Anwendungsbericht Energie: Nr. 5 pH-Wert-Berechnung mittels Differenzleitfähigkeitsmessung vor und nach Kationentauscher Einführung Die Messung der pH-Werte in ionenarmen Wässern ist eine Herausforderung für konventionelle pH-Elektroden. Dagegen liefern berechnete pH-Werte über die Differenzleitfähigkeitsmessung sehr zuverlässige Ergebnisse und sind unter den beschriebenen Bedingungen wesentlich genauer als Messungen mit herkömmlichen pH-Elektroden. Dieser Bericht beschreibt die Vorteile, die sich durch die Berechnung des pH-Wertes mittels Leitfähigkeitsmessungen vor und nach dem Kationentauscher ergeben. Abschließend wird die HACH LANGE Lösung vorgestellt. Wasserchemie und pH-Werte Organisationen wie VGB (europäischer Fachverband für Stromund Wärmeerzeugung) und EPRI (Electric Power Research Institute, USA) empfehlen, in Verbindung mit der Bestimmung des pH-Wertes und der Reinheit des Wassersystems eine Korrosionsprüfung anhand der Sauerstoffkonzentration vorzunehmen. Eine hohe Reinheit des Wassers ermöglicht eine höhere Sauerstoffkonzentration und einen niedrigeren pH-Wert, was zu einem besseren Korrosionsschutz der Stahlrohre führt. Ist eine höhere Wasserreinheit nicht erreichbar, stützt sich der Korrosionsschutz auf einen höheren pH-Wert bei niedriger Sauerstoffkonzentration. Damit ist der pH-Wert ein wichtiger Parameter zur sicheren Einhaltung der vorgegebenen Regelstrategie: AVT, OT usw. Eine Herausforderung für die pH-Messung Obwohl die pH-Technologie sehr umfassend entwickelt ist, stellt die Messung in reinem Wasser auch heute noch eine Herausforderung für konventionelle pH-Elektroden dar: ¢ Das Potenzial zwischen den Elektroden wird von den Eigenschaften hochreinen Wassers beeinflusst, wodurch die pH-Messung instabil und schwierig wird. ¢ Der extrem niedrige Ionengehalt hochreinen Wassers lässt herkömmliche Glaselektroden weniger empfindlich werden und führt zu einem höheren Verschleiß der pH-Messelektroden, sodass diese häufiger ersetzt werden müssen. ¢ An der Referenzelektrode bauen sich störende elektrische Potenziale auf. ¢ Störende Potentiale an den Elektrodenoberflächen verfälschen die Messergebnisse. Der berechnete pH-Wert, ermittelt durch die Differenzleitfähigkeitsmessung, unterliegt keinem dieser Einflüsse. Eine stabile Magnetitschicht im Innern eines Kessels (Fe3O4 mit mattschwarzem oder grauem Aussehen) Wie wird ein berechneter pH-Wert ermittelt? Spezifischer Kond NH4+ OHNa+ Ca++ H+ CIHCO3- 1. Die Leitfähigkeit vor dem Kationentauscher wird gemessen. Sie wird hauptsächlich durch Ammoniak und NaCl bestimmt. Kond1 = Kond NH 3 + Kond NaCl 2. Es erfolgt ein Austausch der Kationen mit den H + -Ionen des Harzes. Das Harz hat eine höhere Affinität zu den Kationen und gibt daher die H+ -Ionen frei und nimmt die Kationen auf. Die freigesetzten H+ -Ionen bilden mit den verbleibenden Anionen im Wasser Säuren. Kond1 R - NH4+ R - Na+ R - Ca++ R - H+ Kationentauscher 3. Die Leitfähigkeit wird hinter dem Harz gemessen, wo der wesentliche Einfluss vom HCL ausgeht. Kond2 = Kond HCl Kationischer Kond H+ CICO2 HCO3OH- Kond2 4. Durch Berechnung wird der Einfluss des NaCl in Kond1 entfernt, der unbekannte Kond NH 3 bleibt übrig. Abb. 1: Ionen vor und nach dem kationischen Harz 5. Das Verhältnis von reiner Ammoniak-Lösung (NH3) und ihre Leitfähigkeit sind allgemein bekannt. Die endgültige Formel stellt eine direkte Beziehung zwischen dem Logarithmus der Kond1, Kond2 und dem pH-Wert einer äquivalenten AmmoniakLösung her: pH = log [Kond1 – (Kond2 / 3)]+ 8,6 Die Probe muss folgende Spezifikationen erfüllen, damit ein gültiger pH-Wert berechnet werden kann: ¢ 7,5<pH<10,5 (NH 3: 7<pH<10, NaOH: 7<pH<10,7) ¢ Phosphatkonzentration unter 0,5 mg/L ¢ Die Konditionierung des Kesselspeisewassers muss auf alkalischer Basis über Ammoniak oder Natriumhydroxid erfolgen. ¢ Unterhalb eines pH-Wertes von 8 dürfen nur geringe Verunreinigungen verglichen mit der Konzentration des alkalischen Reagenz vorhanden sein. Handmessungen sind in diesem Zusammenhang nicht geeignet. Der Analysator POLYMETRON 9523 löst Systemalarm aus, wenn der berechnete pH-Wert außerhalb der voreingestellten Grenzwerte liegt. ENTSALZUNGSANLAGEN DO Turb LF H2O-VERSORGUNG Ca ORP Turb pH Ca SiO2 Na N2H4 Cl Cl2 ZUSATZWASSER LF KONDENSATPUMPE TOC TOC Kond Na pH Cu Na KONDENSATOR MD- & ND-TURBINEN TOC Na Mikr Kond Ca Cl2 Cu ENTGASER Cl ORP DO DO ORP Mo DO SPEISEPUMPE KÜHLTURM PO4 SiO2 Kond ZWISCHENERHITZER DAMPFERZEUGER ÜBERHITZER DO HD-TURBINEN SiO2 Kond Na VORWÄRMER SiO2 KESSEL Messstellen für pH-Überwachung ND-ERHITZER Kond Cl pH NH3 Cu DO N2 H 4 SiO2 Fe HD-ERHITZER Vorteile der berechneten pH-Messung ¢ Es können genaue pH-Werte ermittelt werden, ohne die typischen Einschränkungen herkömmlicher Glaselektroden bei der Anwendung in Umgebungen mit geringer Leitfähigkeit in Kauf nehmen zu müssen. ¢ Leitfähigkeitssensoren liefern über längere Zeiträume hinweg gleichbleibend hohe Leistungen. Umfangreiche Wartungsarbeiten, wie sie pH-Elektroden erfordern, entfallen. ¢ Unter Einhaltung der vorgenannten Rahmenbedingungen liefert der Algorithmus dauerhaft zuverlässige Ergebnisse. 2. Das Kationenharz ersetzt schlecht leitende Mineralionen wie Na+, Ca++ und Mg++ durch hochleitende Wasserstoffionen H+. Die so entstehende Säure weist eine drei- bis sechsmal so hohe Leitfähigkeit auf, wie die ursprünglichen Salze. Damit ist dieses Verfahren zur Messung von Verunreinigungen viel genauer als eine Standard-Leitfähigkeitsmessung. Die Kationenleitfähigkeit wird als entscheidender Parameter bei der kontinuierlichen Überwachung von Dampf empfohlen. Das entscheidende Kriterium für den Start der Dampfaufgabe auf Turbinen in Spitzenlastkraftwerken ist die kurze Anlaufzeit bei Werten unter 0,2 μS/cm. ¢ Höhere Empfindlichkeit und lineares Ansprechverhalten, z.B. führt die Änderung des pH-Wertes um nur 0,3 zu einer 100 %igen Veränderung der Konzentration bzw. der Leitfähigkeit. Eine lineare Reaktion auf die Leitfähigkeit bei veränderter Konzentration bedeutet eine höhere pH-Empfindlichkeit als die logarithmische Reaktion herkömmlicher pH-Elektroden. Die Berechnung des pH-Wertes über Handmessungen ist nicht möglich, da die Leitfähigkeitsmessung durch das in der Luft enthaltene CO2 gestört wird. Hierbei würde der Kationentauscher als „Leitfähigkeitsverstärker“ für Mineralien und organische Säureverunreinigungen (Acetate und Formiate) wirken. Kationische Leitfähigkeit Vorteile von kationischen Leitfähigkeitsmessungen Durch die Leitfähigkeitsmessung nach einem Kationentauscher (siehe Abb. 1) erhält man die kationische Leitfähigkeit (oder Säureleitfähigkeit) und damit einen zusätzlichen, wichtigen Parameter für den Kraftwerkchemiker. Eine Leitfähigkeitsmessung nach dem Kationentauscher verbessert die Empfindlichkeit gegenüber Verunreinigungen auf zwei Arten: 1. Ammoniak und Amine, die als Sauerstofffänger vorhanden sind und sehr hohe Leitfähigkeitswerte erzeugen, werden entfernt. Dies ermöglicht die ausschließliche Messung von Verunreinigungen in der Probe. Einfachheit und Zuverlässigkeit Leitfähigkeitssensoren sind die einfachsten Sensoren, die in der Wasseranalyse verwendet werden. Es werden keine reaktiven oder komplexen Probenahmegeräte verwendet, was minimale Wartungskosten und äußerst zuverlässige Messungen bedeutet. Eine gewinnbringende Kombination Die Messung der kationischen Leitfähigkeit bietet eine gute Kombination aus der Erkennung von Spurenverunreinigungen und der Einfachheit, Zuverlässigkeit und dem niedrigen Preis von Leitfähigkeitssensoren. Die Lösung: POLYMETRON 9523 für einen berechneten pH-Wert Als Analysator-Komplettsystem für die Wandmontage oder als einzelner Transmitter erhältlich Die Panelversion ist die bevorzugte, schnell einzubauende Fertiglösung, die sofort einsatzbereit ist. Ein einzelner Transmitter für die einfache Integration in jede Probenahmetafel eines Kraftwerks kann ebenfalls geliefert werden. Kostengünstigere Analyse als mit herkömmlichen pH-Elektroden In Kraftwerken mit alkanischen Standardbedingungen bietet der Analysator für einen berechneten pH-Wert eine stabilere Messung und erfordert im Gegensatz zu üblichen pH-Elektroden keine Wartung. Bietet einen berechneten pH-Wert und die kationische (saure) Leitfähigkeit Die kationische Leitfähigkeit wird nach dem Kationentauscher bereitgestellt. Dies ist ein effizienter Weg, um geringe Verunreinigungen im Wasserkreislauf zu verfolgen und stellt einen wichtigen Parameter für die Anlaufbedingungen in Spitzenlastkraftwerken bereit. Schnelle Visualisierung des Probendurchflusses und der Harzerschöpfung Die transparente Bauweise der probenführenden Teile (Durchflusskammer und Patrone) erlauben die einfache visuelle Kontrolle des Probenstroms. Die Veränderung des Indikatorfarbstoffes über die Laufzeit zeigt die Harzerschöpfung an. Systemkonfiguration Der Analysator POLYMETRON 9523 für den berechneten pH-Wert wird als fertig konfiguriertes Panel geliefert. Alle notwendigen Teile zur Durchführung der Analyse sind bereits installiert: Steuerung, Elektroden, Kabel, Durchflusszelle und Montageteile. Das System wurde gemäß VGB-Norm VGB-S-006-00-2012-09-EN konfiguriert. Sicherstellung eines reibungslosen Betriebs mit flexiblen Wartungsverträgen Zur Sicherstellung eines reibungslosen Betriebs und zuverlässiger Ergebnisse kann Ihnen der Hach Lange Kundenservice bei den Herausforderungen der Wartung und des Supports helfen. HACH LANGE bietet Ihnen flexible, auf Ihre Bedürfnisse zugeschnittene Wartungsverträge, einschließlich der optionalen Gewährleistungsverlängerung um bis zu fünf Jahre! DOC043.72 .30215.Aug14 Egal ob ein Kraftwerk rund um die Uhr in Betrieb ist oder kurzfristig ans Netz geht, um den Spitzenbedarf zu bedienen: Bei der Überwachung der Wasserqualität im Dampfkreislauf und im Abwasser Ihrer Anlage gibt es einzigartige Herausforderungen.
© Copyright 2025 ExpyDoc