DE10111915A1 - Verfahren zur kontinuierlichen Messung der entgasten Leitfähigkeit - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Entfernung von Kohlendioxid aus dem Kondensat von Turbinendampf. Ein Teilstrom des Turbinendampf-Kondensats wird einem Reaktor nach dem Prinzip des Gräntzel-Reaktors zugeführt und dort mechanisch durch Wischelemente verwirbelt. Im Gegenstrom wird ein Trägergas zugeführt, das das Kohlendioxid austreibt. Das Verfahren arbeitet bei Raumtemperatur, organische Säuren werden daher nicht mit ausgetrieben.

Description

Schon seit etwa 30 Jahren sucht man nach Wegen, wie man neben der gesamten Leitfähigkeit aller leitfähigkeitsbildenden Spezies nach Kationenaustauscher (im folgenden "Gesamt-Leitfähigkeit" bezeichnet) auch ohne den durch die Kohlensäure verursachten Anteil (im folgenden "entgaste Leitfähigkeit" bezeichnet) in Turbinendampfkondensaten messen könnte.

Hierfür sind drei Motive zu nennen:

• - Bereits bei Anfahrt der Turbine kann der durch Korrosionsprodukte oder Verunreinigungen im Speisewasser verursachte Anteil der Leitfähigkeit erfasst werden, obgleich aufgrund von Lufteinbruch zunächst noch hohe Leitfähigkeitswerte durch die Kohlensäure anfallen.
• - Sofern Kohlendioxid als nicht korrosiv betrachtet wird, kann beim Anfahren der Frischdampf schon deutlich früher auf die Turbine geschickt werden, da nur die entgaste Leitfähigkeit beachtet werden muss.
• - Bei Anstieg der Gesamt-Leitfähigkeit im normalen Betrieb kann durch die zusätzliche Information der entgasten Leitfähigkeit sofort festgestellt werden, ob ein Kühlwassereinbruch oder ein Lufteinbruch vorliegt.

Die technische Realisierung einer entgasten Leitfähigkeit ist aufgrund ungünstiger, physikalisch- chemischer Bedingungen jedoch mit Problemen behaftet:

• - Die Kohlensäure muss aus dem Kondensat entfernt werden. Eine Inaktivierung der leitfähigkeitsbildenden Eigenschaft ist nicht möglich.
• - Die Entfernung der Kohlensäure kann nur über die Entfernung des gelösten Kohlendioxids aus der Wasserphase erfolgen (im folgenden als "Austreibung" bezeichnet). Es liegt ein Fließgleichgewicht zwischen Kohlendioxid und Kohlensäure vor, das durch den pH-Wert des Systems definiert ist. Wird Kohlendioxid entfernt, wird der pH-Wert entsprechend ansteigen. Es liegen folglich instationäre Bedingungen vor.
• - Das Austreiben der Kohlensäure muss möglichst quantitativ erfolgen, da ansonsten eine Extrapolation notwendig wäre, die wegen nicht-Linearität und schlechter Reproduzierbarkeit der Kennlinie nicht praktikabel ist.
• - Das Austreiben der Kohlensäure muß möglichst selektiv erfolgen. Andere Leitfähigkeitsbildner, die ebenfalls über die Gasphase entfernt werden können, wie einige organische Säuren, dürfen nicht erfasst werden.
• - Die Kohlensäure liegt meist in sehr geringer Konzentration vor (unterer µg/kg-Bereich). Daher ist die Triebkraft des Phasenübergangs gemäß dem Henry-Dalton'schen Gesetz gering.
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  • 1. Zwei Verfahren zur Messung der entgasten Leitfähigkeit sind bisher bekannt:
    Thermische Verfahren:
    Longo J. F., et al, U.S. Patent 3,705,477, Ecodyne Corporation, December 12, 1972; Lane R. W., Sollo F. W. and Neff C. H. "Continuous Conductivity Monitoring of Anions in Feedwater by Electrical Conductivity", Proceedings Annual Conference of the International Association of Properties of Steam, Munich, 1979; ASTM Standard D 4519-85 (Reapproved 1990): Standard Test Method for On-Line Monitoring of Electrical Conductivity to Determine Anions and Carbon Dioxide in High-Purity Water.
    Membranverfahren:
    Carlson R. M., "Method and Apparatus for Determination of Volatile Electrolytes" U.S. Patent 4,209,299, awarded to The University of California June 24, 1980; Tittle K., "The North Western Region Prototype CO2 Monitor", Proceedings 5^th EPRI Workshop on Condensate Polishing, Richmond Virginia, October 29-31, 1985; Lok G. W, Gericke G. and Maughan E. V., "Analyzing a Liquid for Dissolved Carbon Dioxide Gas", RSA Patent 924288, awarded to Eskom and Krohne (Pty) Ltd, March 31, 1993; Bevilacqua A. C., Gericke G., Light T. S., Maughan E. V. and Tittle K., "Pilot Studies and Field Trials for the Determination of Dissolved Carbon Dioxide at the µg/kg Level in Steam-Condensate using an Anisotropic Gas-Permeable Membrane", Proceedings 56^th International Water Conference, IWC 95-21, Pittsburgh, October 30-November 1, 1995.

Beide Verfahren haben Nachteile. Das thermische Verfahren entfernt das Kohlendioxid (bzw. die Kohlensäure) nicht quantitativ. Weiterhin werden andere Leitfähigkeitsbildner, wie einige organische Säuren ebenfalls mit entfernt, wodurch die Leitfähigkeitswerte zu niedrig werden. Das Membranverfahren entfernt das Kohlendioxid nicht einmal annähernd, da der Stoffübergang Wasser/Gas durch die Membran extrem verlangsamt wird.

Der Erfindung liegt daher ein drittes Verfahren zugrunde, das nachfolgend als "mechanisches Verfahren" bezeichnet wird. Das Verfahren beruht im Wesentlichen auf einem Reaktor nach dem Gräntzel-Prinzip (DE 34 22 553 C1; USP 420 1917; JKTK 112 1663), auf das hier ausdrücklich Bezug genommen wird.

Das von Kohlendioxid zu befreiende Wasser (Meßlösung) wird demgemäß mittels eines Zylinders zugeführt. An der Innenseite des Zylinders wird die Meßlösung mittels Wischelementen zu einem dünnen Film ausgebreitet, der langsam mittels Schwerkraft nach unten sinkt. Die Wischelemente sind in einem axial verlaufenden Rotor gelagert und werden durch einen externen Motor in eine kreisförmige Bewegung gebracht. Im Gegenstrom wird der Meßfilm mit einem Trägergas, das frei von Kohlendioxid sein muß, beströmt. Die Meßlösung wird nun mit dem Absinken langsam von Kohlendioxid befreit. Am unteren Ende des Reaktors wird die nun von Kohlendioxid befreite Meßlösung wieder aus dem Reaktor herausgeführt. Die Wischelemente haben drei Aufgaben zu erfüllen:

• 1. Die Ausbildung eines homogenen Films über die gesamte Innenfläche des Zylinders.
• 2. Die Schaffung einer intensiven und turbulenten Durchmischung des Films.
• 3. Die Entfernung von etwaigen Verunreinigungen aus dem Flüssigkeitsfilm durch eine entsprechend geeignete Anordnung der Wischelemente.

Um gemäß dem Gesetz von Henry und Dalton eine diffusive Triebkraft zu erhalten, muß die Gasphase ständig mit frischem, Kohlendioxid-freiem Gas beströmt werden. Das Trägergas darf Kohlendioxid nicht enthalten und hat die Aufgabe, die Triebkraft der Austreibung aufrecht zu erhalten sowie das ausgetriebene Kohlendioxid abzuführen.

Da das Verfahren bei Raumtemperatur läuft (10-35°C), werden flüchtige, organische Säuren, wie Essigsäure, nur in geringem Maße ausgetrieben.

Auf eine Ansäuerung der Meßlösung kann verzichtet werden. In Abhängigkeit von der Reinheit des Kondensats wird der pH-Wert nach vorgeschaltetem Kationenaustauscher zwischen 2 und 7 liegen. Im ungünstigsten Fall liegt er bei 7. Dann muß das Kohlendioxid gemäß der Dissoziationskonstante nachgeliefert werden. Die Aufenthaltszeit im Reaktor ist so zu bemessen, daß auch bei pH 7 alles Karbonat als Kohlendioxid entfernt werden kann.

Claims (1)

1. Verfahren zur kontinuierlichen Messung einer entgasten Leitfähigkeit, bei der das zu untersuchende Turbinendampfkondensat einem modifizierten Reaktor des Gräntzel-Typs (DE 34 22 553 C1; USP 420 1917; JKTK 112 1663) zugeführt und dort von Kohlendioxid befreit wird.