REFINERÍA EN EL PUERTO DE ROTTERDAM, PAÍSES BAJOS.

Es necesario disponer de un método que impida el asentamiento de bioincrustaciones en los sistemas de toma de agua de mar o salobre y de agua de refrigeración para ayudar a conservar su eficacia e integridad. El método más común es la dosificación continua con hipoclorito sódico, que es costosa y medioambientalmente indeseable. Una técnica de dosificación de cloro por impulsos, Ecodosing™, ha demostrado ser eficaz, más barata y menos perjudicial para el medio ambiente, a la hora de controlar las bioincrustaciones en una refinería de la zona de Botlek Rotterdam (Países Bajos). La técnica puede adaptarse a cualquier situación de bioincrustación.

El reto de las bioincrustaciones

Cuando las aguas superficiales entran en contacto con superficies sólidas artificiales, como los conductos y tuberías de un sistema de agua de refrigeración, los organismos vivos colonizan las superficies. La colonización se produce siguiendo un patrón estándar según el cual las moléculas orgánicas se depositan primero en la superficie. En 24 horas, se adhieren las bacterias, tras lo cual su metamorfosis en criaturas sésiles comienza a producir limo (sustancias poliméricas extracelulares). Estas bacterias forman una biopelícula en la que las condiciones pueden llegar a ser óptimas para determinados tipos de bacterias, por ejemplo, las bacterias reductoras de azufre. Una vez que una superficie está colonizada por bacterias, se vuelve adecuada para macroinvertebrados como mejillones, percebes e hidroides. La figura 1 muestra la cronología típica del asentamiento de las bioincrustaciones.

El tipo de incrustación depende de la ubicación geográfica de la planta, de las especificaciones del agua superficial y de las influencias estacionales. Una comunidad de bioincrustantes forma una entidad ecológica especial en un entorno industrial que es casi óptimo para todos los organismos asentados, es decir, sin depredadores, un flujo continuo de agua con nutrientes y oxígeno, velocidades óptimas del agua (0,5-2 m/s) y, sobre todo, un excedente de sustrato. Este último suele ser el factor regulador.

Se suele dividir la bioincrustación en dos tipos: la microincrustación, en la que intervienen bacterias y hongos que producen sustancias poliméricas extracelulares, y la macroincrustación, en la que intervienen organismos como mejillones, ostras, percebes e hidroides.

Las macroincrustaciones provocan grandes obstrucciones en los tubos de los intercambiadores de calor y provocan pérdidas de calor debido al aumento de la rugosidad de las paredes de los tubos de admisión. Los efectos predominantes de las microincrustaciones son la reducción de la eficacia de la transferencia de calor en los intercambiadores de calor y la corrosión inducida por microbios en las superficies metálicas. Todos ellos son indeseables en las plantas industriales.

Control de las bioincrustaciones

La búsqueda de los métodos más eficaces para controlar las bioincrustaciones en los sistemas de agua de refrigeración viene de lejos. El primer gran artículo sobre el tema, referido a centrales eléctricas, data de 1927.

Se ha dedicado un esfuerzo considerable al desarrollo de nuevas tecnologías o a la evaluación de la aplicabilidad de metodologías conocidas para erradicar organismos (larvas y espatas) de los sistemas de agua de refrigeración.

Muchas de las tecnologías propuestas suelen adaptarse a partir de aplicaciones distintas del tratamiento del agua de mar. Los productos químicos (biocidas) son de dos tipos: compuestos oxidantes y no oxidantes.

Los biocidas oxidantes incluyen el cloro y el bromo, que actúan destruyendo las membranas celulares o sus enzimas extracelulares, lo que provoca la muerte celular. Los biocidas no oxidantes incluyen productos químicos que actúan interfiriendo en una función vital necesaria, como el metabolismo o la reproducción. Sin embargo, el producto químico más común sigue siendo el hipoclorito de sodio

Impulsados por las normativas medioambientales que pretenden reducir la cantidad de cloro que se vierte en el medio ambiente, los propietarios de plantas buscan alternativas más respetuosas con el medio ambiente y que ahorren costes. La ecodosificación (antes denominada Pulse Chlorination®) de H2O Biofouling Solutions BV es una opción.

En 2000, este método de dosificación fue declarado la mejor tecnología disponible según los términos de la Directiva de Prevención y Control Integrados de la Contaminación de la UE para la mitigación de macroincrustaciones utilizando cloro en sistemas de agua de refrigeración de un solo paso.

Las autoridades locales de muchos otros países también reconocen la Ecodosing como la mejor tecnología disponible para el control de las bioincrustaciones.

Control de las bioincrustaciones en una refinería

El sistema de distribución de agua de refrigeración de la refinería tiene unos 50 años. A lo largo de los años, el sistema ha ido desarrollando problemas de integridad y fiabilidad relacionados con fugas en el sistema de distribución primario y en los intercambiadores de calor de proceso. Una importante causa subyacente de las fugas es la corrosión bajo depósito provocada por una combinación de bioincrustaciones y formación de lodos. Para garantizar la disponibilidad y prolongar la longevidad del sistema de agua de refrigeración, el propietario del sistema desarrolló un plan maestro de agua de refrigeración en 2013/14. Parte de este plan maestro consistía en desarrollar una estrategia de control de la bioincrustación en la red de agua de refrigeración para evitar futuros problemas.

La red del sistema de agua de refrigeración consta de tres partes alimentadas por tomas de agua de refrigeración diferentes. Se decidió aplicar un procedimiento de control de las bioincrustaciones por fases, empezando por una toma, que alimenta una red específica de agua de refrigeración. El sistema de agua de refrigeración salobre de esta zona de redes es un sistema de distribución en panal (estilo «Manhattan») de un solo paso alimentado con agua de río a un caudal que varía entre 10.000 y 30.000 m3/h. El agua de refrigeración se distribuye a través de cinco colectores principales a los distintos servicios públicos repartidos por la zona.

El agua de la zona portuaria de la toma se ve afectada por la escorrentía del río Mosa y la marea que empuja el agua de mar hacia ella. Esto significa que el agua de la toma varía entre dulce y ligeramente salobre durante el día y a lo largo de las estaciones.

Bioincrustaciones

Las variaciones de salinidad del agua hacen que el biofouling de esta zona incluya especies tanto de agua dulce como salobre. Además, la mejora de la calidad de las aguas superficiales y la invasión de nuevas especies incrustantes han incrementado los problemas de bioincrustaciones en la última década. Las principales especies de bioincrustaciones son los mejillones de agua dulce, los percebes de agua salobre y los hidroides.

Las necesidades de agua de refrigeración de la refinería también han cambiado con el tiempo: el cierre de algunas instalaciones implica una menor demanda de agua de refrigeración, lo que ha dado lugar a un sistema de agua de refrigeración sobredimensionado con algunas zonas estancadas. Décadas de uso de estas aguas superficiales para refrigeración sin ningún tipo de control de las bioincrustaciones ha creado las condiciones ideales para el asentamiento y crecimiento de las bioincrustaciones, ver Figura 2.

La aplicación de filtros de entrada al límite de la batería sólo evita que las conchas más grandes acaben en los intercambiadores de calor. La mayoría de las larvas de bioincrustaciones atraviesan los filtros y crecen aguas abajo de ellos para provocar una acumulación gradual de bioincrustaciones en los pasos estrechos, con lo que aumentan los riesgos para la eficiencia y la integridad de los intercambiadores de calor.

El crecimiento de los hidroides tiene un efecto secundario adicional: forman estructuras similares a telarañas que actúan como redes para las partículas de sedimentos y aumentan la acumulación de sedimentos en las tuberías. Esto constituye un problema especial en el segundo puerto petrolero, ya que el agua presenta grandes fluctuaciones en los niveles de sedimentos debido al movimiento de los barcos.

Además, las microincrustaciones, que pueden causar corrosión inducida microbiológicamente, son una amenaza para la integridad de todas las partes del sistema en las que las condiciones son propicias para su crecimiento.

Pasar a la acción

Para controlar el crecimiento de bioincrustaciones y eliminar la acumulación histórica de bioincrustaciones en la red de agua de refrigeración de la refinería, se evaluó el método Ecodosing. Se eligió este método por el gran éxito obtenido en el control de las bioincrustaciones utilizando una cantidad mínima de cloro en otras instalaciones industriales de los Países Bajos, incluidas las de la zona de Botlek y Moerdijk.

El sistema Ecodosing aprovecha los ciclos de vida naturales de los organismos bioincrustantes, incluidos mejillones y percebes, y su respuesta a los biocidas en condiciones locales. Se basa en el principio de que estos organismos tienen un periodo de recuperación tras la exposición a un periodo de cloración antes de abrirse por completo y reiniciar la filtración para la captación de oxígeno y alimentos.

El sistema Ecodosing aprovecha este tiempo de recuperación alternando periodos cortos de cloración con periodos sin cloro.

Durante la cloración continua, los organismos se cierran y pasan del metabolismo aeróbico al anaeróbico y pueden vivir con sus propias reservas hasta 10 semanas.

Con la cloración pulsátil, los organismos deben cambiar continuamente su metabolismo de aeróbico a anaeróbico, lo que conduce al agotamiento fisiológico. El resultado es un antiincrustamiento más rápido en comparación con la cloración continua *[Ref 1].

Las condiciones locales se utilizan para determinar el programa de dosificación más eficaz para controlar el asentamiento y crecimiento de bioincrustaciones. Por consiguiente, el intervalo de dosificación necesario y la concentración óptima de cloro se determinaron durante una prueba in situ en la refinería.

Antes de implantar el sistema, se estudiaron los tiempos de residencia del agua en todos los diferentes servicios de la red de agua de refrigeración. Dado que algunos usuarios in situ reciben agua de diferentes colectores, los tiempos de residencia pueden variar significativamente. Para un control eficaz de las bioincrustaciones, es importante que los pulsos de cloro lleguen según el intervalo definido de cada utilidad.

Otros estudios tenían por objeto comprobar la eficacia de la dosificación de cloro en todos los servicios. Además, Biovision® Se instalaron monitores de bioincrustaciones (Figura 3) un año antes de la aplicación para obtener una imagen de las incrustaciones.

Se instalan patines de inyección de hipoclorito para dosificar hipoclorito sódico en las tomas. El hipoclorito se dosifica en los conductos de descarga de las bombas de agua de refrigeración mediante pinzas de inyección retráctiles.

El régimen de Ecodosing se implantó en la red de agua de refrigeración de la refinería en 2018. Su eficacia se determinó a partir de la tasa de limpieza de los monitores de bioincrustaciones. Se instalaron mejillones adultos para medir la velocidad y la tasa de mortalidad. Se realizaron mediciones de cloro en todas las diferentes utilidades para garantizar que los pulsos efectivos de cloro llegaban a todas ellas.

Resultados

Tras seis semanas de Ecodosing, los monitores de bioincrustaciones estaban libres de especies bioincrustantes vivas y el porcentaje de mortalidad de las especies adultas era superior al 75%. En las semanas siguientes, se esperaba un aumento del porcentaje de mortalidad (mortalidad aplazada) de las especies adultas. Durante el periodo de dosificación, no se produjo ningún impacto negativo en el sistema de agua de refrigeración como consecuencia de la liberación de restos de bioincrustaciones.

Al comienzo del régimen de Ecodosing, el cupón de incrustaciones (Figura 4(a)) estaba cubierto de hidroides, percebes y unos pocos mejillones. La Figura 4(b) muestra claramente que el régimen de Ecodosing mató a los hidroides, es decir, menos sedimentación en el cupón, y a los percebes: las marcas blancas son sus restos. Los restos de hidroides y conchas eran relativamente pequeños (<1 cm), por lo que no obstruyeron los intercambiadores de calor. Ajustar el inicio del régimen de ecodosificación en función del tamaño de las especies bioincrustantes evita posibles bloqueos en los intercambiadores de calor.

Conclusión

Un ensayo ha demostrado que la dosificación de hipoclorito en pulsos mediante el sistema Ecodosing evitará el crecimiento de bioincrustaciones en la red de agua de refrigeración de la refinería sin problemas operativos. Sin embargo, es necesario supervisar cuidadosamente el funcionamiento del sistema para evitar una dosificación excesiva (problemas de autorización) y una dosificación insuficiente (eficacia).

Los monitores de bioincrustaciones Biovision proporcionan información sobre las tasas de asentamiento y crecimiento de las bioincrustaciones. Esta información ha ayudado a la refinería a reducir el periodo de ecodosificación necesario a un máximo de ocho semanas al año. Durante el resto del año, se aplica una dosis diaria de cloro de 15 minutos para controlar las microincrustaciones en los colectores de agua de refrigeración salobre y en los intercambiadores de calor.

Estudios de casos