DE102009013032A1

DE102009013032A1 - Messtechnische Anlage

Info

Publication number: DE102009013032A1
Application number: DE200910013032
Authority: DE
Inventors: Wolfgang Leye
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2009-03-16
Filing date: 2009-03-16
Publication date: 2010-09-23

Abstract

Die Erfindung betrifft eine messtechnische Anordnung zur Reinheitskontrolle von Wasser aus dem Wasser-Dampf-Kreislauf von Kraftwerken durch Leitfähigkeitsmessung. Es ist die Aufgabe gestellt, eine Messvorrichtung für wartungsarme Messwertermittlung zu schaffen. Die Aufgabe wird gelöst durch Schaffen eines sich selbst regenerierenden Systems, das stark saure Kationenaustauscher verwendet.

Description

Die Erfindung betrifft eine messtechnische Anlage zur Kontrolle chemischer Abläufe, welche die Korrosion im Wasser-Dampf-Kreislauf von Kraftwerken direkt beeinflussen.
Es ist bereits bekannt, den Wasser-Dampf-Kreislauf von Kraftwerken durch Leitfähigkeitsmessungen zu kontrollieren. Eine Zusammenstellung gibt u. a. die DE 198 50 444 C2 . Bekannt ist das Messen der Leitfähigkeit eines Wasserstromes (Analyt), der aus dem Wasser-Dampf.-Kreislauf eines Kraftwerkes abgezweigt und temperiert wird. Damit soll ein Härteeinbruch, ein Gaseinbruch oder eine andere Havarie angezeigt werden.
Die bekannten Anordnungen haben den Nachteil, dass die Standzeit der Anlage sehr begrenzt ist. Nach vergleichsweise kurzer Zeit muss die Füllung der Kationenaustauschersäulen gewechselt werden. Das führt zur Unterbrechung der laufenden Messungen.
Die Ursache der kurzen Standzeit der bekannten Anlagen ist darin zu sehen, dass sich die stark sauren Kationenaustauscher relativ schnell verbrauchen.
Die Erfindung hat das Ziel, die Wartungszyklen zu verlängern und eine sehr schnelle Verfügbarkeit analytischer Daten zu ermöglichen, was insbesondere in der Anfahrphase eines Kraftwerkes von Bedeutung ist. Ferner soll die bei Stillstand des Kraftwerkes zwangsläufig eingedrungene Luft entfernt werden, ehe sie die Messvorrichtung erreichen kann. Insgesamt ist die Sicherung der Wasserqualität in einem Wasser-Dampf-Kreislauf von Kraftwerken das Ziel. Dabei sollen die Messungen der Leitfähigkeit kontinuierlich und störungsfrei ablaufen können.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine wartungsfreie Messung der Kationenleitfähigkeit in einer Analysenlösung zu sichern. Im Zusammenhang mit gemessener spezifischer Leitfähigkeit kann der pH-Wert bestimmt werden. Durch die sinnvolle Anordnung mehrerer Messwertaufnehmer sollen Temperatur, Volumenstrom, Leitfähigkeit vor und nach stark saurem Kationenaustauscher gemessen, der pH-Wert berechnet sowie optional die Sauerstoffkonzentration bestimmt werden können. Weiterhin soll nach entsprechendem Messsignal die Fließrichtung des Analysenstromes geändert werden können. Weiterhin soll durch intelligentes Führen des Flüssigkeitsstromes bewirkt werden, dass die Kationenaustauscherharzteilchen locker gepackt und damit besonders gut funktionsfähig sind.
Eine weitere Aufgabe der Erfindung besteht im Vermeiden umweltgefährdender Flüssigkeiten und der umweltgerechten Entsorgen der verwendeten Flüssigkeiten.
Die Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass eine Messanordnung geschaffen wird, wie sie in 0 dargestellt und in den 2 bis 7 erläutert wird. Sie wird nachfolgend statisch beschrieben.
Ein Mess- und Steuergerät übernimmt alle nachfolgend beschriebenen Schaltvorgänge.
Ein stark saurer Kationenaustauscher dient dazu, die zum Vermeiden von Korrosion zudosierten Alkalisierungsmittel im Wasser-Dampf-Kreislauf des Kraftwerkes wieder zu entfernen und damit – störungsfreien Betrieb vorausgesetzt – zu gewährleisten, dass die gemessene Leitfähigkeit der von Reinstwasser vergleichbar ist.
Der stark saure Kationenaustauscher befindet sich in einem Schlauch aus plastischem Material und kann in seiner Halterung einfach ausgetauscht werden. Bevorzugt wird PE-Material verwendet, der Boden des Schlauches ist perforiert.
Die Funktionsweise der Vorrichtung wird nachstehend im Betrieb beschrieben.
Der Messvorgang läuft in der Vorrichtung wie folgt ab, wobei als Probenahmesysteme die technischen Lösungen nach DE 198 50 444.6 oder nach DE 101 45 253.5 dienen können.
Eine gekühlte Analysenflüssigkeit wird über die Stationen [Probe (1 bar)] unter Öffnen des Ventils, weiter über eine Blasenfalle und eine Messturbine einer Leitfähigkeitsmesszelle [Lf vor] zugeführt. Nach Messen der Leitfähigkeit gelangt die Analy senflüssigkeit über das Ventil 1 in die Säule mit dem stark sauren Katiionenaustauscher KA1 und durchläuft diesen im Aufstrom. Dabei werden vorhandene Kationen gegen H⁺ ausgetauscht. Die Analysenflüssigkeit verlässt durch eine Abführung, die als ein dünner Schlauch, aber auch als Rohr mit einem Innendurchmesser von etwa 3 mm ausgebildet sein kann und dann eine Schlauchkappe trägt, die Ionenaustauschersäule, wobei das Mitreißen von Kationenaustauscherpartikeln durch eine Gaze am oberen Ende der Säule verhindert wird. Über das geöffnete Ventil 4 gelangt die Analysenflüssigkeit bei geschlossenem Ventil 3 in die zweite Leitfähigkeitsmesszelle [Lf nach]. Durch Ventil 3 fließt die Analysenflüssigkeit durch einen Schlauch bzw. ein Rohr geringer lichter Weite – der Schlauch oder das Rohr entspricht jeweils in seinen Abmessungen dem in KA1 – in eine zweite Kationenaustauschersäule [KA2] und spült diese im Abstrom. Über das Ventil 2 fließt die Flüssigkeit in einen Überlauf oder im Wartungsfall über einen Hahn zur Entleerung.
1 zeigt dieselbe technische Lösung, bei der nach Umschalten auf KA2, wenn KA1 verbraucht ist, KA2 die Austauschersäule zum Messen und KA1 die zu regenerierende Säule darstellt.
Sofern der Volumenstrom sinkt, besteht die Möglichkeit durch entsprechende Umschaltung der Ventile, die im Abstrom gespülte Säule zur Bettlockerung im Aufstrom zu spülen.
Im weiteren wird die Funktionsweise der Erfindung während der analytischen Messungen gezeigt.
Zum Schaffen eines geschlossenen Systems wird ein großer Vorratsbehälter KAR des Volumens 10 bis 20 l mit stark saurem Kationenaustauscherharz gefüllt. Das ist nur zu Beginn des Einsatzes der Messtechnischen Anlage erforderlich und dann nur noch in Zeitabständen von mehreren Monaten.
Um die zur Regeneration benötigte Salzsäure zu erhalten, wird bei Inbetriebnahme ein Liter Ammoniumchloridlösung (1,5 N) aus einem oberhalb des KAR angeordneten Behälter in den stark sauren Kationenaustauscher im KAR gegeben. Die Ammonium-Ionen werden gegen Wasserstoff-Ionen ausgetauscht und es entsteht Salzsäu re, die mittels Pumpe 9 über den Spülwasserstrom im Abstrom in die zu regenerierende Austauschersäule gepumpt wird. Das dabei entstehende Eluat (Ammoniumchloridlösung) wird wieder über das Ventil 7 dem KAR zugeführt, in dem wieder das entsprechende Äquivalent Salzsäure für die nächste Regeneration entsteht.
Somit kann sehr umweltfreundlich nach Zugabe einer Initialmenge Ammoniumchlorid-Lösung Salzsäure zur Regeneration erzeugt werden. Damit entsteht ein geschlossener Kreislauf, dessen Triebkraft das Alkalisierungsmittel in der Analysenflüssigkeit ist und der Wartungszeitraum nur noch abhängig von der Menge stark saurem Kationenaustauscher.
Das Auflockern der Kationenaustauscherharzteilchen erfolgt durch Rückspülen. Die eintretende Lösung wird an [LF, vor] vermessen. Der Flüssigkeitsstrom verzweigt sich und wird in KA1 behandelt. Er fließt durch den Hahn 1 in die Säule KA1, fließt nach deren Verlassen durch den Hahn 4 zur Messstelle [LF, nach], dann durch Hahn 3, weiter durch 6 in den Überlauf und verlässt das System. Der zweite Teilstrom fließt durch Hahn 2 in KA2 hinein, spült die Harzteilchen auf, verlässt KA2 durch den beschriebenen Schlauch geringer lichter Weite, vereinigt sich mit dem vermessenen Teilstrom Analysenflüssigkeit und verlässt mit diesem über Hahn 6 das System.
Im Anfahrbetrieb eines Kraftwerkes können bei entsprechender hydraulischer Verschaltung und elektronischer Steuerung sehr schnell exakte analytische Ergebnisse erzielt werden, indem ein jeweils frischer, unverbrauchter und gut gespülter Kationenaustauscher in der Start-up-Phase zugeschaltet wird und innerhalb von drei bis fünf Minuten aktuelle Werte der Wasserqualität ermöglicht.
Da bei Kraftwerksstillstand durch Volumenkontraktion sehr großer Wassermengen unvermeidlich Luft in die Meßsysteme eindringt, ist die Blasenfalle unentbehrlich, die dafür sorgt, dass in der Start-up-Phase die Luft vor Eintritt in die messtechnische Anlage entfernt wird.
Die Standzeit der Kationenaustauscher in den Säulen KA1 und KA2 verlängert sich von vier Wochen auf ein Jahr.
Legenden zu den Abbildungen
0
Messtechnische Anordnung
1
KA1 misst, KA2 wird im Abstrom gespült
2
KA2 misst, KA1 wird im Abstrom gespült
3
KA1 misst, KA2 wird im Aufstrom kurz rückgespült
4
KA2 misst, KA1 wird im Aufstrom rückgespült
5
KA1 misst, KA2 wird regeneriert und anschließend gespült
6
KA2 misst, KA1 wird regeneriert
7
Entleeren der Anlage bei geöffneten Deckeln von KA1 und KA2
8
Befüllen der Anlage und Ausbringen von Luft bei geöffneten Deckeln von KA1 und KA2
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

- DE 19850444 C2 [0002]
- DE 19850444 [0013]
- DE 10145253 [0013]

Claims

Anordnung zur analytischen Kontrolle des Wassers im Wasser-Dampf-Kreislauf von Kraftwerken entsprechend 0, bestehend aus – einem Zuführungsrohr mit Zweiwegehahn, einer Blasenfalle, einer Messturbine, einem Leitfähigkeitsmessgerät – einem Zylinder KA1, der einen mit Kationenaustauscherharz gefüllten Schlauch beinhaltet, welcher am unteren Ende perforiert ist und im weiteren eine Flüssigkeitsabführung trägt, die als Schlauch oder Röhre ausgebildet ist – weiteren Rohrabschnitten mit Ein- und Zweiwegehähnen und einer weiteren Leitfähigkeitsmessvorrichtung – einem zweiten Zylinder KA2, der analog dem erstgenannten angeordnet und ausgestattet ist – weiteren Ein- und Zweiwegehähnen, die in Verbindungsrohleitungen zwischen KA1 und KA2 angeordnet sind – einem Schwanenhalsrohr als Überlauf – einem Zweiwegehahn, der in einem Entleerungsrohrstrang eingefügt ist – einem Steuergerät – einem dritter Zylinder KAR, der durch Rohrleitungen in das System eingepasst, mit stark saurem Kationenaustauscher gefüllt und am oberen Ende mit einem Flüssigkeitsvorratsbehälter versehen ist – einer Schlauchpumpe.
Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Mehrwegehähne Schlauchquetschventile sind.
Verfahren zur analytischen Kontrolle des Wassers im Wasser-Dampf-Kreislauf von Kraftwerken durch Messen der Leitfähigkeit vor dem Eintritt der Analysenflüssigkeit in eine Säule mit einem stark sauren Kationenaustauscher und nachfolgendem Messen der Leitfähigkeit nach dem Verlassen dieser Säule, dem Weiterführen der Analysenlösung in eine zweite Säule mit unverbrauchtem oder teilweise verbrauchtem Kationenaustauscher im Abstrom zum Zwecke des Spülens durch Rückspülen desselben zur Bettlockerung, indem der Probenstrom auf beide Kationenaustauschersäulen KA1 und KA2 im Aufstrom verteilt wird durch Regenerieren des verbrauchten Kationenaustauschers in KA1 oder KA2 durch Zugabe einer Initialmenge an Ammoniumchlorid-Lösung durch Befüllen der Regenerieraustauschsäule KAR mit stark saurem Kationenaustauscher durch das ständige Erzeugen eines Äquivalentes an Säure im KAR aus dem beim Regenerieren von KA1 und KA2 entstehenden Eluat, das [NH₄]⁺ enthält.
Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Analyt mit einem dissoziierenden Salz dotiert ist.
Verfahren nach den Ansprüchen 3 und 4, dadurch gekennzeichnet, dass entsprechend 1 gearbeitet wird.
Verfahren nach den Ansprüchen 3 und 4, dadurch gekennzeichnet, dass entsprechend 2 gearbeitet wird.
Verfahren nach Ansprüchen 3 und 4 und 3, dadurch gekennzeichnet, dass ein Auflockern der Kationenaustauscherharzteilchen als Rückspülen durch die in 3 beschriebene Schaltung erfolgt, indem sich der Flüssigkeitsstrom verzweigt und in KA1 behandelt wird, weiter durch den Hahn 1 in die Säule KA1 fließt, nach deren Verlassen durch den Hahn 4 zur Messstelle [LF, nach], dann durch Hahn 3, weiter durch 6 in den Überlauf fließt und das System verlässt., während der zweite Teilstrom durch Hahn 2 in KA2 hinein fließt, die Harzteilchen aufspült, KA2 durch den beschriebenen Schlauch geringer lichter Weite verlässt, sich mit dem vermessenen Teilstrom Analysenflüssigkeit vereinigt und mit diesem über Hahn 6 das System verlässt.
Verfahren nach den Ansprüchen 3 und 4, dadurch gekennzeichnet, dass entsprechend 4 gearbeitet wird.
Verfahren nach den Ansprüchen 3 und 4 und 5, dadurch gekennzeichnet, dass dergestalt verfahren wird, dass das System so in sich geschlossen wird, dass ein großer Vorratsbehälter KAR des Volumens 10 bis 20 l mit stark saurem Kationenaustauscherharz gefüllt und mit Hilfe von 1,5 N Salzsäure initial mit H+ beladen wird, was nur zu Beginn des Einsatzes der Messtechnischen Anlage erforderlich ist und dann nur noch in Zeitabständen von mehreren Monaten, die wässrige Lösung, welche KA2 regeneriert hat, diese Säule verlässt und über den Hahn 2 und weiter über den Hahn 7 in die Säule KAR gelangt, wobei die vorhandenen Kationen gegen H⁺ getauscht und die Lösung über den Hahn 8 in KA2 zum weiteren Regenerieren rückgeführt wird und sich dieser Vorgang wiederholt bis zum vollständigen Austausch aller freien Kationen in der Lösung gegen H⁺, dass alternativ in KAR, um die zum Regenerieren von KA1 und/oder KA2 benötigte Salzsäure zu erhalten, bei Inbetriebnahme ein Liter Ammoniumchloridlösung (1,5 N) aus einem oberhalb des KAR angeordneten Behälter in den stark sauren Kationenaustauscher im KAR gegeben wird, wobei die Ammoniumionen gegen Wasserstoff-Ionen ausgetauscht werden und Salzsäure entsteht, die mittels Pumpe 9 über den Spülwasserstrom im Abstrom in die zu regenerierende Austauschersäule gepumpt wird und das dabei entstehende Eluat (Ammoniumchloridlösung) wieder über das Ventil 7 dem KAR zugeführt wird, wobei wieder das entsprechende Äquivalent Salzsäure für die nächste Regenerierung entsteht.
Verfahren nach den Ansprüchen 3 und 4, dadurch gekennzeichnet, dass entsprechend 6 gearbeitet wird.
Verfahren nach den Ansprüchen 3 und 4, dadurch gekennzeichnet, dass entsprechend 7 gearbeitet wird.
Verfahren nach den Ansprüchen 3 und 4, dadurch gekennzeichnet, dass entsprechend 8 gearbeitet wird.
Verfahren nach den Ansprüchen 3 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass der Flüssigkeitstransport in der Messvorrichtung durch eine oder mehrere Schlauchpumpen erfolgt.