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Dampfanalysesysteme werden zur Korrosions- und Schadstoffüberwachung im Dampfkreislauf eingesetzt. Hierbei wird aus dem Dampfkreislauf eine Probe gezogen, gekühlt und auf Verunreinigungen untersucht. Das Hauptaugenmerk liegt auf gelösten Salzen und Sauerstoff, die Korrosion verursachen und zum Erlöschen der Betriebserlaubnis führen können. Ziel der Überwachung ist die lückenlose Dokumentation der Verunreinigungen, um Korrosion vorzubeugen und Lieferanten wie Kesselherstellern einen Nachweis zu liefern, dass die Wasserqualität im geforderten Bereich lag.
Endress+Hauser Liquid Analysis bietet für diesen Einsatzbereich das Steam Water Analysis System SWAS Compact, das die komplette Instrumentierung zur Analyse der wichtigen Parameter wie z. B. pH-Wert, Leitfähigkeit oder Sauerstoff enthält, inklu-sive Probenvorbereitung und Kationentauscher. Es spart Platz und erleichtert den Einbau der Sensoren, da das Paneldesign eine Verwechslung der Einbauplätze verhindert. Der besondere Nutzen des SWAS Compact liegt in der Geometrie des Systems. Sie ist so ausgelegt, dass es dreimal weniger Analyseprobe benötigt als herkömmliche Systeme. Dies ist vor allem für Betreiber interessant, die den Dampf mit Kaltwasser kühlen, denn dank des geringeren Probevolumens lässt sich der Energiebedarf für die Wasserkühlung um bis zu 60 % senken.
Individuelle Alarmmeldung
Individuelle Alarmmeldung zur Temperaturüberwachung
Bei der Kühlung einer Dampfprobe wird diese von bis zu 250 °C und 50 bar auf Umgebungstemperatur herunter gekühlt. Fällt die Kühlung aus, verhindert ein Temperaturabschaltventil (TSV) die Überhitzung der Messtechnik. Hierfür werden häufig mechanische Ventile mit einem Bimetall eingesetzt. Da diese jedoch anfällig für hohe Umgebungstemperaturen und Störstoffe sind, verwendet das SWAS Compact ein elektromagnetisches Ventil. Gesteuert wird dieses über den Liquiline-Multiparameter-Messumformer, an den auch die Analysesensoren und die Durchflussüberwachung angeschlossen werden. Alle Memosens-Sensoren, die in der Dampfanalyse eingesetzt werden, besitzen einen Temperaturfühler zur Temperaturkompensation. Die Werte des Temperaturfühlers werden an den Messumformer übertragen. Dort ist ein individueller Alarmwert eingestellbar, bei dem das TSV bei zu hohen Temperaturen geschaltet wird. Außerdem kann der Kesselmeister für Störungen Meldungen im Klartext eingeben.
Messung der Leitfähigkeit
Gelöste Salze enthalten Ionen, die im Wasser die Leitfähigkeit erhöhen und mit Sauerstoff zur Korrosion führen. Die Messung der Leitfähigkeit erfolgt über die Potenzialunterschiede in einem konduktiven Sensor. Dieser ist über zwei Elektroden aufgebaut und misst alle Arten der Leitfähigkeit, die bei der Dampferzeugung von Bedeutung sind, die gesamte Leitfähigkeit, die Säureleitfähigkeit und die Differenzleitfähigkeit. Da die Leit-fähigkeit von der Temperatur abhängig ist, wird der gemessene Wert im Messumformer umgerechnet und normiert ausgegeben. Der Messumformer erkennt die Sensoren automatisch.
Erkennt präzise Sauerstoffspuren
Neben der Leitfähigkeit ist auch der Sauerstoff für die Korrosion von Rohrleitungen, Wärmetauschern und Armaturen im Dampfkreislauf verantwortlich. Dieser wird vor
der Verdampfung chemisch gebunden, mit Dampf ausgetrieben oder über Vakuum abgetrennt. Der Nachweis von Sauerstoff liegt in einem sehr geringen Messbereich. Um hier präzise Messergebnisse zu erzielen, muss der Sensor regelmäßig sorgfältig kalibriert und gewartet werden. Auch hier erleichtert die Liquiline-Plattform dem Anlagenpersonal die Arbeit, da es den Anwender gezielt durch die Kalibrierschritte führt. Dank der digitalen Memosens-Technologie werden Kalibrierzeitpunkt und Kalibrierwert gespeichert und transparent dokumentiert.
Optimaler pH-Wert
Der pH-Wert ist ein weiterer entscheidender Messwert im Wasser-/Dampfkreislauf. Er gibt Aufschluss über die Reinheit des Wassers und kann durch Zugabe von Ammoniak oder Bisulfit optimal eingestellt werden, damit eine schützende Schicht aufgebaut und die Korrosion möglichst verhindert wird.
Sofern der Dampfkreislauf keine zusätzlichen Chemikalien zum Schutz vor Korro-
sion enthält, lässt sich der pH-Wert mit der Leitfähigkeitsmessung berechnen. Dabei wird die Leitfähigkeit vor und nach einem Kationentauscher gemessen und als Differenzleitfähigkeit bezeichnet. Zuerst muss die Gesamtleitfähigkeit am Kationentauschereingang gemessen werden. Da das Prozesswasser neben H2O auch OH–Ionen enthält, ist die Leitfähigkeit höher als bei reinem Wasser. Um daher die Querempfindlichkeit zu Verunreinigungen auszuschließen, werden die OH–Ionen über einen Kationentauscher getauscht. Der Tauscher enthält Harz, das mit Schwefelsäure regeneriert wurde und somit H+-Ionen enthält. Werden diese im Tauscher nur mit dem OH- gebunden, entsteht wieder H2O. Zeigt sich am Leitfähigkeitssensor im Auslauf eine sehr geringe Leitfähigkeit, enthält die Probe nur minimale Verunreinigungen. Falls die Probe jedoch zu viele Salze wie Chloride (Cl-) enthält, werden diese im Tauscher zusammen mit den H+-Ionen in Salzsäure (HCl) umgewandelt. Da Säuren eine höhere Leitfähigkeit verursachen, steigt am Auslauf des Kationentauschers die Leitfähigkeit und wird als Säureleitfähigkeit bezeichnet. Diese ist etwa dreifach höher als die Gesamtleitfähigkeit am Eingang. Über eine Berechnungsformel im Liquiline-Messumformer lässt sich daraus der pH-Wert errechnen und die Dosierung der Alkalisierungsmittel steuern.
Falls die Probe jedoch Zusatzstoffe wie Amine enthält, wird der Kationentauscher verunreinigt. Außerdem verursachen Abbauprodukte der Amine auch Gase, die die Leitfähigkeit erhöhen. In dieser Anwendung wird der pH-Wert direkt über pH-Elektroden gemessen. Um in Flüssigkeiten mit sehr geringer Leitfähigkeit eine zuverlässige Messung sicherzustellen, wird der Memosens-pH-Sensor mit Salzring eingesetzt, der regelmäßig Ionen abgibt. Da aber auch dieser Ring ausgezehrt wird, muss der Sensor regelmäßig getauscht werden. Auch hier hilft die Memosens-Technologie dem Anlagenpersonal, da ein neuer Sensor vor Ort einfach per Plug-and-Play eingesetzt werden kann. Die Kalibrierung kann im Labor vom Fachpersonal vorgenommen werden.
Wartung des Kationentauschers
Kationentauscher müssen regelmäßig mit Säure regeneriert werden. Daher verfügt der Liquiline-Messumformer über ein Programm zur Erschöpfungsberechnung. Da die Beladung am Anfang bekannt ist, wird über den Durchflussmesser am Kationentauscherausgang die Beladung des Harzes berechnet. Für die vorbeugende Wartung dieses Filters bietet das Liquiline die Möglichkeit, einen Alarmwert auf 20 % der Restleitfähigkeit zu setzen. Hierdurch lassen sich Wartungs-arbeiten besser planen.
Endress+Hauser Messtechnik GmbH+Co.KG, Weil am Rhein
Autor: Lukas Graf
Produkt Manager Solutions,
Endress+Hauser Liquid
Analysis
