Wasser- Dampf- Kreislauf Überwachung der Onlineparameter und Auswirkung bei Grenzwertüberschreitung Kesselspeisewasser und der W/D-Kreislauf Gelsenkirchen, 11.11.2015 Dirk Herkelmann E.ON Technologies GmbH Inhalt 1. Onlineparameter 2. Online Messungen 3. Betriebsoptimierung und Schadensprävention 2 1. Onlineparameter Erforderliche Messungen Ionen und Gase • Was • Wo • Wie • z.B. Na, SiO2 • O2, H2, CO2 Physikalische • Leitfähigkeit, pH • Druck, Temperatur, Durchfluss Parameter • TOC Messung und TOC 3 1. Onlineparameter im Wasser-Dampf-Kreislauf Conductivity * P Sodium P Silica P Total Fe S Total Cu S Make-up and reserve feed water Superheated or Saturated Steam Super Heater Dosing Boiler Economiser Make-up plant Condenser P P Reactive Silica P Conductivity - Condenser Outlets or Compartments Pre-Heater S Am monia pH Sodium Silica Silica P Chloride Sodium Hydroxide Phosphate Deaerator Extr. Pum p Conductivity+ Oxygen P Total Iron Dosing Sodium Conductivity Boiler W ater Conductivity + pH Feed Pum p P P S S S S Key:- Conductivity + P Amm onia P Hydrazine P Oxygen P pH S Silica S Total Iron S Total Copper S P = Prim ary Standard -permanently installed on-line instrum entation (Regular m anual analysis if no on-line monitor available) S = Secondary Standard - on-line or regular manual analysis + = Conductivity (direct and after cation exchange) * = Conductivity (after cation exchange) P P P S S 1. Onlineparameter im Wasser-Dampf-Kreislauf Auszug aus VGB S010: Messpunkte und Art der Messung 2. Online Messungen Aufbau des Onlinemesssystems Ausführung der Probenahmestelle und der Messleitung Probenahmekühler und Sicherheitseinrichtungen Analysegeräte 6 2. Online Messungen - Ausführung der Probenahmestelle Ausführug der Messsonde • Die Messonde muss in den Fluidstrom hineinragen. • Fehlmessungen z.B. im Dampf durch Kondensatbildung an der kälteren Rohrwand vermeiden 2. Online Messungen - Ausführung der Probenahmestelle Ausführug der Messsonde • Beispiel einer doppelt abgesperrten Messonde 2. Online Messungen - Ausführung der Probenahmestelle Ausführung der Messsonde • • • • Isokinetik w = anströmende Fluidgeschwindigkeit v = Probengeschwindigkeit w > v : geringere spezifische Konzentration, Messwertabweichung nach unten • w < v : höhere spezifische Konzentration, Abweichung nach oben • ACHTUNG: Isokinetik ist selten realisierbar ! 2. Online Messungen - Ausführung der Messstelle Ausführung der Messleitung • geeignetes Material (Korrosionsbeständigkeit !) • kleiner Durchmesser ~15 mm und möglichst kurze Leitungen, um Totzeiten zu verringern und Ablagerungen zu minimieren • Durchmesser: Kompromiss aus reduzierter Turbulenz (= verminderte Reaktion an der Rohrinnenwand) bei gleichzeitig kurzer Verweilzeit • Erstabsperrungen (ab PN 63 doppelt) • Spülleitung vorsehen 2. Online Messungen – Probenahmekühler und Sicherheitseinrichtungen Aufbau der Messstelle • Absperrarmaturen (möglichst doppelt, HD Bereich) • Probenahmekühler (druck- und temperaturbeständig, geeignetes Material) • Temperaturbegrenzer (fail close) ! • Überdruckabsicherung • manuelle Probenahme integriert 3. Betriebsoptimierung und Schadensprävention Bestimmung und Verwendung der entgasten Leitfähigkeit Dampfprobe MD, HD Probenahme -kühler manuelle Probenahme thermischer Entgaser direkte LF 12 Kationen - LF engaste LF 3. Betriebsoptimierung und Schadensprävention Optimierung Turbinenstart • CO2 verursacht erhöhte Leitfähigkeit • Verkürzung des Umleitbetriebs (Kostenreduktion) • Direkte Leitfähigkeit, Kationenleitfähigkeit und entgaste Leitfähigkeit als Vergleichsmessung Entgaste Leitfähigkeit Direkte Leitfähigkeit Säure Leitfähigkeit (hinter KAT) 22 min. 0.2 µS/cm 3. Betriebsoptimierung und Schadensprävention CO2 im System • CO2 verursacht erhöhte Leitfähigkeit • Detektion Lufteinbruch im Kondensator • Rohwasserkontrolle der Vollentsalzung (Standzeit Anioner, Ablaufwerte EDI) 3. Betriebsoptimierung und Schadensprävention Ermittlung von Tröpfchenmitriss / Carry Over • Mitriss von Wassertröpfchen im ausströmenden Dampf aus dem Dampferzeuger • Verursacht Ablagerungen in den Dampfleitungen, Vorwärmern und der Turbine • Gefahr von Spannungsrisskorrosion • Verhältnis kann im Versuch z.B. durch Na3PO4 Dosierung und Messung des Na Anteils im Dampf im Vergleich zum Kesselwasser ermittelt werden 3. Betriebsoptimierung und Schadensprävention FAC (Flow Accelerated Corrosion) • FAC abhängig von Temperatur, Strömungsgeschwindigkeit, Druck etc. • Korrosionsvorgänge messbar, da Wasserstoff als Reaktionsprodukt entsteht • Messwerte im ppb Bereich: hohe Anforderung an die Messzelle/ das Messgerät 3. Betriebsoptimierung und Schadensprävention Wasserstoffmessung (mobil) Probenahme HD / MD Dampf Durchflussüberwachung Probenkühler vorhandenes H2Konzentration in ppb H2-messung manuelles Probenahmeventil Betriebliche Messung Abwasser 3. Betriebsoptimierung und Schadensprävention FAC (Flow Accellerated Corrosion) Die Bildung von Magnetit Fe3O4 und Hämatit Fe2O erfolgt in mehreren Reaktionsschritten 1) Fe + 2H2O → Fe2+ + 2OH- + H2↑ 2) 3Fe2+ + 4H2O → Fe3O4 + 4H2↑ 2Fe2+ + 3H2O → Fe2O3 + 3H2↑ Bei hoher Temperatur, in vollständig entgasten (frei von Sauerstoff) alkalischem Speisewasser bildet sich direkt Magenetit (gemäß der sogenannten und schnell ablaufenden Schikorr-Reaktion) 3) 3Fe(OH)2 → Fe3O4 + H2↑ + 2H2O 3. Betriebsoptimierung und Schadensprävention Schikorr Reaktion 3 Fe(OH)2 → Fe3O4 + H2 + 2 H2O Korrosion der Fe Oberflächen erzeut Oxidschichten (Magnetit) Reaktionsprodukt Wasserstoff messbar 3. Betriebsoptimierung und Schadensprävention Eisen – Wasserstoff - Relation Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit ! 21
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