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Kesselverunreinigungen, die den Betrieb und die Wartung von Kraftwerken gefährden

Die optimale Positionierung von Analysegeräten an zentralen Punkten der Wasser- und Dampfkreislauf- und Wasseraufbereitungsanlage moderner Kraftwerke kann den Betreibern einen wertvollen Einblick in die Verbesserung der Anlageneffizienz und Kosteneffizienz geben.

Jon Penn von ABB Measurement & Analytics UK erläutert die Vorteile einer ausgewogenen Kesselchemie und wie wichtige Schadstoffe unter Kontrolle gehalten werden können, um einen sicheren und effizienten Prozess zu gewährleisten.

Jon Penn von ABB Measurement & Analytics UK

Jon Penn - ABB Mess- und Analysentechnik UK

Die Kontrolle der Kesselwasser- und Dampfverunreinigungen im Kessel kann helfen, einen sicheren und effizienten Prozess zu gewährleisten. Die Stromerzeugung erfordert große Mengen an Wasser, um Dampf zu erzeugen. Eine ausgewogene Wasserchemie kann die Effizienz der Dampferzeugung und -verteilung optimieren.

Die erhöhten Temperaturen und Drücke, die Energieerzeugungsanwendungen inhärent sind, erhöhen die Geschwindigkeit von chemischen Reaktionen, die in einem Kessel stattfinden, stark. Die American Society of Mechanical Engineers (ASME) empfiehlt, dass Betreiber von Anlagen zur Überwachung der Ablagerung und Korrosion im Kessel eine effektive Überwachung der Qualität von Zusatzwasser, Kondensat, Speisewasser und Kesselwasser sicherstellen sollten.

Das Fehlen einer angemessenen Überwachung und Kontrolle wird höchstwahrscheinlich sowohl zu erhöhten Kosten als auch zu häufigeren Komponentenausfällen führen. Es gibt Belege dafür, dass es zu kostspieligen Anlagenausfällen führen kann, wenn die Kesselchemie von den festgelegten Grenzwerten abweichen kann, was zu Kosten von mehr als $ 1,000,000 pro Tag führen kann.

Indem nicht nur das Wasser im Kessel, sondern auch der Dampfverteilkreis und andere Bereiche um ein Kraftwerk herum gemessen und überwacht werden, ist es möglich, einen besseren Überblick über die aktuellen Bedingungen zu erhalten. Wenn diese Informationen in ein geplantes Programm zur vorbeugenden Wartung integriert werden, können sie dazu beitragen, das Risiko von ungeplanten Ausfällen erheblich zu reduzieren.

Warum sollte ich die Kesselchemie messen?

Ein Hauptgrund für viele Kesselausfälle ist die Ansammlung von Kesselstein und Korrosion, die durch verunreinigtes Wasser verursacht wird, das in den Kessel eintritt.

Selbst in einem gut kontrollierten System ist es nicht möglich, das Vorhandensein potentieller Verunreinigungen in Kesselspeisewasser vollständig zu eliminieren. In einem 500-Megawatt-Kessel werden beispielsweise rund 1,500 Tonnen Wasser pro Stunde abgekocht, was einer Million Tonnen pro Monat entspricht. Die meisten der im Wasser vorhandenen Verunreinigungen verbleiben im Kessel.

Eine engmaschige Überwachung und Steuerung kann den optimalen Zeitpunkt für die Abschlammungsvorgänge des Kessels bestimmen, um ein Maß des verunreinigten Wassers abzulassen. Dies hilft zu verhindern, dass ausgefällte Kalkablagerungen die Wärmeoberflächen thermisch isolieren, was die Geschwindigkeit der Dampferzeugung verringern und die Betriebseffizienz verringern kann.

Umfangreiches Online-Chemikalienmonitoring ist heute in der Energiewirtschaft eine sehr etablierte Praxis. Online / Überwachung ermöglicht eine sorgfältige Kontrolle der Wasserchemie, um eine maximale Effizienz zu erreichen und Ausfallzeiten aufgrund übermäßiger Kesselkorrosion oder Kesselsteinbildung zu minimieren.

Kesselverunreinigungen. Navigator -500

Kontamination kontrollieren

Die Online-Analyse der Schlüsselparameter, die die Kesselwasser- und Dampfqualität beeinflussen können, ermöglicht es den Betreibern, ein kontinuierliches Bild der Bedingungen in und um den Dampferhöhungs- und -verteilungskreislauf zu erhalten. Das Folgende ist eine Aufschlüsselung einiger der Schlüsselparameter, die durch Online-Überwachung abgedeckt werden sollten.

Gelöster Sauerstoff

Gelöster Sauerstoff ist eine Hauptursache für Korrosion in Dampfsystemen. Sauerstoffverunreinigungen von Dampfkondensat können zu ineffizienter oder ungeeigneter Speisewasserbelüftung, Luftleckage an Pumpendichtungen, -aufnehmern und -flanschen, undichten Wärmetauschern und Eindringen in Systeme, die unter Vakuum stehen, führen. Es kann auch lokalisierte Lochfraßkorrosion fördern, die einen schnellen Ausfall kritischer Ausrüstung im Dampfsystem verursachen kann.

Ein Weg zur Kontrolle des Gehalts an gelöstem Sauerstoff besteht in der Dosierung von Kesselspeisewasser mit Sauerstoff entfernenden Chemikalien wie Hydrazin. Wenn diese Chemikalien verwendet werden, können Betreiber die Effizienz ihres Dosierungsregimes durch Messen von gelöstem Sauerstoff am Economizer oder Kesseleinlass beurteilen, wobei alle Fluktuationen durch Erhöhen oder Verringern der Dosismengen angegangen werden können.

Die dramatischen Schwankungen des Sauerstoffgehalts während des Lastzyklus einer Anlage, kombiniert mit den unterschiedlichen Niveaus, die für verschiedene Kesselchemie-Regime erforderlich sind, erfordern einen Analysator, der eine schnelle Reaktion sowohl bei hohen als auch bei niedrigen Konzentrationen an gelöstem Sauerstoff bietet.

Hydrazin

Als Sauerstofffänger wird Hydrazin häufig verwendet, um Spuren von gelöstem Sauerstoff in Kesselspeisewasser zu entfernen, wobei Stickstoff und Wasser gebildet werden. Bei hohen Temperaturen und Drücken bildet sich auch Ammoniak, was den pH-Wert des Speisewassers erhöht und das Risiko von Säurekorrosion verringert.

Hydrazin reagiert auch mit weichen Hämatitschichten auf den Kesselrohren, um eine harte schützende Magnetitschicht zu erzeugen, die die Rohre vor weiterer Korrosion schützt.

Durch die Platzierung eines Hydrazin-Monitors am Speisewassereinlass kann überprüft werden, ob das Speisewasser mit der richtigen Menge an Hydrazin dosiert wird. Zu viel Hydrazin ist sowohl verschwenderisch als auch kostspielig, während zu wenig den gelösten Sauerstoffgehalt nicht ausreichend kontrollieren kann und eine ausreichende Bildung von Magnetit verhindert. In der Regel ist die effektivste Dosierung von Hydrazin 3: 1 Teile Hydrazin auf den erwarteten Gehalt an gelöstem Sauerstoff, was zu einer Konzentration von gelöstem Sauerstoff von fünf Teilen pro Milliarde führen sollte.

Natrium

Als das sechsthäufigste Element auf der Erde ist Natrium die Hauptursache für viele verschiedene Arten von Korrosion in Kesseln und somit einer der wichtigsten Parameter für die Messung in Kraftwerksanwendungen. Herkömmlicherweise wurde die Leitfähigkeitsmessung verwendet, um die gesamten gelösten Feststoffe anzuzeigen. Es fehlt jedoch die Empfindlichkeit, Natrium in niedrigen Konzentrationen zu messen.

Ein besonderes Problem mit Natrium ist der Zyklus, den es während der Hydrolyse durchläuft. Bei diesem Prozess wird Natriumcarbonat zu Natriumhydroxid umgewandelt, das Eisen im Kessel angreift. Wenn sich Eisen auflöst, bildet es Natriumferroat, das sich unter Hydrolyse zu Natriumhydroxid regeneriert. Längeres Aussetzen an diesen Zyklus führt dazu, dass Kesselkomponenten wie Bögen und Verbindungen ständig angegriffen werden, wodurch sie verspröden und das Risiko von Lecks und Rissen erhöhen.

Wenn es im Dampf mitgeführt wird, kann sich Natrium auch an kritischen Komponenten ablagern, wenn der Dampf kondensiert, einschließlich der Dampfturbine, wo er die Turbinenschaufeln angreifen kann.

Die Bedeutung des Schutzes vor Natrium bedeutet, dass die Betreiber die Konzentrationen an den wichtigsten Punkten in den Dampferzeugungs- und -verteilungssystemen messen sollten. Probenahmestellen sollten die Wasseraufbereitungsanlage, die Kondensator-Extraktorpumpe, den Auslass der Polieranlage und die Verteilungsleitungen für gesättigten und überhitzten Dampf umfassen.

In der Wasseraufbereitungsanlage kann die Überwachung auf Natrium dazu verwendet werden, einen Natriumdurchbruch aus den Kationenaustausch- und Mischbettauslässen, die durch die Erschöpfung der Ionenaustauschbetten verursacht werden, zu identifizieren.

Da Natrium ein einwertiges Ion ist, ist es viel wahrscheinlicher, dass es zuerst durchbricht, was einen frühen Indikator für die Erschöpfung des Bettes liefert. Daher ist die Überwachung von Natrium auch ein nützliches Maß für die Effizienz des Betts sowie eine Vorstufenmessung für potentielle Natriumverunreinigungen auf der ganzen Linie.

On-line-Messung von Natrium nach der Extraktionspumpe bietet einen nützlichen Indikator für Kondensatorlecks.

Unter Hochvakuum betrieben, ist der Kondensator anfällig für Lecks, die dazu führen, dass sich Kühlwasser mit dem Kondensat vermischt.

Ein Hauptproblem ist hier der Eintritt von Chlorid und Sulfat, die hauptsächlich in Form von Natriumchlorid und Natriumsulfat vorkommen. Da Natriummonitore 10 bis 100 mal die Empfindlichkeit von Online-Chlorid-Messtechniken haben, bietet die Messung von Natriumspiegeln eine gute Möglichkeit zum Nachweis von Chlorid und Sulfat.

In ähnlicher Weise wie Wasseraufbereitungsanlagen können Polieranlagen Natriummonitore verwenden, um die Erschöpfung des Ionenaustauschbetts sowie die Überwachung der Wasserqualität zu erfassen. In einigen Kraftwerken ist die Polieranlage in die Hauptkläranlage integriert.

In Hochdruckkesseln können sich in dem Dampf vorhandene chemische Verunreinigungen schnell in der Kesseltrommel ansammeln und können in dem Dampf zu der Turbine übertragen werden.

Die Überwachung von Natrium in den Verteilungsleitungen für gesättigten und überhitzten Dampf trägt dazu bei, vor Korrosion und der Bildung von Natriumsalzen auf dem Überhitzer oder den Turbinen durch Dampfverschleppung zu schützen.

Durch die Messung der Reinheit des Dampfes und den Vergleich mit den Messungen des gesättigten Dampfes vor den Überhitzer- und Kondensatstufen können die Betreiber beurteilen, ob die Qualität durch Probleme wie die Ablagerung von Natriumsalzen oder Kondensatorlecks beeinträchtigt wird. Die gleiche Messung kann auch für OnceThrough-Boiler durchgeführt werden; Da diese jedoch keine separaten Überhitzer haben, wird die Probe vor der Turbine aus dem überhitzten Dampf entnommen.

Kieselerde

Kieselsäure ist ein Hauptverantwortlicher für den Aufbau von hartem und dichtem Kalk in den Kesseln und Turbinen von Kraftwerken. Es hat eine sehr geringe Wärmeleitfähigkeit und bildet eine dichte porzellanähnliche Schuppung, die auch mit Säure nicht entfernt werden kann. Sogar ein 0.5mm Aufbau von Silica kann den Wärmetransfer um 28% reduzieren, wodurch die Effizienz reduziert wird, was zu Hot Spots und schließlich zu einem Bruch führt, was letztendlich zu einem Anlagenausfall führt.

Die einzige Möglichkeit, die Bildung von Siliciumdioxid zu kontrollieren, ist ein wirksames Überwachungssystem. Wie Natrium sollte Silica an mehreren Stellen rund um das Dampfsystem gemessen werden, einschließlich der Demineralisierungsanlage, Kesselspeisewasser, Kesseltrommeln, Überhitzer und Kondensatorauslässen.

Die Messung von Kieselsäure im Dampf des Kessels, entweder im Überhitzer oder am Eingang der Turbine, liefert einen guten Indikator für die Gesamtdampfreinheit. Vorausgesetzt, dass die Siliciumdioxidkonzentration unter 20 Teilen pro Milliarde bleibt, sollte das Ausmaß der Kesselsteinablagerung minimal sein.

Im Gegensatz zu vielen anderen potenziellen Kontaminanten ist gelöstes Siliziumdioxid nur sehr schwach ionisiert, so dass es nicht mit einer einfachen Leitfähigkeitsmessung nachgewiesen werden kann, sondern einen speziellen Monitor erfordert.

Andere Parameter, die von den Betreibern ebenfalls überwacht werden sollten, umfassen Phosphat, Ammoniak und Chlorid, wobei Sensoren verwendet werden, die schnelle Reaktionszeiten bieten, temperaturtolerant sind und nur minimale Wartung erfordern.

Kesselverunreinigungen. Kesselverunreinigungen

Tipps für die Online-Überwachung

Um die beste Kapitalrendite zu erzielen, müssen Online-Überwachungssysteme selbst gut gewartet werden und die neuesten technologischen Entwicklungen nutzen, um sicherzustellen, dass sie den größtmöglichen Nutzen bringen.

Um die Kosten und den Wartungsaufwand zu senken, sollten moderne Analysatoren für Kraftwerke Folgendes beinhalten:

  • Sorgfältig gestaltete Nassteile
  • Fernverwaltung
  • Automatische Kalibrierung und Reinigung
  • Diagnosemeldungen

Jedes Programm, das darauf abzielt, die Effizienz von Online-Überwachungssystemen zu maximieren, sollte die Verwendung von Instrumenten umfassen, die schnell auf Änderungen in der Kesselchemie reagieren können und wo möglich Selbstdiagnosemöglichkeiten bieten.

Der Standort von Überwachungseinrichtungen ist ein entscheidender Faktor, um die beste Kapitalrendite in einem Kraftwerk sicherzustellen.

Idealerweise sollte sich die Überwachungsausrüstung in einer Umgebung befinden, die ein geringeres Schadenspotential aufweist, leicht zugänglich für Wartungsarbeiten ist und eine verbesserte Messgenauigkeit ermöglicht.

Durch den Einsatz digitaler Kommunikationstechnologie wie Ethernet können Daten an eine zentrale Leitwarte weitergeleitet werden, was die Zugänglichkeit der Messdaten über den lokalen Betreiber hinaus ermöglicht.

Zusammenfassung

Die Möglichkeit, die Wartungshäufigkeit in Verbindung mit erhöhten Lebenszykluskosten zu messen, bietet eine hervorragende Gelegenheit, die Versorgungssicherheit zu verbessern und ungeplante Störungen zu minimieren.

Prozessindustrie Informer

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