en T incluye dos conectores de tubo de 1/8 de pulgada que tienen un conector de tipo NPT de 1/4 de pulgada en el extremo restante que se conecta con el elemento de acoplamiento 28. En una realizacion, la union en T esta montada en o unida al soporte en L u otra o union o dispositivo de estabilizacion. En realizaciones alternativas, la union en T puede tener otros ajustes de tamano adecuado, que pueden ser convencionales, metricos, pequenos, grandes o de cualquier configuracion adecuada. Un extremo de la union en T esta conectado a la celda de flujo pasante segun una realizacion. En los otros dos extremos de la union en T estan conectadas la conexion electrica de detector de temperatura y la conexion de sonda de ORP. Aunque puede usarse cualquier union en T adecuada, una union en T preferida es la pieza n.° SS-200-3-4TMT (disponible de Swagelok® en Solon, OH).

La figura 4 representa una realizacion del sensor 26 que tiene un detector de temperatura 26a (en la “punta” del sensor), un material termorretractil aislante 26b, una banda de metal noble 26c, un alambre 26d, un material termorretractil de anclaje 26e y un tubo 26f. En esta realizacion, el tubo 26f es un tubo de acero inoxidable cerrado en un extremo que tiene un diametro exterior de aproximadamente 1/8 de pulgada y que se extiende aproximadamente desde el centro de la celda de flujo pasante al interior de la union en T. Debe apreciarse que el tubo puede ser de cualquier diametro adecuado, segun se determine para cada aplicacion. El tubo funciona para proporcionar soporte para la banda de metal noble 26c (“banda”) y puede incluir cualquier material resistente a la corrosion, tal como acero inoxidable de cualquier composicion adecuada, aluminio, otros metales y materiales de plastico, y combinaciones de los mismos. En una realizacion preferida, la banda funciona como sensor de ORP pasivo. El ORP del agua de muestra se mide en la superficie pasiva con respecto al electrodo de referencia. En una realizacion, la banda esta ubicada cerca del centro de la FTC (tal como se explico anteriormente para la figura 2) y esta en contacto directo con la corriente acuosa.

En una realizacion preferida, el detector de temperatura es un sensor de resistencia dependiente de la temperatura (tal como un sensor PT100, PT200, PT1000, CU10, NI120). En una realizacion, el sensor de resistencia dependiente de la temperatura esta encerrado dentro del tubo 26f y no esta expuesto directamente a la corriente acuosa. El detector de temperatura tambien puede incluir un termopar convencional (tal como de tipo J, K, T o E) u otro dispositivo de deteccion de la temperatura segun realizaciones alternativas. En una realizacion, el sensor 26 incluye tanto una sonda de ORP que tiene una banda de metal noble como un detector de temperatura, que se combinan para dar un componente integrado. En una realizacion, el sensor incluye dos alambres, tales como el alambre 26d, uno de los cuales transmite la senal de ORP y el otro la senal de temperatura. En otra realizacion, el detector de temperatura incluye una pluralidad de alambres.

Las configuraciones alternativas para el detector de temperatura pueden incluir uno, dos o mas detectores de temperatura usados o bien de manera independiente o bien en conjunto entre sf. Por ejemplo, si se emplean dos detectores de temperatura, puede usarse un detector para monitorizar la temperatura cerca de la FTC mientras que el otro monitoriza la temperatura cerca del electrodo de referencia. Tales configuraciones permiten al usuario u operario del dispositivo de ORP evaluar y calcular los potenciales termicos que pueden existir a lo largo de la longitud del EPBRE. Entonces se usaran estos datos para corregir y aclarar valores de ORP con respecto a potenciales y diferenciales de temperatura.

El alambre y la banda pueden incluir cualquier metal noble, tal como oro, plata, tantalio, platino, rodio, cobre y/o similares. Se prefiere platino. En una realizacion, cualquier alambre descrito en el presente documento puede incluir un material aislante, tal como material de plastico o Teflon®, envuelto alrededor de tal alambre. El alambre 26d esta conectado a la banda y transmite una senal electrica a la conexion cationica 58. En una realizacion, otro alambre (no mostrado) transmite una senal electrica a la conexion electrica de detector de temperatura 54 desde una parte “activa” de un detector de temperatura de resistencia que reside dentro del extremo cerrado del tubo en la punta 26a. La figura 5 ilustra una vista en seccion que deja ver el interior detallada de la relacion espacial entre varios componentes descritos segun una realizacion preferida. En una realizacion, el extremo de cola del sensor 26 sobresale a traves de la union en T y penetra en el espacio en el lado opuesto de la union en T con respecto a la FTC (tal como se muestra en la figura 5). En esta realizacion, la parte activa del sensor de resistencia dependiente de la temperatura esta ubicado dentro del tubo 26f en la punta 26a.

Una realizacion preferida del electrodo de referencia incluye el EPBRE 75, que actua para encerrar y aislar termicamente el electrodo de referencia. En la figura 6 se ilustra una realizacion del EPBRE 75 que incluye un externo 76, un ajuste de alta presion 78, un conector de alta presion 80, un tubo interno 82, un electrodo de referencia 84, una frita porosa 86, un elemento de insercion 88, un alojamiento de multiples ajustes 90, una union reductora 92, un conector BNC 94, una tuerca de bloqueo 96, un perno 98 y un elemento de sujecion 102. El tubo

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externo en esta realizacion es un tubo de acero inoxidable de 1/8 a 1/2 de pulgada de diametro interior y aloja el tubo interno. En una realizacion, el EPBRE incluye uno o mas elementos de insercion 88, que funcionan para permitir separar el tubo interno para renovar, comprobar, sustituir, volver a equipar, etc. la disolucion de electrolito, tal como se explica en mas detalle a continuacion.

Debe apreciarse que el tubo externo, el tubo interno y el elemento de insercion pueden fabricarse de cualquier material adecuado de cualquier tamano adecuado, tal como acero inoxidable, aluminio, Teflon®, material de plastico, otro material polimerico adecuado u otro metal adecuado. Preferiblemente, el tubo externo es de acero inoxidable (tal como tubo de acero inoxidable de 1/4 de pulgada de diametro exterior 316 disponible de McMaster-Carr® en Elmhurst, IL) y el tubo interno es de Teflon® que tiene un ajuste estrecho con el tubo externo. En este ejemplo, el tubo externo 76 tiene de aproximadamente 5 a aproximadamente 25 pulgadas de longitud. Preferiblemente, el tubo externo tiene de aproximadamente 10 a aproximadamente 20 pulgadas de longitud. La longitud del tubo externo actua para aislar termicamente el electrodo de referencia (dentro del EPBRE) del sistema de agua caliente al tiempo que mantiene una presion aproximadamente igual entre el sistema de agua caliente y el electrodo de referencia. Se fabrica a partir de cualquier material de tubo adecuado y puede usarse cualquier longitud o diametro adecuado.

En la figura 7 se ilustra una realizacion para el alojamiento de multiples ajustes o “base” del EPBRE, que incluye un empalme sellado 100, un elemento de sujecion 102 y una conexion de electrodo de referencia 84b del electrodo de referencia. El empalme sellado incluye preferiblemente un material no metalico de multiples casquillos. En esta realizacion, el material de sellado en el empalme sellado comprende 3 casquillos de Teflon® separados fijados con una tuerca de 3/16 de pulgada al alojamiento de multiples ajustes. Un ejemplo de un “conjunto” de casquillos de este tipo incluye la pieza n.° T-303 y T-304 (disponible de Swagelok® en Solon, OH). En otras realizaciones, pueden usarse diferentes tipos de sellos y materiales de sellado para el empalme sellado. Por ejemplo, el material de sellado puede incluir un junta de estanqueidad, elastomero, silicona, corcho, ajuste ensanchado, manguito de caucho, junta torica, o cualquier sello o material de sellado adecuado. En esta realizacion, los casquillos funcionan para imponer presion sobre el electrodo de referencia 84, que esta encerrado por el tubo interno. El conector 80 esta fijado a la union reductora 92, por ejemplo, mediante casquillos de acero inoxidable convencionales. Los casquillos imponen presion sobre el tubo externo, manteniendolo por tanto en su sitio y proporcionando un lfmite de proteccion frente a la presion.

Preferiblemente, el electrodo de referencia tiene de aproximadamente 2,5 a aproximadamente 3,5 pulgadas de longitud y presenta una seccion decreciente desde la punta 84a hasta el empalme sellado 100. En una realizacion, el diametro del electrodo de referencia permanece constante desde el empalme sellado hasta la conexion de electrodo de referencia 84b. Normalmente, el extremo de conexion de electrodo de referencia tiene aproximadamente 0,125 pulgadas de diametro y normalmente la punta tiene aproximadamente 0,01 pulgadas de diametro. Estos diametros pueden ser cualquier diametro adecuado segun realizaciones alternativas. El electrodo de referencia (preferiblemente una semicelda de plata/cloruro de plata, en la que el electrodo con forma de vastago de seccion decreciente incluye plata con un revestimiento de cloruro de plata) se extiende desde el interior del tubo interno (es decir, la punta esta en contacto con la disolucion de llenado de electrolito) hasta el extremo del tubo externo y entra en contacto con la conexion de electrodo de referencia. El extremo de conexion de electrodo de referencia incluye una muesca para alojar un alambre que conecta el electrodo de referencia con el conector BNC 94 que puede hacerse funcionar para transmitir la senal electrica desde el electrodo de referencia hasta un receptor o controlador, segun una realizacion. El perno 98 actua para impedir que el electrodo de referencia se expulse a la presion del sistema y normalmente se fabrica de cualquier material electricamente aislante, tal como nailon, PVC, u otro material de plastico.

Conjunto

Aunque existe una multitud de metodos para ensamblar el dispositivo de ORP descrito, un metodo a modo de ejemplo incluye perforar a traves de la union en T 50 con un taladro de 1/8 de pulgada (o cualquier tamano que coincida con el tamano del tubo 26f) para permitir la insercion del tubo 26f a traves de la union en T. Entonces se fija el soporte en L 60 (por ejemplo, se suelda) a la union en T y se fija el elemento de acoplamiento 28 al lado de la FTC de la union en T. En una etapa posterior, se usara el elemento de acoplamiento para fijar la union en T a uno de los orificios, tal como el orificio 25c, en la FTC.

Formar la sonda de ORP (en una realizacion, la banda de metal noble 26c) incluye usar una banda (preferiblemente de platino) que tiene una anchura de aproximadamente 1/16 a aproximadamente 1/2 de pulgada (de manera preferible, aproximadamente 1/4 de pulgada) y un diametro lo suficientemente grande como para ajustarse alrededor del tubo 26f. Se contrae el material termorretractil aislante 26b sobre el tubo 26f, dejando aproximadamente 1/8 de pulgada del extremo cerrado del tubo expuesto. Entonces se corta una pequena parte de la banda y se pliega o se envuelve de manera apretada la banda que ahora tiene “forma de C” alrededor del material termorretractil aislante. La parte cortada o la costura de la banda debe estar orientada en ultima instancia alejandose de la frita porosa 86 tras el ensamblaje final. Un extremo de alambre 26d se coloca entre el material termorretractil aislante y la banda, que entonces se engarza sobre el material termorretractil aislante. Este engarzado fija el alambre 26d entre el material termorretractil aislante y la banda. El alambre se fija normalmente de manera adicional a la banda mediante soldadura, soldadura fuerte, etc. Normalmente, el alambre tiene de aproximadamente 0,001 a aproximadamente 0,01 pulgadas de diametro y tiene una longitud (normalmente de aproximadamente 2,5 a aproximadamente

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4,5 pulgadas) lo suficientemente larga como para alcanzar la conexion de sonda de ORP 58.

En una realizacion, un sensor de resistencia dependiente de la temperatura reside dentro del tubo 26f. Por ejemplo, se transforma un sensor de resistencia dependiente de la temperatura de 4 alambres en un conector de 2 alambres y se une a una conexion electrica de detector de temperatura BNC 54. Puede colocarse una pequena cantidad de material termorretractil u otro material de estabilizacion sobre el sensor de resistencia dependiente de la temperatura para proporcionar soporte y aislamiento electrico. Entonces se inserta el sensor de resistencia en el extremo abierto del tubo 26f hasta el extremo cerrado del tubo. A medida que cambia la temperatura de la superficie exterior del tubo con respecto a la corriente acuosa, el cambio termico provoca cambios de resistencia en el sensor de resistencia dependiente de la temperatura, que a su vez envfa la senal electrica apropiada al sistema de controlador.

Por tanto, segun una realizacion, el tubo 26f aloja o encierra de manera interna un sensor de resistencia dependiente de la temperatura y la sonda de ORP que incluye la banda de metal noble 26c reside sobre su superficie exterior. Normalmente, el tubo tiene desde aproximadamente 3,5 hasta aproximadamente 5 pulgadas; sin embargo, cualquier longitud adecuada funcionara. Tras cortar el tubo a la longitud, y colocar el material termorretractil aislante sobre una parte del tubo, se fijan el alambre y la banda en su sitio. El material termorretractil aislante puede o bien cubrir casi la totalidad del tubo o bien cubrir solo parcialmente el tubo dejando por tanto una parte de cada extremo del tubo expuesta. Por ejemplo, una pequena parte del extremo cerrado, tal como 1/8 de pulgada, y una parte ligeramente mayor del extremo abierto, tal como de aproximadamente 1/2 de pulgada a aproximadamente 1 pulgada, puede quedar expuesta.

Otro componente, el material termorretractil de anclaje 26e, actua para ayudar a mantener la banda y el alambre en su sitio. En una realizacion, una primera parte del material termorretractil de anclaje se coloca delante de la banda (es decir, entre la banda y la punta de extremo cerrado del tubo) y una segunda parte del material termorretractil de anclaje se coloca en el otro lado de la banda. La segunda parte del material termorretractil de anclaje se solapa ligeramente con la banda y funciona para fijar adicionalmente la banda y el alambre al tubo 26f.

Entonces se desliza el tubo ensamblado al interior de la union en T y se bloquea en su sitio de la siguiente manera. Se inserta el alambre que se extiende desde la banda a traves de la parte inferior de la union en T hacia el casquillo 56b y se inserta el extremo del tubo (que tambien tiene el extremo del sensor de resistencia dependiente de la temperatura) en la union en T hacia el casquillo 56a. Entonces se bloquean los casquillos y se sellan. Entonces se fijan los alambres que se extienden desde la sonda de ORP y el sensor de resistencia dependiente de la temperatura a los conectores BNC, preferiblemente mediante soldadura fuerte. Deben realizarse comprobaciones electricas para garantizar la continuidad entre la banda y el ajuste BNC y para garantizar la ausencia de conductividad entre la banda o el alambre y el resto del conjunto.

En una realizacion, el alojamiento de multiples ajustes 90 se fabrica normalmente de acero inoxidable (tambien se contemplan otros metales adecuados, materiales de plastico, etc.) y tiene dos funciones principales. La primera funcion es alojar la conexion de electrodo de referencia electrica y la segunda funcion es proporcionar soporte estructural para impedir que el electrodo de referencia 84 se expulse a la presion del sistema. Una tuerca de union reductora se suelda o se fija de otro modo a un primer ajuste del alojamiento de multiples ajustes. La tuerca de bloqueo 96 se fija al interior de un segundo ajuste del alojamiento de multiples ajustes. El perno 98 se inserta en la tuerca de bloqueo para garantizar que el electrodo de referencia esta protegido frente a la presion. El conector BNC 94 se une a un tercer ajuste del alojamiento de multiples ajustes. Cada uno de los componentes anteriores puede fijarse usando cualquier medio adecuado, incluyendo soldadura, soldadura fuerte, union con resina epoxi y similares.

Ensamblar el EPBRE incluye preparar el electrodo de referencia, que tiene una seccion decreciente que se extiende a traves de una longitud del electrodo de referencia, tal como se explico anteriormente. La parte en seccion decreciente del electrodo de referencia reside en la disolucion de electrolito. Preferiblemente, el electrodo de referencia se somete a electrocloracion sumergiendolo en una disolucion de acido clorhudrico aproximadamente 1 molar y haciendo pasar una corriente de aproximadamente 3,5 miliamperios a traves del electrodo de referencia y un contraelectrodo durante aproximadamente 4 horas.

Un metodo a modo de ejemplo de electrocloracion del electrodo de referencia incluye configurar en una celda de vidrio de 1 litro aproximadamente 1 litro de disolucion de acido clortudrico 1 molar. Dos contraelectrodos de carbono conectados entre sf sirven como contraelectrodo (para conectarse a un conductor de contraelectrodo de potenciostato). El electrodo de referencia es preferiblemente un vastago de plata tal como se describio anteriormente, que esta suspendido en el centro de la celda de vidrio. Ambos contraelectrodos estan separados 180grados en bordes opuestos de la celda de vidrio. Una configuracion de potenciostato tfpica es: intervalo de corriente de 100 mA, modo galvanostato; configuracion de barrido: I1 de 0 A; retardo 1 de 10 s; barrido I1 mA/s; I2 de -8,3 mA (alimentado como 0,083 mA); retardo 2 de 6500; barrido 2 de 10 s; I3 de 0 A. Los electrodos pueden almacenarse en una disolucion de KCl 0,1 N tras la electrocloracion.

En una realizacion, el tubo interno incluye un elemento de insercion 88 que separa el tubo interno en una parte superior y una parte de base (y por funcionalidad, tambien puede separar el tubo externo en dos partes). La parte superior se fija a uno de los orificios en la FTC y la parte de base se fija a la base del EPBRE. Las dos partes se conectan usando el elemento de insercion. Tal capacidad de separacion permite realizar el mantenimiento de la

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disolucion de electrolito dentro del tubo interno.

Para formar la parte superior, se calienta una seccion de tubo de material termorretractil Teflon® (que se contrae hasta un diametro exterior de aproximadamente 1/8 de pulgada) de aproximadamente 12 pulgadas de longitud hasta 345°C en un horno y se enfna. Normalmente, un tubo de acero inoxidable delgado (u otro material adecuado) colocado dentro del tubo de Teflon® proporciona soporte estructural durante el procedimiento de calentamiento y enfriamiento. El tubo de soporte se retira tras el enfriamiento. La frita porosa 86 tiene, en este ejemplo, un diametro exterior de aproximadamente 1/8 de pulgada, una longitud de aproximadamente 1/2 de pulgada, y una porosidad de aproximadamente el 10% a aproximadamente el 20%. Se recorta un extremo del tubo contrafdo para lograr una longitud de aproximadamente 11,45 pulgadas y el otro extremo se ensancha ligeramente. Se presiona la frita porosa aproximadamente 1/2 de pulgada al interior del extremo cortado del tubo contrafdo, en el que de aproximadamente 0,05 pulgadas a aproximadamente 0,15 pulgadas de la punta de la frita porosa se dejan normalmente expuestas mas alla del tubo interno. El elemento de insercion de aproximadamente 1 pulgada de longitud se ajustara dentro del extremo ensanchado (hasta aproximadamente 1/2 de pulgada). En una realizacion, el elemento de insercion tambien se somete a un procedimiento de contraccion como anteriormente. De manera alternativa, el elemento de insercion no se contrae y es un tamano adecuado de Teflon® para insertarse en el interior del material de Teflon® termorretractil que comprende la parte superior del tubo interno.

Se contrae la parte de base del tubo interno y se ensancha ligeramente tal como se describio anteriormente para la parte superior. En una realizacion, el extremo de la parte de base que se fija al alojamiento de multiples ajustes se refuerza con un tubo de material termorretractil de Teflon® adicional (u otro material similar) y se ensancha en su extremo superior para permitir la insercion de la aproximadamente 1/2 de pulgada restante del elemento de insercion (es decir, la parte del elemento de insercion que queda fuera de la parte inferior de la parte superior del tubo interno). El material de refuerzo ayuda a proporcionar soporte para el tubo interno en la union reductora 92. Entonces se prensa el electrodo de referencia sometido a electrocloracion al interior del extremo reforzado de la parte de base, insertandose el extremo ensanchado del electrodo de referencia en el tubo interno.

En una realizacion, el tubo interno 82 se llena con cualquier concentracion de disolucion de electrolito, tal como NaCl, KCl, calomelano (es decir, cloruro de mercurio (I) o Hg2Ch), similares y combinaciones de los mismos. En una realizacion, llenar el tubo interno incluye separar el tubo mediante el elemento de insercion y llenar un volumen interno de la parte superior y la parte de base con disolucion de electrolito usando una jeringa de aguja larga. Normalmente, las dos partes se llenan ligeramente mas alla de su capacidad dando como resultado meniscos. Cuando se conectan las dos partes, las disoluciones de electrolito se combinan no dejando por tanto ninguna burbuja de aire dentro de las partes de tubo interno conectadas. La presencia de burbujas de aire provocara mediciones imprecisas y en circuito abierto. Preferiblemente, el tubo interno se llena con KCl aproximadamente 0,1 N. Alternativamente, la disolucion de electrolito incluye KCl de aproximadamente 0,001 N a aproximadamente 3,8 N. En otras realizaciones, el EPBRE no tiene un tubo interno, y el tubo externo se llena con la disolucion de electrolito. Es decir, un tubo realiza la funcion de tubo interno y tubo externo en combinacion. En realizaciones alternativas, puede ensamblarse o combinarse concentricamente una pluralidad de tubos para realizar la funcion descrita. En realizaciones adicionales, el EPBRE incluye un electrodo de hidrogeno convencional u otro electrodo de referencia adecuado.

Una vez deslizado el tubo interno ensamblado en el tubo externo 76 para formar un conjunto de tubo, se fija el extremo inferior del conjunto de tubo al alojamiento de multiples ajustes y se fija el extremo superior del conjunto de tubo a la FTC. Una pequena parte del tubo externo (por ejemplo, de aproximadamente 0,05 pulgadas a aproximadamente 0,25 pulgadas) debe quedar expuesta mas alla de las uniones reductoras respectivas en cada extremo del tubo externo. Ensamblar las uniones reductoras implica normalmente estampado, prensado en fno, etc. de las uniones para formar un sello.

Segun una realizacion, ensamblar el alojamiento de multiples ajustes incluye soldar o fijar de otro modo el elemento de sujecion 102 al alojamiento de multiples ajustes. El empalme sellado 100 se ajusta en el elemento de sujecion y proporciona un sello para la parte de base del tubo interno. El conector de alta presion 80, la union reductora 92 y el elemento de sujecion 102 se ensamblan para fijar la parte de base al alojamiento de multiples ajustes. Una pequena parte del electrodo de referencia penetra en el alojamiento de multiples ajustes para permitir conectar el electrodo de referencia al conector BNC 94 con un alambre u otro material conductor. Entonces se ensamblan la tuerca de bloqueo 96 y el perno 98 sobre el alojamiento de multiples ajustes para garantizar que el electrodo de referencia permanece prensado en su posicion a la presion de funcionamiento.

Ensamblar la parte superior del tubo conjunto incluye fijar el ajuste de alta presion 78 a uno de los orificios en la FTC. En una realizacion, se usa una union reductora, tal como la pieza n.° SS-400-R-6BT (disponible de Swagelok® en Solon, OH). En realizaciones alternativas, puede usarse cualquier elemento de sujecion, elemento de acoplamiento, etc. adecuado para fijar la parte superior del tubo conjunto a la FTC. En una realizacion, la distancia o el hueco espacial entre la frita porosa 86 (la frita porosa termina el EPBRE en el extremo de FTD) y la banda es de aproximadamente 1/64 de pulgada o mayor. Preferiblemente, la distancia es de aproximadamente 1/8 de pulgada a aproximadamente 1/2 de pulgada y lo mas preferiblemente la distancia es de aproximadamente 3/16. Normalmente, la distancia es aproximadamente 1,5 veces el diametro del extremo de conexion de electrodo de referencia del electrodo de referencia y puede ser desde aproximadamente 1 hasta aproximadamente 2 veces ese diametro.

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Preferiblemente, el diametro de extremo es de aproximadamente 1/100 a aproximadamente 1 pulgada, mas preferiblemente de aproximadamente 1/8 de pulgada a aproximadamente 1/2 de pulgada, y lo mas preferiblemente de aproximadamente 3/16 de pulgada. En realizaciones alternativas, el extremo puede tener cualquier diametro adecuado, tal como desde aproximadamente 1/100 de pulgada o menos hasta aproximadamente varias pulgadas o mas. En cada realizacion, el diametro de extremo se refiere al hueco espacial y la calibracion (explicada a continuacion) del dispositivo de ORP incluye ajustes para adaptarse al hueco espacial.

Calibracion e instalacion

La calibracion del dispositivo de ORP incluye, por ejemplo, comprobar el potencial electroqmmico del EPBRE frente a una semicelda de patron de cloruro de potasio saturado. En las condiciones de calibracion, el conector electrico conectado normalmente (es decir, en condiciones de funcionamiento) a la sonda de ORP se conecta al EPBRE y el conector electrico conectado normalmente al EPBRE se conecta a la semicelda conocida convencional. Ambos electrodos deben sumergirse en una disolucion de cloruro de potasio saturada. La diferencia de potencial entre estos dos electrodos debe ser de aproximadamente 82 mV a aproximadamente 92 mV si la temperatura ambiental es de aproximadamente 25°C (preferiblemente de aproximadamente 90 mV). Aunque la diferencia de potencial es una funcion de la temperatura, el efecto de la temperatura es relativamente pequeno, siendo de aproximadamente 2 mV desde aproximadamente 0°C hasta aproximadamente 50°C. Cualquier variacion significativa de estas cifras indica normalmente burbujas de aire en la disolucion de llenado de electrolito o un electrodo de referencia danado. Un dispositivo de ORP calibrado debe proporcionar una lectura de cero milivoltios cuando se cortocircuita la conexion usada normalmente para la sonda de ORP con el conector usado normalmente para el electrodo de referencia.

La figura 8 representa una realizacion de una instalacion de dispositivo de ORP tfpica en un sistema de agua caliente 200. Debe apreciarse que pueden usarse uno, dos o mas dispositivos de ORP en un sistema de agua caliente. Por ejemplo, determinadas plantas usan multiples desaireadores en los que el agua de alimentacion se encamina hacia multiples calderas a traves de multiples bombas de alimentacion de caldera y sistemas de respaldo. En estos casos, pueden necesitarse varios dispositivos de ORP instalados en varias ubicaciones de puntos de muestra diferentes. En una realizacion, las senales de ORP desde una o mas de estas ubicaciones se transmitiran hacia un controlador, que calculara y determinara cualquier cambio necesario en la qmmica del sistema.

Las valvulas incluidas en la figura 8 se nombran por conveniencia. Puede usarse cualquier tipo de valvula en cada aparicion de una valvula, tal como de 2 vfas, de 3 vfas, de patron en Y, de llave de cierre, de aguja, de bolas, de asiento, de retencion, piloto, de compuerta, de mariposa, similares o cualquier diseno de valvula adecuado. Ademas, las valvulas pueden estar automatizadas, controlarse manualmente o hacerse funcionar de cualquier manera segun se necesite para aplicaciones particulares para regular la velocidad de flujo pasante de la celda de flujo pasante. En esta realizacion, el sistema de agua caliente incluye una valvula bloqueable 204 que recibe una muestra en lmea desde la salida de agua de alimentacion 202 y actua como punto inicial para introducir flujo en el dispositivo de ORP a traves del tubo de transferencia 206 y la valvula de aislamiento 208. En este ejemplo, la salida de agua de alimentacion esta fijada a una entrada de economizador, marcada como “punto de muestra de entrada de economizador tras la bomba de agua de alimentacion de caldera”, en la figura 8. Puede emplearse cualquier velocidad de flujo adecuada, segun determine el operador o el sistema de controlador. Las velocidades de flujo pueden ser diferentes y controlarse de manera independiente para diferentes partes del sistema representado en la figura 8. Ademas, las velocidades de flujo constantes proporcionan normalmente mediciones de oRp mas precisas. Tal como se explico anteriormente, preferiblemente las velocidades de flujo son de desde aproximadamente 50 ml/min hasta aproximadamente 1.000 ml/min. Velocidades de flujo mas preferidas son de desde aproximadamente 100 ml/min hasta aproximadamente 500 ml/min.

Pueden usarse tubos o conductos de cualquier tamano de cualquier material adecuado para el tubo de transferencia, aunque se prefieren tubos de acero inoxidable de 1/4 o 3/8 de pulgada. La tubena en T 213 reside entre la valvula de aislamiento y el dispositivo de ORP. Tambien esta conectado a la tubena en T un manometro 214, que puede ser un manometro simple o un dispositivo/conjunto de deteccion de presion que puede retransmitir datos de presion a cualquier receptor. En una instalacion tfpica, debe usarse aislamiento adecuado en los componentes entre la salida de agua de alimentacion y el dispositivo de ORP para reducir la perdida de calor y garantizar que se mantienen temperaturas estables en el dispositivo de ORP. Entonces, el agua de alimentacion tomada como muestra fluye a traves del dispositivo de ORP, opcionalmente se enfna y se despresuriza o alternativamente se devuelve al sistema o se drena como residuo a traves del drenaje libre 220.

En una aplicacion de caldera industrial (por ejemplo, calderas radiantes o de vapor convencionales), el dispositivo de ORP (y sus componentes) esta colocado normalmente cerca de la toma de muestra de lmea de agua de alimentacion (a la temperatura y presion de funcionamiento). Con calderas de vapor convencionales, la posicion sera preferiblemente despues de la bomba de alimentacion principal pero antes del economizador o despues del desaireador. En calderas radiantes de generacion de electricidad, la toma de muestra esta normalmente antes del desaireador. Debe apreciarse que las ubicaciones del dispositivo de ORP vanan segun aplicaciones y configuraciones espedficas. Normalmente debe realizarse una auditona completa del agua de alimentacion de planta para determinar donde proporcionaran las mediciones de ORP (es decir, “estres redox”) el mayor beneficio para cualquier aplicacion particular.

Ejemplo

Lo anterior puede entenderse mejor mediante referencia al siguiente ejemplo, que se pretende que tenga fines ilustrativos y no se pretende que limite el alcance de la invencion.

La figura 9 muestra multiples ejemplos de variaciones de senal de ORP a alta temperatura y presion en un sistema 5 de agua de alimentacion de caldera industrial simulado (@T ORP™). El eje de las Y muestra las lecturas de ORP medidas con el dispositivo de ORP descrito en el presente documento. El eje de las X muestra las lecturas de oxfgeno disuelto correspondientes a cada lectura. Las condiciones de prueba y algunas de las variables que pueden conducir a diferentes cifras de ORP se facilitan en la leyenda para la figura 9. Pasando a lo largo del segmento de lmea de “A” a “B”, se elimina una cantidad creciente de oxfgeno del sistema mediante desaireacion mecanica. Sin 10 embargo, desde el punto “B” hasta el punto “C” se anaden cantidades crecientes de reductor (carbohidrazida en este ejemplo) con la resultante disminucion de los valores de ORP. En este caso, la designacion de “1” en la figura corresponde a 0,06 ppm (1X) de carbohidrazida anadida. Los puntos “5” y “10” son adicion de carbohidrazida 5x y 10x. Tal como puede observarse, disminuir la cantidad de oxfgeno disuelto y aumentar la cantidad de eliminador de oxfgeno/reductor anadido tiene un efecto significativo sobre los valores de ORP medidos tomados a la temperatura y 15 presion.

Debe entenderse que diversos cambios y modificaciones de las realizaciones preferidas actualmente descritas en el presente documento resultaran evidentes para los expertos en la tecnica. Tales cambios y modificaciones pueden realizarse sin apartarse del alcance de la invencion segun se define por las reivindicaciones adjuntas.

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REIVINDICACIONES

Dispositivo (10) para medir un potencial de oxidacion-reduccion (“ORP”) y una temperatura a una temperature y presion de funcionamiento en un sistema de agua caliente y que puede hacerse funcionar para transmits un ORP medido y una temperatura medida a un sistema de controlador, comprendiendo el dispositivo:

(a) una celda de flujo pasante (25) que tiene una pluralidad de orificios (25a-d) que incluye un primer orificio, un segundo orificio, un orificio de flujo de entrada y un orificio de flujo de salida, en el que fluye agua al interior del orificio de flujo de entrada y hacia fuera del orificio de flujo de salida;

(b) una sonda de ORP y un sensor de resistencia dependiente de la temperatura (26a) asociados con el primer orificio, encontrandose tanto la sonda como el sensor al menos parcialmente dentro de la celda de flujo pasante y teniendo cada uno del sensor y la sonda al menos una conexion electrica que puede hacerse funcionar para retransmitir informacion al sistema de controlador;

(c) un conjunto de electrodo de referencia equilibrado a presion externa (75) asociado con el segundo orificio, incluyendo dicho conjunto una frita porosa (86) en un primer extremo del conjunto parcialmente dentro de la celda de flujo pasante, un tubo que incluye una disolucion de electrolito y que se extiende desde el primer extremo del conjunto hasta un segundo extremo del conjunto, estando el segundo extremo del conjunto unido a un alojamiento de multiples ajustes y teniendo un electrodo de referencia de semicelda de plata/cloruro de plata (84) parcialmente sumergido en la disolucion de electrolito y que tiene una conexion electrica que puede hacerse funcionar para retransmitir informacion al controlador;

en el que la sonda comprende una banda de metal noble (26c) que tiene una forma de C y una costura, y en el que el dispositivo esta dispuesto de tal manera que la costura esta orientada alejandose de la frita porosa del conjunto de electrodo de referencia equilibrado a presion externa.

Dispositivo segun la reivindicacion 1, en el que el ORP medido y la temperatura medida son un componente de sensor integrado.

Dispositivo segun la reivindicacion 1, que incluye una pluralidad de detectores de temperatura.

Dispositivo segun la reivindicacion 1, que incluye una pluralidad de conexiones electricas en comunicacion con el sistema de controlador.

Dispositivo segun la reivindicacion 1, que puede hacerse funcionar para transmitir electronicamente el ORP medido y la temperatura medida del sistema de controlador.

Dispositivo segun la reivindicacion 1, en el que el conjunto de electrodo de referencia equilibrado a presion externa incluye una disolucion de cloruro de potasio a desde aproximadamente 0,001 Normal hasta aproximadamente 3,8 Normal.

Sistema que comprende el dispositivo segun cualquiera de las reivindicaciones 1 a 6 y un sistema de controlador, en el que el dispositivo puede hacerse funcionar para transmitir un ORP medido y una temperatura medida al sistema de controlador, y el sistema de controlador puede hacerse funcionar para determinar si un ORP en tiempo real esta dentro de un intervalo de ORP ideal y anadir una cantidad eficaz de oxfgeno o una cantidad eficaz de uno o mas reductores a un agua de alimentacion del sistema de agua caliente, si el ORP en tiempo real no esta dentro del intervalo de ORP ideal.

Metodo de prevencion de la corrosion en un sistema de agua caliente usando el sistema segun la reivindicacion 6, comprendiendo el metodo:

(a) determinar un intervalo de potencial de oxidacion-reduccion (“ORP”) ideal para el sistema de agua caliente;

(b) medir un ORP en tiempo real del sistema de agua caliente a una temperatura y presion de funcionamiento;

(c) medir una temperatura en tiempo real del sistema de agua caliente;

(d) retransmitir dicho ORP medido y dicha temperatura medida al sistema de controlador;

(e) determinar si el ORP medido esta dentro del intervalo de ORP ideal;

(f) regular opcionalmente una velocidad de flujo pasante de la celda de flujo pasante; y

(g) anadir de manera manual y/o automatica una cantidad eficaz de oxfgeno o una cantidad eficaz de uno o mas reductores al agua de alimentacion del sistema de agua caliente, si el ORP medido no esta dentro del

intervalo de ORP ideal.