DE2101137A1 - Verfahren und Einrichtung zur Ver hinderung von Steinansatz m Entsal zungsanlagen - Google Patents

Description

8500 N OR NBERQ H 53Ι 20/h

Ishikawajima-Harima Jukogyo Kabushiki Kaisha, No.2-1, 2-chome, Ote-machi, Chiyoda~ku, !Dokyo-to, Japan

Verfahren und Einrichtung zur Verhinderung von Steinansatz in

Entsalzungsanlagen

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Verhinderung von Steinansatz an den mit Wasser in Berührung kommenden Teilen von Entsalzungsanlagen sowie eine Einrichtung zur Durchführung dieses

Verfahrens. d

Zur Verhinderung des Kesselsteinansatzes oder sonstiger Ablagerungen in Entspannungsverdampfer-Destillationsanlagen zum Entsalzen von Salzwasser stehen im wesentlichen zwei unterschiedliche Verfahren zur Verfügung. Das eine davon besteht darin, ein den Steinansatz verhinderndes Mittel in das zu verdampfende Salzwasser einzugeben, während gemäss dem anderen Verfahren-in einem Vorbehandlungsschritt dem Salzwasser Kohlenstoffionen entzogen worden. Beide Verfahren sind jedoch hinsichtlich ihrer Durchführung und Wirtschaftlichkeit nicht zufriedenstellend.

109886/1079

Bei dem erstgenannten Verfahren,bei dem ein den Steinansatz verbinder.-.des Mittel, zumeist polymerisierte Phosphate, zugegeben wird, hängt der "beabsichtigte Erfolg der Verhinderung des Steinansatzes sehr von den Eigenschaften des Salzwasser ab und wird durch veränderte Eigenschaften stark "beeinträchtigt. Darüber hinaus erhöht die kontinuierliche Zugabe des Mittels die Betriebskosten beträcht lich.

In dem anderen Verfahren, gemäss dem dem Salzwasser kontinuierlich Säure zugegeben wird, um die Kohlenstoffionen im Salzwasser in Porm von Kohlendioxid o.dgl. zu binden, ist eine Entgasungssäule von relativ grossen Abmessungen erforderlich. Da darüber hinaus bei diesen Verfahren die Wasserstoffionenkonzentration in Salzwasser angehoben wird, wird auch der dadurch zunehmende Korrosionsangriff auf verschiedene, mit dem Salzwasser in Berührung kommende Teile problematisch. Die zur Verhinderung dieser Korrosion eingesetzten Gegenmittel verursachen aber wiederum höhere Kosten.

Ausgehend davon liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, die bekannten Entsalzungsverfahren dahingehend zu verbessern, dass der Steinansatz an den mit dem Y/asser in Berührung kommenden Teilen der Entsalzungsanlage auf einfachere und billigere Weise als bisher verhindert wird. Erfindungsgemäss wird diese Aufgabe dadurch gelöst, dass während des Entsalzungsvorganges dem Salzwasser in vorbestimmten Zeitintervallen unmittelbar vor dem Eintritt in und/oder während dos Durchlaufs durch die Kondensations- und Heiz-

109886/1079

leitungen des !Condensations-, Heiz- und Wärmerückgewinnungssystems kurzzeitig Säure zugegeben wird, so dass auf den Leitungen sieb bildender alkalischer Steinansatz bereits im Keimzustand stets von neuem gelöst und entfernt wird.

Die Erfindung geht somit von der Erkenntnis aus, dass der Steinansatz, der sich aus dem Salzwasser bildet und auf den Heizflächen der Entsalzungsanlage absetzt, entfernt wird, bevor ein merkliches Wachstum der Ablagerungen einsetzt. In diesem Zustand, in dem erst sehr feine Keimkerne der Ablagerung oder des Ansatzes vorhanden sind, lässt sich der Steinansatz auf einfache und wirtschaftliche Art und Weise mittels einer unkomplizierten Vorriohtung entfernen.

In einer bevorzugten Ausführungsform des Verfahrens wird die Säure ein-bis fünfmal je zehn Stunden zugegeben, so dass ein Teil des Salzwassers während einer Zeitdauer von jeweils zehn bis fünfzig Sekunden einen pH-Wert zwischen 1,7 und 3,0 aufweist.

Als Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens kommt insbesondere eine Mehrstufen-Entspannungsverdampfer-Entsalzungseinrichtung in Betracht, die erfindungsgemäss gekennzeichnet ist durch eine Impfvorrichtung für ein Zugabemittel am Eingang und weitere Impfvorrichtungen im Inneren eines Kondensators einer Wärmerüokgewinnungseinheit sowie am Eingang eines Salzwassererhitzers und weiterhin durch den Impfvorrichtungen zugeordnete. Detektoren zur Überwachung des pH-Wertes des durch den Kondensator und Erhitzer fliessenden

109886/1079

Wassers.

Weitere Vorteile und Merkmale der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels anhand der beiliegenden Zeiohnung sowie aus weiteren Unteransprüchen.

Die Zeiohnung zeigt eine schematische Darstellung einer Mehrstufen-Entspannungsverdampfer-Destillationseinrichtung zur Entsalzung von Salzwasser gemäss der vorliegenden Erfindung. Es ist eine ReZirkulationsanlage für Salzwasser, die eine Wärmerückgewinnungseinheit 1, eine Wärmefreigabeeinheit 2, einen Erhitzer 3, Kondensatoren 4 und 5, Pumpen 6, 7 und 8 sowie eine Saugleitung 9 umfasst. Weiterhin sind Impfvorrichtungen 10, 11, 12 und 13 vorgesehen, die entsprechenden Speicherbehältern 14, 15, 16 und 17 zugeordnet sind und die durch Überwachungs- und Steuereinheiten 18, 19, 20 und 21 kontrolliert sind. Die Steuereinheit 18 besteht aus einem Ventil 22, einer Mischvorrichtung 26 und einer Ventilsteuereinheit 30. Entsprechend enthalten die Steuereinheiten 19, 20 und 21 Mischvorrichtungen 27, 28 und 29 sowie auf die Wasserstoff ionenkonzentration ansprechende Detektoren 31, 32 und 33, weihe die Öffnung der Ventile steuern.

Das Salzwasser wird durch eine Pumpe 6 in das System eingespeist und kondensiert den Dampf, der durch Entspannung in der Wärmefreigabe einheit 2 entsteht. Das Salzwasser fliesst durch den Kon-

1Q9886/1079

densator 5 weiter und wird durch diesen erhitzt. Ein Teil des Salzwassers wird abgezweigt und der übrige Teil in die letzte Entspannungsstufe der Wärme freigäbeeinheit 2 eingeführt. Anscütessend wird dieses Salzwasser von der letzten Stufe des Kondensators 4 in die Wärmerückgewinnungseinheit 1 der Mehrstufenanlage durch die Pumpe 8 eingespeist. Das Salzwasser fliesst dann durch die Stufen im Kondensator 4 in den Erhitzer 3 aus der ersten Stufe des Kondensators. In dem Erhitzer 3 wird es erhitzt und in die erste Entspannungsstufe der Wärmerückgewinnungseinheit 1 eingebracht. Die Drücke in den Entspannungsstufen der Wärmerückgewin- ' nungseinheit 1 werden sukzessive abgesenkt, so dass eine damit einhergehende sukzessive Entspannung des Salzwassers bei dessen ' Durohströmung der ersten bis zur letzten Entspannungsstufe erfolgt. Das aus den Entspannungsstufen der Wärmerückgewinnungseinheit 1 austretende Wasser wird in die Entspannungsstufe der Wärmefreigabeeinheit 2 eingedrückt, so dass das Salzwasser weiter verdampft und sich mit dem aus dem Kondensator 5 kommenden Salzwasser mischt. Ansohliessend kommt es aus der Entspannungsstufe der Wärmefreigabeeinheit 2 wieder heraus und wird von neuem in den Kreislauf eingeführt.

In einer Entsalzungsanlage der vorstehend geschilderten Art lagert sioh Kesselstein o.dgl. auf den Heizflächen des Kondensators 4 und des Erhitzers 3 an. Im Rahmen des erfindungsgemässen Verfahrens wird nun aus der Impfvorrichtung 10 dem Salzwasser kurzzeitig in vorbestimmten Zeitintervallen Säure eingeimpft, bevor das Salzwasser in den Kondensator 4 eingedrückt wird, so dass

109886/1079

die Waseerstoffionenkonzentration des duroh den Kondensator 4 und den Erhitzer 3 fliessenden Salzwassers vorübergehend erhöht wird. Nach dem Verlassen des Erhitzers 3 wird das Salzwasser zur wiederholten Entspannung wie vorstehend erläutert durch dae System geleitet. Bei Bedarf kann intermittierend auoh ein Neutralisierungsmittel aus der Impfvorrichtung 13 in das Salzwasser eingegeben werden, das zwischen dem Erhitzer 3 und den Entspannungsstufen oder -kammern der Wärmerüokgewinnungseinheit strömt. Daduroh wird die Wasserstoffionenkonzentration, die sioh duroh die Zugabe dieser Säure erhöht hat, vor dem Eintreten in die Entspannungskammer wieder abgesenkt.

Ba die (Temperatur des Salzwassers während der Zuführung sum Erhitzer 3 zunimmt, steigt auch die Neigung zur Anlagerung von Keselstein. Um dieses Problem zu beseitigen, ist es vorteilhafter, die Säure an mehreren Stellen zwisohen dem Einlass des Kondensators 4 und dem Auslass des Erhitzers 3 einzuimpfen. In der Zone mit relativ niedriger !Temperatur zwischen dem Einlass und der Mitte des Kondensators 4 lässt sich die Steinablagerung verhindern, ohne dass die Wasserstoffionenkonzentration auf einen besonders hohen Wert, z.B. über den in der Zone mit hoher Temperatur, angehoben wird. In der letztgenannten Hochtemperatürzone, die den Erhitzer 3 einschliesst, muss jedoch die Wasserstoffionenkonzentration einen hohen Wert annehmen. Wird aber die Säure dem Salzwasser lediglich aus der Impfvorrichtung 10 zugegeben, dann liegt die Wasserstoffionenkonzentration in der Niedrigtemperaturzone höher als erforderlioh, sinkt aber andererseits in der Hooh-

109886/ 1 079

temperaturzone, wo sie hoch, sein sollte, ab. Folglich könnte der Ansatz von Kesselstein o.dgl. gerade in der Hoohtemperaturzone nicht zufriedenstellend verhindert werden. Aus diosem Grund sind weitere Impfvorrichtungen 11 und 12 zur Einimpfung von Säure in das Salzwasser in einem Abstand voneinander zwischen dem Einlass des Kondensators 4 und dem Auslass des Erhitzers 3 angeordnet. Zuerst wird eine bestimmte Menge von Säure aus der Impfvorrichtung 10 in das Salzwasser eingeimpft, so dass dieses eine bestimmte Säurekonzentration aufweist, während es durch die eine niedrige Temperatur aufweisende Kondensatorrohrleitung fliesst. Anschliessend wird zusätzlich aus der Impfvorrichtung 11 Säure eingegeben, bevor das Salzwasser in die Hochtemperaturzonen eintritt.' In diesem Falle lässt sich der Abbaueffekt erheblich steigern, wenn es gelingt, die impulsförmig ansteigende Säurekonzentration in dem zuerst geimpften Salzwasser mit der des später geimpften Salzwassers zur Koinzidenz zu bringen, da hierdurch der Peak der Säurekonzentration höher wird.

Zusätzliche Säure kann aus der Impfvorrichtung 12 zwischen dem Kondensator 4 und dem Erhitzer 3 dem Salzwasser eingeimpft werden, um mit Sicherheit eine Kesselsteinablagerung auf den Heizflächen des Erhitzers 3 zu verhindern.

ITm die Peaks der Säurekonzentrationsimpulse in Salzwasser miteinander zur Deckung zu bringen, wird die Säure aus den Impfvorrichtungen 11 und 12 gesteuert in einem Zeitintervall eingegeben, welches der Zeit entspricht, die die Säure benötigt, um von der Impf-

109886/1079

vorrichtung 10 zu den Impfvorriohtungen 11 und 12 zu gelangen« Dieses Verfahren ist allerdings nicht ganz zufriedenstellend, da dieser zeitliohe Abstand in Abhängigkeit von der Strömungsgeschwindigkeit des Salzwassers im Kondensator 4 sieh ändert. Zur Lösung dieses Problems wird daher die Wasserstoffionenkon— zentration stromaufwärts von den Impfvorrichtungen 11 und 12 überwacht, so dass der Zeitpunkt der Einimpfung der Säure in das Salzwasser exakt bestimmt und gesteuert werden kann. Auf diese Weise lassen sich die Peaks der Ionenkonzentrationsimpulse exakt miteinander auf einfache Weise zur Deckung bringen. Dieses Koinzi denzverfahren kann selbstverständlich auch für die Einspeisung eines Neutralisiermittels aus der Impfvorrichtung 13 angewendet werden. Die Detektoren 31» 32 und 33 stellen somit Überwachungselemente für die Wasserstoffionenkonzentration dar, mit deren Hilfe die Peaks der Ionenkonzentrationsimpulse zur Deckung gebracht werden.

In dem erfindungsgemässen Verfahren müssen die Anzahl der Zugaben ■von Säure in das Salzwasser, die dabei erzielte Wasserstoffionenkonzentration des zirkulierenden Salzwassers und das Zeitintervall, währenddessen diese Wasserstoffionenkonzentration aufrechterhalten wird, aufeinander abgestimmt werden. Es ist nicht notwendig, in dem zirkulierenden Salzwasser einen pH-Wert von unter 1,7 aufrechtzuerhaltende dadurch eine Korrosion an den Teilen der Anlage hervorgerufen werden kann. Liegt jedoch der pH-Wert über 3, dann ist der Abbaueffekt nicht auereiohend. Der bevorzugte pH-Wert liegt somit zwisohen 1,7 und 3,0.

109886/107 9

Es wurden Versuche durchgeführt, um die Abhängigkeit zwischen άβτ Anlagerungsgesohwindigkeit des Kesselsteines auf den Heizfläohen der Rohrleitungen und der Anzahl der SäureImpfungen zu ermitteln. Es liess sich keine Anlagerung von Kesselstein nach drei und fünf Stunden Betriebsdauer des Wärmetauschers feststellen, wenn eine "bis fünf Säure Impfungen je zehn Stunden erfolgten· Daraus ist zu sohliessen, dass diese Anzahl zu einer wirkungsvollen Verhinderung des Kesselsteinansatzes ausreichend ist. Wird die Anzahl von Säureimpfungen erhöht, dann steigt auch die Gefahr des Auftretens von Korrosion. Wird weiterhin das Zeitintervall, zu dem der pH-Wert des Salzwassers in dem vorstehend genannten pH-Bereioh gehalten wird, kleiner als zehn Sekunden gewählt, so ist die zur Verfügung stehende Reaktionszeit zu kurz um die Anlagerung des Kesselsteines wirkungsvoll".zu verhindern· Steigt jedooh dieses Zeitintervall auf über fünfzig Sekunden an, besteht wieder die Gefahr,der Korrosion.

Das erfindungsgemässe Verfahren ist vorstehend im Zusammenhang mit einer Mehrstufen-Entspannungsverdampfer-Destillationsanlage, in der das Salzwasser zirkuliert, erläutert worden. Selbstverständlich lässt es sioh jedooh in gieioher Weise auf andere Mehrstufen-Destillationsanlagen sowie auf solche anwenden, in denen das Salzwasser nicht im Kreislauf geführt wird.

Aus der vorstehenden Beschreibung geht hervor, dass die Erfindung auf der beobachteten Tatsaohe beruht, dass in einer Entspannungs—-verdampfer-Entsalzungsanlage zwischen dem Zeitpunkt, en dem sioh

109886/1079

Kesselstein bildet und auf der Heizfläche ansetzt, und dem Zeitpunkt, an dem ein merkliches Wachstum des Kesselsteins einsetzt, ein zeitlicher Zwischenraum vorliegt. Daraus folgt, dass die Säure nicht kontinuierlich eingeimpft zu werden braucht. Nach dem erfindungsgemässen Verfahren wird deshalb die Säure in geringen Mengen intermittierend zugegeben, wodurch sich die erforderliche Zugabemenge an Säure auf ein Zehntel der früher benötigten Menge reduzieren lässt. Weiterhin entsteht das Problem der Korrosion in einem erheblioh geringerem Masse, selbst wenn die Zugabemenge an Säure variiert wird, da die Impfdauer ausserordentlioh kurz ist· Zur Durchführung des erfindungsgemässen Ver fahrens werden lediglich die Impfvorrichtungen benötigt_f,die die Säure periodisch in das Salzwasser einimpfen. Entgasungssysteme mit grossen Abmessungen, die gewöhnlich bei dem Verfahren mit kontinuierlicher Säurezugabe benötigt werden, können entfallen. Daduroh werden die Installationskosten der Anlage erheblioh gesenkt·

9816/1079

ORIGINAL INSPECTED

Claims (3)

Patentansprüche

1. Verfahren zur Verhinderung von Steinansatz an den mit Wasser in Berührung kommenden Teilen von Entsalzungsanlagen, dadurch

gekennzeichnet, dass während des EntsalzungsVorganges dem ^ Salzwasser in vorbestimmten Zeitintervallen unmittelbar vor dem Eintritt in und/oder während des Durohlaufs durch die !Condensations- und Heizleitungen des Kondensations-, Heiz- und Wärmerückgewinnungssystems kurzzeitig Säure zugegeben wird, so dass auf den Leitungen sich bildender alkalischer Steinansatz bereits la Keimzustand stets von neuem gelöst und entfernt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die M Säure ein- bis fünfmal je zehn Stunden zugegeben wird, so dass ein Teil des Salzwassers während einer Zeitdauer von jeweils zehn bis fünfzig Sekunden einem pH-Wert zwisohen 1,7 und 3,0 aufweist·

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2 "bei Anwendung an einer Mehrstufen-Entspannungsverdampfer-Destillationsanlage ,dadurch gekennzeiohnet, dass dem Salzwasser die Säure am Eingang und im Inneren eines Kondensators einer Wärmerüokgewinnungsein-

109886/1079

heit sowie am Eingang eines Salzwassererhitzers für das zirkulierende Salzwasser in einem derartigen zeitliohen Abstand eingeimpft wird, dass der Peak der Säurekonzentration aufgrund der stromaufwärts liegenden Impfstellen zusammenfällt mit dem Peak der Säurekonzentration aufgrund der strom abwärts liegenden Impfstellen·

4· Mehrstufen-EntspennungsYerdampfer-Entsalzungseinriohtung gekennzelohnet duroh eine Impfvorrichtung für ein^Zugabemittel am Eingang und weitere Impfrorriohtungen im Inneren eines Kondensators (4) einer Wärmerüokgewinnungseinheit (1) sowie am Eingang eines Salzwassererhitzers (3) und duroh den Impfvorriohtungen (10, 11,-12, 13) zugeordnete Detektoren (31» 32, 33) zur Überwachung des pH-Wertes des duroh den Kondensator (4) und den Erhitzer (3) fliessenden Wassere*

109886/1079