DE642661C

DE642661C - Verfahren und Einrichtung zur fortlaufenden Bestimmung der Sauerstoffkonzentration im Kesselspeisewasser

Info

Publication number: DE642661C
Application number: DES105771D
Authority: DE
Inventors: Dr Heinz Gruess
Original assignee: Siemens and Halske AG; Siemens AG
Current assignee: Siemens and Halske AG; Siemens AG
Priority date: 1932-08-07
Filing date: 1932-08-07
Publication date: 1937-03-12

Description

Bei der . Beschickung von Kesseln mit Speisewasser ist ein etwaiger Gehalt an Sauerstoff im Speisewasser naturgemäß wegen der dadurch beschleunigten Korrosion der Kesselwände von besonderem Interesse. Da es sich erfahrungsgemäß darum handelt, den Gehalt, an Sauerstoff unterhalb etwa o, 5 g/m³ zu halten, so ist bereits seit längerer Zeit das Bestreben der Meßtechnik auf ein möglichst genaues Verfahren zur Feststellung des Sauerstoffgehaltes gerichtet.

Das Prinzip dieser Messung besteht bei den

bisher bekanntgewordenen Einrichtungen im

. wesentlichen darin, daß man den im Wasser enthaltenen Sauerstoff durch Wasserstoff verdrängt, wobei man einerseits sauerstofffreies Wasser und andererseits ein Gemisch von Wasserstoff und Sauerstoff erhält, dessen Zusammensetzung in einem, üblichen, nach dem Wärmeleitfähigkeitsprinzip arbeitenden Gasanalysator bestimmt werden kann.

Die obengenannte zulässige Höchstgrenze des Sauerstoffgehaltes im Wasser von o, 5 g/m³ entspricht einem Gehalt von 0,38 1 Sauerstoff/m³, und da sich bei Normaldruck und io° C 38 1 Sauerstoff/m^s lösen, einem Sauerstoffteildrück von 7,6 mm. Die Gasanalysiervorrichtung müßte daher theoretisch für den Bereich von 99 bis- 100 o/_o Wasserstoff geeignet sein, da der gesamte zulässige Teildruck des Sauerstoffes höchstens io/o des Druckes des Gasgemisches ausmacht. Da-die vorstehenden Zahlen aber nur für unendlich großen Wasserüberschuß gültig sind, erreicht man praktisch nur etwa die Hälfte der theoretischen Empfindlichkeit, also Meßbereiche zwischen 99,5 und iooO/₀ Wasserstoff für ο bis o, Sg Sauerstoff/m³.

Andererseits hat man vorgeschlagen, den Sauerstoffgehalt dadurch zu bestimmen, daß man das zu untersuchende Wasser zum Kochen bringt, um den Sauerstoff aus dem Wasser vollkommen zu entfernen, und gleichzeitig als Spülgas Wasserstoff hindurchleitet. In einem Kühler wird das nach bestimmten Zeitabschnitten abgesaugte Gemisch von dem Wasser befreit und der Analysiervorrichtung zugeleitet. Diese Vorrichtung hat aber vor allem den Nachteil, daß man absatzweise mit einer bestimmten Menge von Prüfwasser und Spülgas arbeiten muß, um einwandfreie Meßergebnisse zu' erhalten. Zum mindesten müßte ein konstantes Verhältnis zwischen Gas- und Wasserströmung vorausgesetzt werden.

Das Verfahren gemäß der vorliegenden Erfindung benutzt ebenfalls außer einem durch das Wasser geleiteten Spülgas einen Dampf, vorzugsweise Wasserdampf, wobei dieser ent-

*) Von dem Patentsucher ist als der Erfinder angegeben worden:

Dr. Heinz Grüß in Berlin-Siemensstadt.

weder dem Wasser von außen zugeleitet oder auch durch Erhitzen in dem Prüfgerät entwickelt werden kann. Der Gegenstand der Erfindung unterscheidet sich aber von deni obenerwähnten Vorschlag grundsätzlich da-;. durch, daß der Sauerstoff nicht durch Kochen restlos aus dem Wasser ausgetrieben, sondern ' durch besondere Mittel ein Gleichgewichtszustand herbeigeführt wird zwischen dem ίο Sauerstoffgehalt des zu prüfenden Wassers und dem Sauerstoffgehalt des entstehenden Dampf-Gas-Gemisches, und zwar bei einer Temperatur, bei der der Teildruck des Dampfes kleiner ist als der Gesamtdruck, aber in der Größenordnung des Gesamtdruckes liegt und mindestens 0,2 des Gesamtdruckes beträgt. Dadurch ergibt sich eine wesentliche Empfindlichkeitssteigerung. Außerdem wird auf diese Weise eine einwandfreie kontinuierliehe Messung ermöglicht, unabhängig von der Einhaltung bestimmter Bedingungen bezüglich der Größe der Gas- und Wasserströmung.

Ein einfaches Mittel zum Erreichen des Gleichgewichtszustandes ist z. B. die Verwendung von geeigneten Verteilungsorganen zum innigen Mischen des Dampfes mit dem Wasser innerhalb des Prüfgefäßes. Die Anwendung dieses Mittels würde aber eine verhältnismäßig große Wassermenge erfordern. Andererseits hat die Benutzung größerer Wassermengen, abgesehen von der großen räumlichen Ausdehnung der Gefäße, den Nachteil, daß ein größerer Teil des durchgeleiteten Spülgases sich im Wasser löst. Ferner wäre eine verhältnismäßig große Wärmemenge zum Erhitzen des Wassers erforderlich.

Um diese Übelstände zu vermeiden, kann man zum schnelleren Erreichen des Gleichgewichtszustandes ein Temperatur gefälle innerhalb des Prüfgefäßes aufrechterhalten, um einen Teil des Dampfes in dem zu prüfenden Wasser zu kondensieren. Man kann insbesondere den Wasser- bzw. Gas-Dampf-Strom so leiten, daß er, nachdem er beispielsweise im Gegenstromverfahren durch das abfließende Wasser vorgewärmt ist, an der Heizstelle die höchste Temperatur annimmt und sich von dort aus auf eine konstant zu erhaltende Temperatur abkühlt. Die Temperatur wird zweck mäßig an der Stelle konstant gehalten, wo der Gasstrom das Wasser verläßt.

Bei höheren Temperaturen stellt sich, das Gleichgewicht zugunsten der Sauerstoffaufnahme in das Dampf-Gas-Gemisch schneller ein, zumal durch die teilweise Kondensation des Dampfes innerhalb des Wassers eine Volumenverringerung und damit eine wesentliche Anreicherung des Sauerstoffes eintritt. Läßt man die Temperatur z.B. von 100⁰C auf 95⁰ C fallen, so werden i6o/_o des Dampfvolumens kondensiert, wenn die Gasmischung anfangs aus fast reinem Wasserdampf bestanden hat. Man kann damit erreichen, daß man den Wasserstrom an der Stelle höchster Temperatur nahezu an Sauerstoff erschöpft. L»nter dieser Voraussetzung wären für ι ο cm³ Spülgas bei 0,5 g Sauerstoff,'m³ Wasser und einer Konzentration von 20 Oj₀ Sauerstoff in dem vom Wasserstoff befreiten Dampfgemisch nur 4,2 1 notwendig, eine Menge, die man im Gegenstromverfahren bequem minutlich auf 100¹ C-erwärmen kann.

Wenn der Wasserdampf aus dem Prüfwasser hergestellt werden soll, so wird vorzugsweise eine elektrische Heizung vorgesehen. Als Spülgas wird in an sich bekannter Weise zweckmäßig Wasserstoff benutzt. Dies hat insbesondere den Vorteil, daß, wenn die Sauerstoffbestimmung durch die an sich bekannte elektrische Messung des Wärmeleit-Vermögens erfolgt, der Wasserstoff als Vergleichsgas benutzt werden kann. Der Wasserstoff wird vorzugsweise auf elektrolytischem Wege aus dem Prüfwasser entwickelt. Zu diesem Zweck kann ein zur Dampferzeugung eingebauter elektrischer Heizwiderstand gleichzeitig als Elektrode zur Wasserstoffentwicklung an eine Gleichstromquelle angeschlossen werden.

In der Zeichnung ist eine beispielsweise Apparatur zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens dargestellt. Das zu untersuchende Frischwasser wird an der Spitze eines als Kühler wirkenden Aufsatzes 1 auf das Mischgefäß 2 bei 3 eingeführt. Frisch- und Abwasser werden in entgegenlaufenden Zügen 4 aneinander vorbeigeführt, so daß ein Temperaturausgleich erfolgt. Am unteren Ende des Mischgefäßes 2 tritt der durch die Rohrleitung 5 zugeführte und mittels eines Hahnes 6 regulierbare Dampf durch eine Dampfdusche 7 ein, wo er sich mit dem Frischwasser vermischt. Das Dampf-Wasser-Gemisch kühlt sich auf dem weiteren Wege bis zur Ausscheidungsgrenze bis auf die konstant einzuhaltende Temperatur ab. Durch besondere Verteilungslamellen 8 werden Frischwasser und Dampf auf diesem Wege innig gemischt. Die Zufuhr des Wasserstoffes erfolgt ungefähr in der Mitte der Apparatur bei 9, wo die Rohrleitung für reinen Wasserstoff 10, welche durch die Vergleichskammer 11 der Meßapparatur führt, endigt. Am oberen Ende des Mischgefäßes tritt das Wasserstoff-Wasserdampf-Gemisch mit dem der Sauerstoffmenge des Wassers entsprechenden Sauerstoffgehalt in das Kühlrohr, während das entgaste Wasser im Gegenstrom zum ankommenden Wasser in die Züge 4 überläuft, um schließlich bei dem Abwasseraustritt 12 die Apparatur zu verlassen. Im Kühler wird aus dem Gasgemisch der Wasserdampf ausge-

schieden, so daß das H₂-O₂-Gemisch in die Rohrleitung 13 und in die Meßkammer 14 eintritt, um dann ebenfalls den Apparat zu verlassen. Zu den Meßkammern gehört in bekannter Weise ein zweckmäßig in mgO₂/i geeichtes elektrisches Meßgerät 15. Um an der Stelle, wo das Wasserstoff-Sauerstoff-Gemisch sich von dem entgasten Wasser trennt, die erforderliche konstante Temperatur zu erhalten, ist hier ein Thermoregler 16 vorgesehen, durch den der Hahn der Wasserleitung gesteuert wird. Statt des Wasserzuflusses kann auch die Dampfmenge gesteuert werden. Statt des Wasserdampfes, der verhältnismäßig bequem aus dem Prüfwasser entwickelt werden kann, kann auch ein beliebiger anderer Dampf in das Prüfwasser eingeleitet werden, z. B. Tetrachlorkohlenstoff. Dieser hätte den Vorteil, daß infolge seines höheren Dampfdruckes die Heizleistung wesentlich geringer wäre. Man könnte in diesem Falle also auch bei Atmosphärendruck mit tieferen Temperaturen auskommen.

Claims

Patentansprüche:

1. Verfahren zur fortlaufenden Bestimmung der Sauerstoffkonzentration im Kesselspeisewasser durch Ausspülen des Sauerstoffes aus dem Wasser mittels eines durchgeleiteten Gases und eines Dampfes, dadurch gekennzeichnet, daß durch besondere Mittel hinreichend schnell ein Gleichgewicht zwischen dem Sauerstoffgehalt des zu prüfenden Wassers und dem Sauerstoff-. gehalt des Dampf-Gas-Gemisches bei einer Temperatur herbeigeführt wird, bei der der Teildruck des Dampfes kleiner als der Gesamtdruck ist, aber in der Größenordnung des Gesamtdruckes liegt und mindestens 0,2 des Gesamtdruckes beträgt.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zum genügend schnellen Erreichen des Gleichgewichtszustandes mit Hilfe geeigneter Verteilungsorgane eine innige Mischung von Dampf und Wasser in dem Prüfgefäß herbeigeführt wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß ein Teil des Dampfes zwecks schnelleren Erreichens des Gleichgewichtszustandes durch ein Temperaturgefälle in dem Prüfgefäß kondensiert wird.

4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Temperatur an der Stelle, wo das Gasgemisch aus dem Wasser austritt, selbsttätig auf einen konstanten Wert geregelt wird.

5. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Dampf aus dem zu prüfenden Wasser durch Heizung, vorzugsweise durch elektrische Heizung, entwickelt wird.

6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4 unter Verwendung von Wasserstoff als Spülgas, dadurch gekennzeichnet, daß die Sauerstoff bestimmung des Prüfgases durch eine an sich bekannte elektrische Messung des Wärmeleitvermögens erfolgt und der Wasserstoff als Vergleichsgas benutzt wird.

7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Wasserstoff aus dem Prüfwasser selbst auf elektrolytischem Wege entwickelt wird.

8. Einrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 5 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Heizwiderstand als Elektrode zur Wasserstoffentwicklung an eine Gleichstromquelle angeschlossen ist.

9. Einrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß zum Konstanthalten der Temperatur ein Temperaturregler dient, der den Dampfzutritt oder den Wasserzutritt steuert.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen