DE2538838C3

DE2538838C3 - Einrichtung zur Analyse von Speisewasser- und Kondensatproben von Kraftanlagen

Info

Publication number: DE2538838C3
Application number: DE19752538838
Authority: DE
Inventors: Aleksej Aleksejevitsch Mostofin; Nina Sergejevna Sorokina
Original assignee: Centralnyj Nautschno-Issledovatelskij I Proektno-Konstruktorskij Kotloturbinnyj Institut Imeni Ii Polsunova Leningrad (sowjetunion)
Current assignee: Centralnyj Nautschno-Issledovatelskij I Proektno-Konstruktorskij Kotloturbinnyj Institut Imeni Ii Polsunova Leningrad (sowjetunion)
Priority date: 1975-09-01
Filing date: 1975-09-01
Publication date: 1979-05-10
Also published as: DE2538838A1; DE2538838B2

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Einrichtung zur Analyse von Speisewasser- und Kondensatproben von Kraftanlagen, mit einer Drucksäule und einem daran angeschlossenen Proben-Konzentrator, der durch mehrere in Bewegungsrichtung der flüssigen Phase der Probe reihenweise miteinander verbundene Verdampfer gebildet wird, die jeweils an ihrem Austritt für das Dampf-Gas-Gemisch eine Drossel aufweisen, und mit einem am Austritt der konzentrierten Probe aus dem Konzentrator angeordneten Leitfähigkeitsgeber, dessen Ausgangssignal dem Salzgehalt der Probe proportional ist.

Ein lang dauernder und störungsfreier Betrieb heutiger großer Kraftanlagen wird in bedeutendem Maße von zwei Hauptgütekennwerten des Arbeitsmediums bestimmt, und zwar von dem minimalen Gehalt an nicht flüchtigen Ionenbeimengungen, »Salzen« und von der Konstanthaltung der optimalen Konzentration des Wassers mit Ammoniak, das als Korrekturmittel dient.

Eine Erhöhung des Salzgehaltes ruft eine Verschlechterung der Qualität von Speisewasser und Kondensatströmen hervor, wodurch die Zuverlässigkeit und Sicherheit des Betriebes vermindert wird und wodurch sich die Notwendigkeit ergibt, die gesamte Anlage für ein chemisches Reinigen sowohl des Dampfgenerators al« auch der Turbine vorzeitig abzuschalten.

Eine Erhöhung des im Speisewasser enthaltenen optimalen Ammoniakgehaltes führt zwangsläufig zu einer Erhöhung der Intensität der Korrosion von aus kohlenstoffhaltigem Stahl oder Messing gefertigten Teilen der Kraftanlagen, wodurch die Bildung und Anhäufung von Abscheidungen von Korrosionsproduk-■3 ten in den für die Dampferzeugung dienenden Kesselrohren und in der Turbine verursacht wird. Es ist eine Einrichtung zur Analyse von salzreichen Kondensatproben bekannt (s. GB-PS 1188 056), die es ermöglicht, den Salzgehalt einer entgasten und konzen-

! α trierten Probe automatisch bestimmen zu können. Diese bekannte Einrichtung enthält eine Drucksäule, die die Konstanthaltung des Druckes innerhalb des Konzentrators und ein Ablassen von überschüssigen Mengen der zu entnehmenden Probe gewährleistet Die Drucksäule

ι ^r> ist hierbei mit einem Konzentrator verbunden, der vier nachgeschaltete Verdampfer aufweist Jeder Verdampfer enthält einen Rohrer hitzer und eine Drossel, die zur Begrenzung der Menge von anfallenden Dampfschwaden dient Alle Verdampfer sind hierbei an einem

2» gemeinsamen Kondensator angeschlossen, in welchem der in Verdampfern des Konzentrators gebildete Dampf verflüssigt wird.

Am Austritt aus dem vierten Verdampfer ist hierbei ein zur Anzeige der elektrischen Leitfähigkeit der

2^ri konzentrierten Probe dienender Geber angeordnet, der zwei Elektroden aus nicht rostendem Stahl aufweist 1st die Probe durch den Geber durchgegangen, so gelangt sie über einen Wasserverschluß in einen Verdampfer, der eine am Austritt des Dampfes aus diesem

jo Verdampfer angeordnete Drossel aufweist. Dieser Verdampfer dient zum Eindampfen der aus dem Geber ausgetretenen konzentrierten Probe und ist in der Dampfphase an den Kondensator angeschaltet. Am Geber ist mittels Klemmen ein mit einer geteilten Skala

r> versehenes Registriergerät zur Anzeige des Salzgehaltes angeschlossen. Der Wasserverschluß sichert eine störungsfreie Wirkungsweise des Gebers. Ein im unteren Teil des Wasserverschlusses angeordnetes Ventil ermöglicht die periodische Entnahme der

t» konzentrierten Proben für die chemische Analyse.

Die von der Drucksäule angeordnete mehrstufige Drossel dient zur Begrenzung des Durchsatzes der in die Einrichtung gelangenden Probe und zur Verminderung des Druckes der Probe auf Atmosphärendruck.

v> Eine andere Drossel ist dazu vorgesehen, das Kondensat des Heizdampfes unter geringem Dampfdurchschlag auszulassen. Ein Kühler dient zur Abkühlung der der Einrichtung zuzuführenden Probe und des aus Erhitzern kommenden Heizdampfes. Ein periodi-

w sches Spülen des letzten Verdampfers wird über ein Ventil durchgeführt.

Die Arbeitsweise dieser Einrichtung besteht darin, daß die Salzkonzentration der durch den Konzentrator strömenden Probe allmählich erhöht und der Gehalt an Gasbestandteilen vermindert wird. Demnach wird dem Leitfähigkeitsgeber eine konzentrierte Probe zugeführt, die im wesentlichen nur Salze enthält, wodurch bei Kraftanlagen die Durchführung einer automatischen kontinuierlichen Kontrolle des Gehaltes des Speisewas-

Mi sers an Salzen und des Gehaltes an Kondensat ermöglicht wird.

Derartige bekannte Vorrichtungen weisen jedoch den Nachteil auf, daß sie die Bestimmung der Konzentration des in Speisewasser- und Kondensatpro-

b^r) ben enthaltenen Korrekturmittels, des Ammoniaks, nicht ermöglichen. Eine kontinuierliche und automatische Messung der Ammoniakkonzentration von Speisewasser und Kondensat ist jedoch für die Wärme- und

Atomenergiewirtschaft von großem praktischen Interesse. Die Zufuhr von Ammoniak zum Speisewasser ist sorgfältig zu dosieren, um den optimalen pH-Wert konstant halten zu können, bei dem die Korrosionsgeschwindigkeit von Stahl- und Kupferteilen des Leitungssystemes von Wärme- und Atomkraftwerken in minimalen Grenzen gehalten wird.

Für Kondensationswärmekraftwerke und Atomkraftwerke mit Wasser-Wasser-Reaktoren verhält sich der Salz- und Ammoniakgehalt von Speisewasser zu dem von Kondensat wie 0,5 bis 1 zu 10.

Es erscheint deshalb möglich, die Ammoniakkonzentration nach dem Gesamtleitfähigkeitswert der Speisewasser- oder Kondensatprobe zu messen.

Es sind Sondereinrichtungen — Konduktometer — zur Bestimmung der Gesamtleitfähigkeit bekannt, bei denen die Probe nach der Abkühlung in den Leitfähigkeitsgeber gelangt. Ein Nachteil dieser Einrichtungen besteht in der geringen Zuverlässigkeit, repräsentative Angaben über die Ammoniakkonzentration erhalten zu können, weil die zu analysierenden Proben Kohlensäure enthalten, die ebenfalls die Gesamtleitfähigkeit beeinträchtigt Ein weiterer Nachteil von Konduktometem besteht darin, daß es notwendig ist, Temperaturkorrekturen der Proben anzugeben, wozu die Verwendung von Sondereinrichtungen, wie Thermokompensatoren, erforderlich wird.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Einrichtung zur Analyse von Speisewasser- und Kondensatproben von Kraftanlagen zu entwickeln, die es ermöglicht, mit Hilfe nur einer Probe die Ammoni&k- und Salzkonzentration gleichzeitig bestimmen zu können.

Die gestellte Aufgabe wird dadurch gelöst, daß die Drossel des ersten in der Bewegungsrichtung der zu untersuchenden Probe angeordneten Verdampfers eine kleinere öffnung für den Austritt des Dampf-Gas-Gemisches aufweist als die Drossel der anderen Verdampfer und dabei so bemessen ist, daß im ersten Verdampfer im wesentlichen nur die Kohlensäure aus der Probe entweicht, und daß zwischen dem ersten und dem darauffolgenden Verdampfer ein zweiter Leitfähigkeitsgeber angeordnet ist, dessen Ausgangssignal dem Ammoniakgehalt der Flüssigkeitsphase proportional ist.

Es ist vorteilhaft, wenn die Drossel am Ausgang des ersten Verdampfers um das 1,5- bis 2fache kleiner als die Drosselöffnung der anderen Verdampfer ist.

Es ist günstig, wenn die beiden Leitfähigkeitsgeber an ein gemeinsames Registriergerät angeschlossen sind.

Durch eine solche bauliche Gestaltung wird es ermöglicht, die Konzentration von Ammoniak und Salzen mit Hilfe von jeweils nur einer Probe zu bestimmen.

In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel des Gegenstandes der Erfindung schematisch dargestellt.

Ist die Probe mittels einer bekannten (in der Zeichnung nicht dargestellten) Einrichtung entnommen, so wird diese Speisewasser- oder Kondensatprobe durch eine mehrstufige, zur Beschränkung des Probendurchsatzes und zur Verminderung des Probendruckes auf den atmosphärischen Druck dienende Drossel 1 und durch einen Kühler 2 geleitet, worauf sie dann zu einer Drucksäule 3 gelangt, die eine Konstanthaltung des Druckes in einem Konzentrator und ein Ablassen von überschüssigen Mengen der zu entnehmenden Probe gewährleistet. Die Drucksäule ist als Vertikalrohr 4 gestaltet, in dessen Innerern ein zweites Rohr 5 kleineren Durchmessers angeordnet ist. Der Austritt der Drucksäule ist mit dem Konzentrator verbunden, der aus vier reihenweise miteinander in Verbindung stehenden Verdampfern 6 in Form von zylindrischen Vertikalrohren besteht Jeder Verdampfer enthält eine Erwämiungseinrichtung 7 und eine in seinem oberen Teil angeordnete Drossel 8. Der in Bewegungsrichtung der zu analysierenden Flüssigkeit liegende erste Verdampfer weist eine Drossel mit einem etwas kleineren Durchmesser seiner Durchgangsöffnung auf,

ίο als bei den in den anderen Verdampfern befindlichen Drosseln. In diesem Verdampfer wird dadurch eine solche Höhe des Flüssigkeitsstandes gewährleistet, bei der im wesentlichen nur die Kohlensäure entgast wird. Der Durchmesser der Durchgangsöffnung der Drossel 8

ι-, im in der Bewegungsrichtung der Flüssigkeit liegenden ersten Verdampfer 6, ist zur Gewährleistung solcher Entgasungsbedingungen um das 1,5- bis 2fache kleiner als der Durchmesser der Durchgangsöffnungen der Drosseln der anderen Verdampfer.

jo Alle Verdampfer 6 sind an einen gemeinsamen Kondensator 9 angeschlossen, in welchem der aus dem Verdampfer 6 des Konzentrator kommende Dampf verflüssigt wird.

Der Leitfähigkeitsgeber 10 für die teilweise entgaste

> ι Probe braucht nicht ausführlich beschrieben zu werden, weil solche Leitfähigkeitsgeber allgemein bekannt sind und im Handel zur Verfügung stehen. Es ist nur zu bemerken, daß dieser Leitfähigkeitsgeber zwei Elektroden aus nicht rostendem Stahl zum Anschließen

jo desselben an ein Registriergerät aufweist. Der Leitfähigkeitsgeber 10 ist am Austritt des ersten Verdampfers 6 angeordnet, und mit diesem sowie mit dem darauffolgenden Verdampfer so verbunden, daß die aus dem ersten Verdampfer austretende Probe die Elektro-

j-, den des Leitfähigkeitsgebers umspült und dann in den zweiten Verdampfer gelangt. Der andere Leitfähigkeitsgeber für die konzentrierte Probe besitzt ebenfalls zwei Elektroden aus nicht rostendem Stahl und ist am Austritt der Probe aus dem vierten Verdampfer β des Konzentrators angeordnet. Der Austritt dieses anderen Leitfähigkeitsgebers 11 steht über einen Wasserverschluß 12 mit einem Verdampfer 13 in Verbindung, der eine Begrenzungsdrossel 14 am Austritt des Dampfes aus dem Verdampfer 13 aufweist. Der Verdampfer 13

4-, dient zum Eindampfen der konzentrierten Probe, die aus dem Leitfähigkeitsgeber 11 kommt, und ist an dem Kondensator 9 angeschlossen. Mit den Leitfähigkeitsgebern 10 und 11 ist mit Hilfe von Klemmen 15 ein Registriergerät 16 verbunden, das zwei Skalen aufweist,

)(> und zwar eine für den Ammoniakgehalt und eine für den Salzgehalt. Der Wasserverschluß 12 sichert einen zuverlässigen Betrieb des Leitfähigkeitsgebers 11. Ein Ventil 17 für den Wasserverschluß ermöglicht es, periodisch konzentrierte Proben zur chemischen Analy-

v> se zu entnehmen.

Zum Auslassen des Heizdampfkondensates unter geringem Dampfdurchschlag ist eine Drossel 18 vorgesehen.
Zur Abkühlung des Kondensates des aus der

w) Erwärmungseinrichtung 7 kommenden Heizdampfes dient ein Kühler 19. Ein periodisches Spülen des Verdampfers 13 kann über ein Ventil 20 durchgeführt werden.

Die Wirkungsweise der erfindungsgemäßen Einrichte tung besteht im folgenden:

Die ankommende Speisewasser- oder Kondensatprobe strömt durch die mehrstufige Drossel 1 dem Kühler 2 zu und tritt dann in die Drucksäule 3 ein, die eine

Konstanthaltung des Druckes in den Verdampfern 6 und 13 und ein Ablassen von überschüssigen Mengen der entnommenen Probe in eine (durch den Pfeil »A« gezeigte) Verwertungsleitung gewährleistet.

Aus der Drucksäule 3 gelangt die Probe unter einem bestimmten Druck und Durchsatz durch reihenweise miteinander verbundene Verdampfer 6, in denen sie aufeinanderfolgend eingedampft wird. Der sekundäre Dampf (die Dampfschwaden) jedes Verdampfers 6 und 13 strömt durch Drossel 8 bzw. 14 und gelangt in den gemeinsamen unter Atmosphärendruck stehenden Kondensator 9, in welchem er verflüssigt und in das Kondensatverwertungssystem (wie dies durch den Pfeil »ß« dargestellt ist) abgelassen wird.

Die Durchgangsöffnung der Drossel 8 des ersten Verdampfers 6 weist einen um das 1,5- bis 2fache kleineren Durchmesser, als die Durchgangsöffnungen der Drosseln 8 der anderen Verdampfungsstufen auf. In der ersten Verdampfungsstufe wird deshalb ein kleinerer Flüssigkeitsstand gehalten und eine kleinere Dampfmenge erzeugt, als in den anderen Verdampfern. Man stellt die Dampfleistung des ersten Verdampfers auf eine Größe ein, die zum Vorerwärmen der Flüssigkeit auf die Sättigungstemperatur und zur teilweisen Entgasung derselben ausreichend ist.

Von zwei in der Probe enthaltenen gasförmigen Bestandteilen, und zwar Ammoniak und Kohlensäure, wird dabei, wie Versuche ergeben haben, im ersten Verdampfer im wesentlichen nur die bedeutend schwerer als Ammoniak lösliche Kohlensäure (etwa um das lOOOfache nach Volumen Verhältnissen) und ein sehr unbedeutender Teil Ammoniak entfernt Auf solche Weise enthält die Flüssigkeitsprobe beim Austritt aus dem ersten Verdampfer nur den Salzbestandteil und das Ammoniak, wobei das Verhältnis der Salz- zur Ammoniakkonzentration in derselben praktisch dem Verhältnis in der Ausgangsprobe entspricht, in der die Ammoniakkonzentration um ein Vielfaches (mehr als um das 10Ofache) die Salzkonzentration übersteigt. Das Signal des Leitfähigkeitsgebers 10 charakterisiert somit gerade der. Ammoniakgehalt der Probe mit großem Genauigkeitsgrad.

Aus dem ersten der Verdampfer 6 tritt die von der Kohlensäure befreite Probe bei einer der Sättigungstemperatur nahekommenden Temperatur in den Leitfähigkeitsgeber 10 für die nicht konzentrierte Probe und dann anschließend in den nachfolgenden Verdampfer ein. Das an Klemmen 15 des Gebers 10 abgenommene Signal gibt also den Ammoniakgehalt der Probe wieder. Dieses Signal gelangt zum Registriergerät. Aus dem vierten der Verdampfer 6 gelangt die mehrfach eingedampfte und tief entgaste Probe in den Leitfähigkeitsgeber 11 für die konzentrierte Probe und aus diesem über den Wasserverschluß 12 in den letzten Verdampfer 13 zum vollständigen Eindampfen.

Die Eindampfung der Probe wird mit Hilfe von mit innerer Dampfbeheizung betriebenen Erwärmungseinrichtungen 7 durchgeführt. Als Heizmittel dient der gesättigte Niederdruckdampf, der dem Verdampfer 6 und 13 (gemäß Pfeil »C«)zugeführt wird. Die Heizfläche der Verdampfer 6 oder 13 weist eine Sieherheitsreservc auf, die den Betrieb derselben bei verschiedenen Heizdampfdrücken ermöglicht. Das innerhalb der Erwärmungseinrichtung 7 gebildete Heizdampfkondensat wird über die Drossel 18 in einen Kühler 19 und dann (gemäß Pfeil »D«)'\n das Verwertungssystem abgeführt. Der Eindampfungsgrad K der durch den Leitfähigkeitsgeber 11 strömenden Probe gleicht dem Verhältnis des Durchsatzes G der einzudampfenden Probe zur Leistung #des Verdampfers 13, und zwar

K =

wo F die Gesamtfläche der Öffnungen aller Drosseln 8 und 14 und / die Öffnungsfläche der Drossel 14 des Verdampfers 13 sind.

Diese einfache Abhängigkeit ist dadurch bedingt, daß das Druckgefälle und der Heizdampfzustand für alle Drosseln 3 und 14 gleich gehalten werden.

Der Druck vor den Drosseln 8 und 14 gleicht dem durch die Drucksäule 3 erzeugten Druck und nach den Drossel 8 und 14 dem atmosphärischen Druck.

Fällt der Druck in einem der Verdampfer 6 und 13 ab, so erhöht sich die Eintrittsmenge der in diesen Verdampfern einzudampfenden Probe und nimmt die Wärmeaustauschintensität zu, während die Leistung und der Druck in dieser Stufe zu steigen beginnen und Normalwerte erreichen können. Übersteigt der Druck in einem der Verdampfer 6 und 13 den Normalwert, so erfolgt der umgekehrte Vorgang.

Im Verdampfer 13 kommt es zur vollständigen Eindampfung der entnommenen Probe. Die Konzentration der gelösten Salze nimmt darin kontinuierlich zu und kann solche Werte erreichen, bei denen sie auszufallen beginnen. Um dies zu verhindern, weist der Verdampfer 13 ein Ventil 20 zum periodischen Spülen auf.

Die kontinuierliche Messung der Ammoniakkonzentration und des Salzgehaltes wird mit Hilfe des Registriergerätes 16 durchgeführt, das zwei Skalenteilungen aufweist und zwar in Einheiten der Ammoniakkonzentration und in Einheiten des Salzgehaltes.

Die Salzgehaltskala wird nach Berechnungsdaten und die Ammoniakgehaltskala nach Daten der chemischen Analyse geeicht

Sind Kraftblöcke einer Kesselturbine mit den erfindungsgemäßen Einrichtungen ausgestattet so ist eine bedeutende jährliche Einsparung erzielbar, die sich aus durch die Einsparung von Proben ergebenden Kosten sowie aus Kosteneinsparungen durch die entfallende Notwendigkeit zwei verschiedene chemische Analysierungseinrichtungen für den Salz- und Ammoniakgehalt beschaffen zu müssen, zusammensetzt

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche;

1. Einrichtung zur Analyse von Speisewasser- und Kondensatproben von Kraftanlagen, mit einer Drucksäule und einem daran angeschlossenen Proben-Konzentrator, der durch mehrere in Bewegungsrichtung der flüssigen Phase der Probe reihenweise miteinander verbundene Verdampfer gebildet wird, die jeweils an ihrem Austritt für das Dampf-Gas-Gemisch eine Drossel aufweisen, und mit einem am Austritt der konzentrierten Probe aus dem Konzentrator angeordneten Leitfänigkeitsgeber, dessen Ausgangssignal dem Salzgehalt der Probe proportional ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Drossel (8) des ersten in der Bewegungsrichtung der zu untersuchenden Probe angeordneten Verdampfers (6) eine kleinere öffnung für den Austritt des Dampf-Gas-Gemisches aufweist als die Drosseln der anderen Verdampfer und dabei so bemessen ist, daß im ersten Verdampfer (6) im wesentlichen nur die Kohlensäure aus der Probe entweicht, und daß zwischen dem ersten und dem darauffolgenden Verdampfer ein zweiter Leitfähigkeitsgeber (10) angeordnet ist, dessen Ausgangssignal dem Ammoniakgehalt der Flüssigkeitsphase proportional ist.

2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Drossel am Ausgang des ersten Verdampfers um das 1,5- bis 2fache kleiner als die Drosselöffnung der anderen Verdampfer ist.

3. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Leitfähigkeitsgeber an ein gemeinsames Registriergerät (16) angeschlossen sind.