Wie man die Speisewasserqualität verbessert, um Kesselkorrosion zu verhindern

Kesselversagen ist ein großes Problem für Heiz- und Kraftwerke, und die mit der Wasserqualität des Kessels verbundene Korrosion ist bekanntermaßen die Hauptursache. Die Gesamtkosten von Kesselrohrausfällen in Kraftwerken werden auf etwa 5 Milliarden US-Dollar pro Jahr geschätzt (beachten Sie, dass diese Zahl aus dem Jahr 2009 stammt und daher wahrscheinlich viel höher ist). Die Wasserqualität muss kontinuierlich innerhalb der Toleranzanforderungen des Kessels gehalten werden.

Kesselspeisewasserverunreinigungen

Wasserquellen enthalten Verunreinigungen, die in bestimmten Konzentrationen sehr schädlich sein können. Bei hohen Temperaturen können bereits Spuren bestimmter Stoffe im Speisewasser innerhalb kurzer Zeit schwere Schäden an Geräten und Leitungen verursachen. Problematische gelöste oder suspendierte Feststoffe, Sauerstoff, Kohlendioxid und organische Stoffe können Ablagerungen, Ablagerungen und Korrosion verursachen. Zum Beispiel:

• Eisen kann sich auf internen Kesselteilen und Rohren ablagern, nachgeschaltete Geräte beschädigen und die Qualität bestimmter Herstellungsprozesse beeinträchtigen.
• Kupfer kann dazu führen, dass sich Ablagerungen in Hochdruckturbinen ablagern, deren Effizienz verringert wird und kostspielige Reinigungen oder Gerätewechsel erforderlich werden.
• Kieselsäure kann besonders in Hochdruckkesseln extrem harte Ablagerungen verursachen.
• Calcium kann je nach Chemie des Kesselspeisewassers in verschiedenen Formen Ablagerungen verursachen.
• Magnesium kann im Inneren des Kessels und an beschichteten Rohren haften bleiben, mehr Feststoffe anziehen und zur Ablagerungen beitragen, insbesondere in Kombination mit Phosphat.
• Aluminium kann sich im Inneren des Kessels als Kesselstein ablagern und mit Kieselsäure reagieren, um die Wahrscheinlichkeit von Kesselsteinbildung weiter zu erhöhen.
• Härte verursacht Ablagerungen und Ablagerungen an Kesselteilen und Rohrleitungen.
• Gelöste Gase wie Sauerstoff und Kohlendioxid können schwere Korrosion an Kesselrohren und -teilen verursachen.

Die häufigste Korrosionsart ist Lochfraß durch gelösten Sauerstoff. Dies ist durch kleine, aber tiefe Löcher gekennzeichnet, die die Rohrwände durchdringen und schließlich zum Versagen führen. Zu den Faktoren, die den Schweregrad beeinflussen, gehören die Konzentration des gelösten Sauerstoffs, der pH-Wert und die Temperatur. (Verwandte Lektüre:So erkennen, verhindern und behandeln Sie Lochkorrosion effektiv.)

Um Korrosion zu vermeiden, muss das Kesselwasser leicht alkalisch und nicht sauer sein. Unsachgemäßer Säuregehalt und leicht alkalisches Wasser können Metall und den Schutzfilm auf Metalloberflächen auflösen.

Ein Säureangriff tritt auf, wenn der pH-Wert unter 8,5 fällt. In diesem Zustand sind Materialien anfällig für eine durch Ätzen verursachte Oberflächenverdünnung. Jeder gestresste Bereich wäre bei dieser Art von Angriff am anfälligsten.

Laugenangriff tritt auf, wenn der pH-Wert über 12,9 liegt, und tritt häufig bei hohen Temperaturen auf, an denen phosphatbehandelte Kessel beteiligt sind. Ablagerungen in Bereichen mit hoher Wärmeübertragung können den Magnetitfilm vom Grundmaterial ablösen.

Schaumverschleppung

Die Verschleppung von Schaum wird durch zu starke Konzentration normaler Kesselverunreinigungen, Überbehandlung mit Chemikalien oder versehentliches Einbringen von organischen Stoffen (Fett oder Öl) in das Kesselspeisewasser oder den Kondensatrücklauf verursacht. Der Schaum im Inneren des Boilers wird leicht aus dem Dampfauslass des Boilers gedrückt und kann große Schäden verursachen. Beispiele hierfür sind Wasserschläge in einer Dampfleitung, Erosion in Dampfleitungen und Niedrigwasserereignisse im Kessel.

Abbildung 1. Video beschreibt den Kesselbetrieb.

Kesselspeisewasser-Aufbereitungssysteme

Ein Kesselspeisewasser-Aufbereitungssystem besteht aus mehreren einzelnen Technologien, die den Zustand des Speisewassers berücksichtigen, um die Anforderungen des spezifischen Kessels zu erfüllen. Das Behandlungssystem besteht aus den Komponenten, die notwendig sind, um Verunreinigungen zu entfernen, die unabhängig von der Quelle immer vorhanden sind. Ein grundlegendes Kesselspeisewasser-Behandlungssystem umfasst typischerweise eine Art von Koagulation, Filtration, Ionenaustausch, Entkalkung, Entlüftung und Membranverfahren wie Umkehrosmose. Diese Komponenten werden in den folgenden Abschnitten beschrieben. (Verwandte Lektüre:Wie man Chelant-basierte Korrosion in einer Kesselwasserleitung vermeidet.)

Koagulation und chemische Fällung

Nachdem alle großen Objekte aus der ursprünglichen Wasserquelle entfernt wurden, werden verschiedene Chemikalien in einen Reaktionstank gegeben, um die Schwebstoffe und andere verschiedene Verunreinigungen zu entfernen. Dieser Prozess beginnt mit einer Reihe von Mischreaktoren, bei denen es sich in der Regel um einen oder zwei Reaktoren handelt, die bestimmte Chemikalien zugeben, um alle feineren Partikel im Wasser zu entfernen, indem sie durch Koagulation zu schwereren Partikeln kombiniert werden, die schließlich ausfallen und sich absetzen.

Filtration und Ultrafiltration

Der nächste Schritt besteht in der Regel darin, das Wasser durch eine Filtration zu leiten, um Schwebstoffe wie Sedimente, Trübungen und bestimmte Arten organischer Stoffe zu entfernen. Es ist oft sinnvoll, dies schon früh im Prozess zu tun, da die vorgelagerte Entfernung von suspendierten Feststoffen dazu beitragen kann, Membranen und Ionenaustauscherharze später im Vorbehandlungsprozess vor Verschmutzung zu schützen.

Ionenaustauscherweichung

Ein erweichendes Harz kann verwendet werden, um eine hohe Härte zu beheben, die Bicarbonate, Sulfate, Chloride oder Nitrate enthält. Dieses Verfahren verwendet einen stark sauren Kationenaustauschprozess, bei dem das Harz mit einem Natriumion geladen wird. Hartes Wasser wird durch einen Enthärter geleitet, und Calcium und Magnesium tauschen die Plätze mit Natriumionen aus. Natriumionen werden lose gehalten und leicht durch Calcium- und Magnesiumionen ersetzt. Dabei werden „freie“ Natriumionen an das Wasser abgegeben.

Dealkalisierung

Die Entalkalisierung kann die Alkalinität oder den pH-Wert verringern, was eine Verunreinigung ist, die Schaumbildung, Korrosion und Versprödung verursachen kann. Bei der Natriumchlorid-Dekalalisierung wird ein starkes Anionenaustauscherharz verwendet, um Bicarbonat, Sulfat und Nitrat für Chloridanionen zu ersetzen.

Umkehrosmose und Nanofiltration

Umkehrosmose (RO) und Nanofiltration (NF) zwingen unter Druck stehendes Wasser durch halbdurchlässige Membranen, fangen Verunreinigungen wie Bakterien, Salze, organische Stoffe, Kieselsäure und Härte ein, während konzentriertes, gereinigtes Wasser durchgelassen wird. Diese Filtrationseinheiten werden meist bei Hochdruckkesseln eingesetzt, wo die Konzentration an suspendierten und gelösten Feststoffen extrem niedrig gehalten werden muss.

Entgasung oder Entgasung

Zurückgeführtes Kondensat vermischt sich mit dem aufbereiteten Zusatzwasser und tritt in einen Entlüftungs- oder Entgasungsprozess ein. Spuren von Sauerstoff und Kohlendioxid können extrem korrosiv auf die Kesselausrüstung und Rohrleitungen wirken. Daher ist es unerlässlich, diese Gase auf ein akzeptables Niveau zu entfernen, um die Lebensdauer und Sicherheit des Kesselsystems zu maximieren. Es gibt verschiedene Arten von Entlüftungsgeräten, die in verschiedenen Konfigurationen erhältlich sind, aber ein Platten- oder Sprühentgaser zur Entgasung oder Sauerstofffänger sind die gebräuchlichsten Typen.

Hochdruck- und Niederdruckkessel

Die Anforderungen an die Qualität des Speisewassers hängen von Druck und Durchfluss ab. Für bestimmte Drücke gibt es ein Höchstmaß an Verunreinigungen, und wenn der Druck zunimmt, wird es kritischer für eine gründliche Wasseraufbereitung, die Wasser mit höherer Qualität liefert.

Niederdruckkessel (600 PSI und weniger) und Wasser mit einer geringen Menge an gelösten Feststoffen (TDS) erfordern normalerweise nur eine einfache Filtration und Wasserenthärtung. Je nach Chemie des Wassers oder bei steigendem Druck kann ein Entkalkungsmittel erforderlich sein.

Hochdruckkessel (600 PSI und höher) erfordern normalerweise eine Art Demineralisierung, Ionenaustausch oder Sandwich- oder Mischbett-Poliergeräte auf Harzbasis. Umkehrosmose in Kombination mit einer Poliertechnologie ist sehr beliebt, wenn extrem hochreines Wasser benötigt wird.

Feedwater Testing and Quality Control

Das Verhindern und Minimieren von Korrosionsprozessen in Kesseln ist in der thermischen Energiewirtschaft sehr wichtig. Die Speisewasserqualität sollte auf einem Niveau gehalten werden, das den Auslegungsstandards entspricht, und anschließend alle Schwankungen der gemessenen Parameter notieren. Es gibt empfindliche Online- und Offline-Analyseinstrumente, mit denen die wichtigsten diagnostischen Parameter gemessen werden können, die für die Sicherheit und Leistung des Kessels entscheidend sind.

Es ist wichtig zu wissen, wo die Qualität der Speisewasserquelle in Bezug auf die für einen bestimmten Kessel erforderliche Wasserqualität steht, da eine unzureichende Wasseraufbereitung zu Ablagerungen, Korrosion und Verschmutzung des Kessels und der nachgeschalteten Ausrüstung führen kann.