DE595897C - Einrichtung zum Verhueten und Losloesen von Kesselsteinablagerungen mittels einer Stromquelle - Google Patents

Description

Es sind bereits zahlreiche Verfahren vorgeschlagen worden, um die Wandungen metallischer Behälter, insbesondere von Dampferzeugern, Vorwärmern, Kondensatoren und Kochern, auf elektrischem Wege vor Steinablagerungen zu schützen oder sie von Ansätzen zu befreien. Bei diesen bekannten Verfahren hat man mit in den Behälter hineinragenden isolierten Elektroden gearbeitet,

ίο um.durch den zugeführten Strom eine Kesselsteinlösung auf elektrolytischem Wege zu erzielen. In manchen Fällen hat man den Stromschluß durch die zu schützende Behälterwand selbst hergestellt, 'd. h. Strom über die Behälterwand geleitet öder aber die Behälterwand einpolig an eine Stromquelle angeschlossen. In allen diesen Fällen hat man sowohl Gleichstrom, ohne und mit Richtungswechsel, als auch die verschiedenen Arten von Wechselstrom verwendet.

Ferner ist bei jenen Verfahren, bei denen. zwischen der als Kathode geschalteten Behälterwandung und einer von der Behälterflüssigkeit umspülten Innenelektrode (Anode) eine Stromquelle gelegt wird, ein zeitweises An- und Abschalten dieser Stromquelle vorgeschlagen worden, so daß die Stromzufuhr mit Unterbrechungen erfolgt. Auch dieses Verfahren zielte darauf ab, durch die elektrolytischen Wirkungen des zugeführten Stromes die Kesselsteinablagerungen zu lösen.

Die bisherigen, auf eine elektrolytische Wirkung abzielenden Verfahren haben den Nachteil, daß dabei das Metall der Behälterwandung angegriffen werden kann.

Die vorliegende Erfindung schließt sich an das vorstehend erwähnte Verfahren an, geht jedoch in der weiteren Ausbildung dieses Verfahrens insofern einen grundsätzlich verschiedenen Weg, als zur Lösung der Kessel-Steinablagerungen die elektrochemischen Wirkungen von Polarisationsströmen ausgenutzt werden. Demgemäß besteht das Wesen der Erfindung darin, daß während der Unterbrechung der Stromzufuhr eine äußere Verbindung zwischen der Behälterwandung und der Innenelektrode über einen Schalter hergestellt wird, so daß Zeitabschnitte von Polarisation und Depolarisation miteinander abwechseln, und daß die zur Polarisation verwendeten Spannungen vorzugsweise gleich sind dem für den betreffenden Behälterwerkstoff gültigen Überspannungswert von Wasserstoff und höchstens gleich sind der Zersetzungsspannung.

Die Zeichnung veranschaulicht in schematischer Darstellung die zur Durchführung der Erfindung dienenden Einrichtungen bei einem Dampfkessel.

Der Kessel K ist als Kathode und eine in dem Kessel isoliert angeordnete Elektrode^ als Anode an eine (nicht dargestellte) Stromquelle angeschlossen. Wenn die Spannung dieser Stromquelle höher ist, als zum Betrieb der Einrichtung angewendet werden soll, so werden der Kessel K und die Innenelektrode A

im Nebenschluß zu den im Verhältnis zwischen der vorhandenen Spannung und der anzuwendenden Spannung entsprechenden Widerständen W und W₁ geschaltet, so daß sich für die Stromzufuhr zu dem Kessel die gewünschte niedrigere Spannung ergibt. Zwischen den zum Kessel und zur Innenelektrode führenden Leitungen L₁ und L₂ ist eine Verbindungsleitung V mit einem Schaltapparat S vorgesehen.

Bei dem Betrieb der Einrichtung wird zunächst der Schalter S so eingestellt, daß die Verbindung zwischen den Leitungen L₁ und L₂ unterbrochen ist, während die Kesselwand K und die Innenelektrode A an die Stromquelle angeschlossen sind. An der Kesselwand scheidet sich eine Wasserstoff schicht ab, deren Dichte je nach der verwendeten Spannung und der übergeführten Strommenge allmählieh zunimmt. Von der verwendeten Spannung hängt es bekanntlich auch ab, ob sich die WasserstaffsiSiicht von der Kesselwand loslöst, nachdem sie eine bestimmte Dichte erreicht hat. Je nach der verwendeten Spannung und der Zeitdauer des Stromdurchganges wird daher die Kesselwand /C vollkommen oder teilweise polarisiert.

Nach Umstellung des Schalters S, durch welche der Kessel K und die Innenelektrode A von der Stromquelle abgeschaltet und die Stromverbindung zwischen den Leitungen L₁ und L₂ über die Verbindungsleitung V hergestellt wird, kommt die durch die Polarisation geschaffene Polarisationsgegenspannung zur Wirkung und sendet über die Verbindungsleitung V einen Polarisationsstrom durch die Kesselwand, das Kesselwasser und die Innenelektrode. Der Polarisationsstrom hat selbstverständlich die entgegengesetzte Richtung wie der frühere polarisierende Strom und bewirkt einen teilweisen Abbau der an der Kesselwand vorhandenen Wasserstoffschicht. An der Kesselwand, treten Wasserstoffkationen in Lösung, die sich, mit Säureradikalanionen zu Säuremolekülen verbinden. Diese spurenweise auftretenden Wasserstoffsalze wirken nun in der Grenzfläche zwischen der Kesselwand und der . Kesselsteinschicht auf die letztere ein und bewirken allmählich deren Loslösung von der Kesselwand. Der Polarisationsstrom klingt allmählich ab, bis im Grenzfall, der aber bei der praktischen Ausführung des Verfahrens nicht erreicht zu werden braucht, auf der Kesselwand und der Innenelektrode Wasserstoffgas von gleicher Dichte vorhanden ist. Da bloß ein kleiner, der Polarisationskapazität der Hilfselektrode A entsprechender Teil der während der vorhergegangenen Polarisationsperiode an der Kesselwand gebildeten Wasserstoffschicht durch den Polarisationsstrom abgebaut werden kann, und zwar auf der von der Kesselwand abgewendeten Seite der Wasserstoffschicht, bleiben die von den Ansätzen bereits befreiten Metallflächen von der chemischen Einwirkung verschont.

Sowohl für die Periode der Polarisation als auch der Depolarisation und für die geschilderten chemischen Vorgänge ist eine gewisse Zeit erforderlich; die Zeitabschnitte, in denen die Perioden miteinander abwechseln, dürfen daher nicht zu klein sein. Die Periodendauer beträgt einige Sekunden bis Minuten und sogar Stunden, je nach der Wahl der Spannung, der Größe des Behälters usw. Keinesfalls dürfen die Perioden so kurz gewählt werden wie bei den Wechselströmen mit der in der Praxis üblichen Periodenzahl. Selbstverständlich können die Perioden der Polarisation und Depolarisation auch ungleich lang sein.

Das abwechselnde Einschalten des Kessels K und der Innenelektrode A in den Stromkreis der Stromquelle und das Schließen des Depolarisationsstromkreises erfolgt mittels des Schalters 6", der von einem Uhrwerk oder durch Kupplung mit einem bewegten Teil einer Maschine betätigt \vird.

Es kann vorkommen, daß an manchen mit Ansätzen behafteten Stellen der Kesselwand die Wärmezufuhr so groß ist, daß die Verdampfung des Wassers bereits in den Kapillargängen und Poren der Steinschicht erfolgt; in diesem Fall bleibt die Haftfläche zwischen der Kesselwand und der Steinschicht vollkommen trocken. An diesen Stellen findet während der Polarisationsperiode kein Stromdurchgang und keine Anlagerung von Wasserstoffionen statt, daher während der Depolarisationsperiode auch kein Abbau der Wasser-Stoffschicht und keine elektrochemische Einwirkung. Um auch solche hocherhitzte und verkrustete Stellen der Kesselwand der Einwirkung der neuen Einrichtung zu unterwerfen, wird diese in bekannter Weise nicht nur während des Betriebes der Kesselanlage angestellt, sondern auch während des Anheizens und Abkühlens des Kessels oder auch während der Betriebspausen, z. B. des Nachts.

Während der Perioden der Polarisation tio werden die Kesselwand und das Kesselwasser, welche durch die als Dielektrikum wirkende Wasserstoffschicht voneinander getrennt sind, auf verschiedenes elektrisches Potential gebracht. Da sich an der von dem ausgeschiedenen Anion (Sauerstoff, Chlor usw.) angreifbaren Innenelektrode A ein dauernder Potentialsprung nicht ausbilden kann, tritt dieser an der Kesselwandung auf. Die im Kesselwasser suspendierten Teilchen der Kesselsteinbildner erfahren, sobald sie in das an der Kesselwand gebildete Dielektrikum eintreten,

eine Abstoßung durch das in dem Dielektrikum auftretende elektrostatische Kraftfeld, die um so größer ist, als die Kesselsteinbildner infolge intermolekularer Vorgänge (Reibung unter Druck) negative Ladungsmengen aufnehmen, wogegen sich das Wasser positiv lädt. Für die in der Grenzfläche zwischen der Kesselwand und dem Wasser befindlichen Steinbildnerteilchen wird nämlich die nach ίο dem Coulomb sehen Gesetz resultierende Kraftkomponente zwischen Steinteilchen und Kessel wand kleiner als jene zwischen den Teilchen und dem Wasser, und es ergibt sich daher eine von der Kesselwandung weg gerichtete Resultierende.

Während der Perioden der Polarisation wirkt somit die geschilderte Einrichtung für die keinen Steinansatz aufweisenden Stellen des Kessels als Schutz gegen das Ansetzen neuer Steinkrusten. Diese Wirkung dauert auch während der Perioden der Depolarisation an, wird aber mit dem Abklingen des Polarisationsstromes allmählich geringer.

Die auf die Kesselsteinbildner einwirkende Abstoßung ist um so größer, je größer die negative Ladung der Steinbildnerteilchen ist; es kann daher, je nach der Beschaffenheit des Kesselwassers, bei der Durchführung des elektrischen Schutzes zweckmäßig sein, dem Kessel an sich indifferente Suspensionen zuzusetzen, die sich mit den Steinbildnern vereinigen und ein hohes negatives Aufladungsvermögen besitzen, wie z. B. Harze und harzartige Stoffe, Ferri- und Aluminiumhydroxyd u. dgl.

Für die Wirkung des neuen Verfahrens ist die Ausbildung einer¹ Wasserstoffschicht und Wasserstoffionenschicht an der Kesselwand notwendig; jede Abscheidung von Wasserstoffgas in Form von sich von der Kesselwandung loslösenden und aufsteigenden Gasbläschen ist dagegen überflüssig und sogar nachteilig, weil an jenen Stellen, an denen sich Wasserstoffteilchen loslösen, die Wirkung des Dielektrikums geringer, daher auch das die Steinbildnerteilchen abstoßende Kraftfeld schwächer wird und auch für die folgende Depolarisationsperiode die für die Bildung von Säurespuren notwendige Wasserstoffschicht fehlt. Nun kommt es aber zum Austreten von Wasserstoffgas bekanntlich erst dann, wenn die den Elektroden aufgedrückte Spannung einen bestimmten Wert überschreitet. Ist die dem Kessel aufgedrückte Spannung unterhalb der in der Elektrotechnik als Überspannungswert von Wasserstoff bezeichneten Grenze, so bleibt der Wasserstoff an der Elektrodenfläche haften und nimmt allmählich eine solche Dichte an, daß sie den Stromdurchgang unterbricht und volle Polarisation der Elektroden eintritt. Der Überspannungswert von Wasserstoff ist aber bekanntlich von dem Werkstoff abhängig, aus welchem die Kathode, im vorliegenden Fall also die Kesselwandung, besteht, some von anderen Größen, wie z. B. von der Beschaffenheit des Kessel wassers. Immer aber beträgt der Überspannungswert von Wasserstoff bloß einige hundertstel Volt.

Mit der neuen Einrichtung empfiehlt es sich daher, den für den jeweiligen Werkstoff des Behälters, also insbesondere für Eisen, gültigen Überspannungswert von Wasserstoff nicht oder nicht wesentlich zu überschreiten. Überschreitet die Spannung des dem Kessel zugeführten Stromes den Überspannungswert von Wasserstoff nicht, so werden die Kesselwand und das Kesselwasser während der Polarisierungsperiode nach Art der Beläge eines Kondensators auf eine Potentialdifferenz aufgeladen, die den Überspannungswert von Wasserstoff nicht überschreitet. Nach dem Erreichen der dieser Potentialdifferenz entsprechenden Konzentration der Wasserstoffschicht unterbricht diese den Stromdurchgang, so daß das Verfahren bis zur nächsten Depolarisationsperiode stromlos wird und erst bei Beginn der nächsten Polarisationsperiode die Zuführung von Außenstrom erfordert, um nach Erreichen der vollen Dichte der Wasserstoffschicht wieder stromlos zu werden. Die Verwendung von Spannungen, welche den Überspannungswert von Wasserstoff nicht überschreiten, ist daher sowohl für die Perioden der Polarisation (Schutzperiode) als auch für die der Depolarisation (Lösungsperioden) am vorteilhaftesten. Höhere Spannungen verkürzen wohl die Polarisationsperioden, d. h. die notwendige Zeitdauer für die elektrostatische Aufladung des Kessels, . sie haben jedoch das teilweise Loslösen der Wasserstoffschicht zur Folge.

Die Verwendung von Spannungen, welche den Überspannungswert von Wasserstoff nicht oder nicht wesentlich überschreiten, gewährt auch den Vorteil, daß eine praktisch in Betracht kommende Aufzehrung der Innenelektrode A nicht stattfindet. Infolgedessen kann bei Dampferzeugern ohne Nachteil das in das Kesselwasser hineinragende Speiserohr R (Fig. 2 der Zeichnung) als Innenelektrode dienen, indem sie in an sich bekannter Weise mittels isolierender Flanschen F und ebensolcher Schraubenverbindungen an die Kesselwandung/C angeschlossen wird.

Claims (2)

1. Patentansprüche:

   i. Einrichtung zum Verhüten und Loslösen von Kesselsteinablagerungen mittels einer zwischen der als Kathode geschalteten Behälterwandung und einer von der

   Behäkerflüssigkeit umspülten Elektrode angeordneten Stromquelle, die zeitweise an- und abgeschaltet. wird, dadurch gekennzeichnet, daß während der Unterbrechung der Stromzufuhr eine äußere Verbindung (V) zwischen der Behälterwandung (K) und der Innenelektrode (A) über einen Schalter (S) hergestellt wird, so daß Zeitabschnitte von Polarisation und Depolarisation miteinander abwechseln, und daß die zur Polarisation verwendeten Spannungen vorzugsweise gleich sind dem für den betreffenden Behälterwerkstöff gültigen Überspannungswert von Wasserstoff und höchstens gleich sind der Zer-Setzungsspannung.
2. 2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die durch die Behälterwandung isoliert hindurchgeführte Speiseleitung als Anode dient.

   Hierzu 1 Blatt Zeichnungen