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Verfahren zur Bestimmung und Regulierung des Salzgehaltes alkalischer
Kesselwässer durch Messung der elektrischen Leitfähigkeit Die Ermittlung des Salzgehaltes
von Kesselwässern ist für den praktischen Kesselbetrieb von großer Bedeutung. Es
ist bekannt, in welchem Maße die Reinheit des erzeugten Dampfes von der im Kessel
vorhandenen Salzmenge beeinflußt wird und wie sorgsam man insbesondere bei Höchstdruckkesseln
den Salzgehalt des Kesselwassers überwachen und regulieren muß, um Überhitzer und
Turbinen zu schützen.
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Die Bestimmung des Salzgehaltes im Kesselspeisewasser durch Gewichtsanalyse
oder Titration ist sehr zeitraubend. Im Betrieb behilft man sich ,bekanntlich mit
der Be-Spindel.
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Diese Methode ist recht ungenau und hängt in ihrer Sicherheit von
der Persönlichkeit des Beobachters ab. Auch bei automatischen. selbstschreibenden
Spindelgeräten bestehen vielfach Fehlermöglichkeiten wegen der wechselnden chemischen
Zusammensetzung des Kesselwassers und der Schwierigkeit, das heiße Kesselwasser
auf genau gleiche Temperatur zu kühlen. Es ist nämlich zu bedenken, daß schon sehr
geringe Temperaturschwankungen unzulässig große Streuungen im spezifischen Gewicht
des Wassers verursachen können.
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Man hat deshalb schon vorgeschlagen, die Dichtemessung durch eine
Bestimmung der elektrischen Leitfähigkeit zu ersetzen, wobei die Leitfähigkeit in
einem selbstschreibenden Gerät dauernd aufgezeichnet wird. Der Einfluß
der
Temperatur, der beim Spindeln sehr groß ist, fällt bei der Bestimmung der elektrischen
Leitfähigkeit nicht so ins Gewicht.
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Dennoch hat sich auch die Bestimmung der. elektrischen Leitfähigkeit
nicht zur Uberwachung und Regulierung des Salzgehahs von Kesselwässern durchsetzen
können. Bestimmt man nämlich in bekannter Weise die Leitfähigkeit von Kesselwässern
und ver gleicht die Meßergebnisse mit dem analytisch durch Eindampfen und Auswägen
ermittelten Salzgehalt, so ist eine einfache lineare Abhängigkeit dieser beiden
Meßmethoden nicht zu erkennen. Insbesondere ergibt sich, daß dieselbe in der Volumeneinheit
gelöste Menge von anorganischen Verbindungen eine ganz verschiedene Leitfähigkeit
ergeben kann, je nachdem ein mehr oder minder großer Teil dieser gelösten Bestandteile
in Form von Alkalihydroxyd oder -carbonat vorliegt. Die Leitfähigkeit ist also außer
vom Gesamtgehalt an gelösten anorganischen Verbindungen, vor allem des Natriums,
noch abhängig von der Alkalität des Kesselwassers. Es ist deshalb z. B. schon vorgeschlagen
worden, die Leitfähigkeitsmessung in Verbindung mit einer Bestimmung der Dichte
des Wassers zur Er mittelung der Alkalität oder Natronzahl zu benutzen. Hierbei
wird das hohe Aquivalentleitvermögen des Atznatrons in wäßriger Lösung ausgenutzt,
das im vorliegenden Fall bei der Messung des Gesamtsalzgehaltes der Lösung sich
als störend erwiesen hat.
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Es ist bekannt, daß OH-Ionen neben den H-Ionen den Strom am besten
leiten; erstaunlich ist aber, daß z. B. selbst geringe Natriumhydroxydmengen in
der Größenordnung von 5 bis In01, des Gesamtsalzgehalts die Messung schon in ganz
unkontrollierbarer Weise beeinflussen. Die Bestimmung des Salzgehalts durch Messung
der elektrischen Leitfähigkeit war deshalb bisher praktisch nur bei neutralen Kesselwässern
brauchbar, bei alkalischen Wässern hingegen nicht, außer wenn man auf Genauigkeit
keinen Wert legte.
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Man war deshalb praktisch doch immer noch auf das zeitraubende Eindampfen,
Trocknen und Wägen angewiesen, wenn eine sichere Kontrolle des Wassers erforderlich
war.
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Es wurde nun gefunden, daß man die Schwierigkeiten bei der elektrischen
Leitfähigkeitsmessung in einfacher Weise beheben kann, wenn man vor der Messung
der Leitfähigkeit die alkalischen Bestandteile des Wassers mit einer schwachen Säure
neutralisiert. Besonders zweckmäßig ist es, für diese Neutralisation Kohlensäure
zu verwenden, durch die das Alkalihydroxyd oder -carbonat in Bicarbonat übergeführt
wird. Man erhält durch diese Neutralisation gut reproduzierbare Werte der elektrischen
Leitfähigkeit, die in linearer Abhängigkeit zu den gewichtsanalytisch ermittelten
Gehalten an gelösten Bestandteilen stehen.
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Es lag wohl auf der Hand, das Alkalihydr-:xyd durch Zusatz einer
Säure in Neutralsalz überzuführen. Dabei bestand aber die Schwierigkeit, die zuzusetzende-
Säure genau auf die gelöste NaOH-Menge abzustimmen. denn jeder Überschuß an Säure
mußte durch Bildung von gut leitenden H-Ionen die Leitfähigkeitsmessung in unkontrollierbarer
Weise beeinflussen. Neutralisiert man also mit einer beliebigen Säure, so ist sowohl
eine Bestimmung des Na O H-Gehaltes wie eine genaue Dosierung der Säure unerläßlich.
Erfindungsgemäß darf die Alkalität nur mit einer solchen schwachen Säure neutralisiert
werden, die, selbst im Überschuß zugegeben. so wenig H-Ionen abgibt, daß die Leitfähigkeit
unbeeinflußt bleibt. Hierfür hat sich, wie erwähnt, als besonders geeignet die Kohlensäure
erwiesen. Dabei tritt noch der weitere Vorteil auf, daß auch das Alkalicarbonat,
dessen Leitfähigkeit ebenfalls beträchtlich von der der Neutralsalze abweicht, in
Bicarbonat übergeführt wird.
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Die nachstehende Tabelle von Meßergebnissen der Leitfähigkeit technischer
Kesselwässer zeigt einerseits die außerordentlich großen Schwankungen bei der Messung
alkalischer Wässer mit bestimmten Salzgehalten, anderseits hingegen die verhältnismäßig
gute Übereinstimmung der Leitfähigkeit mit den Salzgehalten nach vorhergehender
Neutralisation:
| Abdampf- ~~~ Leitfähigkeit |
| rückstand ~ |
| analyt. ermittelt alkalisch neutral |
| in mg/l k.lo6 k Io6 |
| 2856 4299 l 3460 |
| 2878 4 ovo 3500 |
| 2904 3960 1 3510 |
| 2950 42Io 1 3560 |
| 2965 4240 - 3590 |
| 3030 - 4 4 4110 3650 |
| 3 in3 4040 3 7in |
| 3110 4 I60 3740 |
| .3146 4460 3780 |
| 3 308 4780 3940 |
Es ist auf die beschriebene Weise möglich, den Salzgehalt eines Kesselwassers laufend
und selbsttätig zu überwachen, etwa in der Weise, daß eine Teilmenge des zu untersuchenden
Kesselwassers durch eine Meßzelle geleitet wird. Hierbei kann der Meßstrom, der
durch das Kesselwasser zwischen zwei Elektroden hindurchgeht, zur Steuerung des
Abschlammventils
am Kessel benutzt werden.
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Die Neutralisation des Wassers vor Eintritt in die Meßzelle kann z.
B. in einer Waschflasche oder Rieselvorrichtung erfolgen, in der das Wasser mit
Kohlensäure in innige Berührung kommt.
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In der Zeichnung stellt Abb. 1 ein Diagramm dar, das auf der Abszisse
den Abdampfrückstand und auf der Ordinate den Leitfähigkeitsfaktor k .106 zeigt.
Die den Leitfähigkeitsfaktoren entsprechenden Punkte sind bei Bestimmung ohne vorherige
Neutralisation durch Kreuze dargestellt, bei Bestimmung der Leitfähigkeit nach Neutralisation
durch kleine Kreise. Für die Kreuze ist irgendein Zusammenhang zwischen Menge des
Abdampfrückstands und Leitfähigkeit nicht festzustellen; die kleinen Kreise hiegegen
liegen praktisch alle auf der gestrichelten LinieA-B, woraus die praktische Verwendbarkeit
der Leitfähigkeitsbestimmung für die Ermittlung des Salzgehalts im Kesselwasser
ersichtlich ist.
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Abb. 2 zeigt eine Vorrichtung zur Bestimmung der' Leitfähigkeit des
Wassers gemäß der Erfindung. Ein zylindrisches Gefäß A, das sich nach unten trichterförmig
zu einem Rohr verengert und oben durch einen Stopfen verschlossen wird, ist zu etwa
2/3 seiner Höhe mit Füllkörpern beschickt. Durch den Stopfen hindurch führt von
oben her ein Röhrchen B bis kurz über die Füllkörperschüttung. Durch dieses Röhrchen
tritt von oben das Kesselwasser in das Gefäß A ein. Durch den Stopfen wird ferner
mit Hilfe eines knieförmigen Rohrstückes C Kohlendioxyd in den unteren Teil des
Zylinders A geleitet. Das Kohlendioxyd bewegt sich im Gegenstrom zu dem Kesselwasser
durch die Füllung nach oben und tritt durch das Rohr D aus. Das neutralisierte Kessetwasser
verläßt den Zylinder A am unteren Ende und tritt durch ein Rohrstück oder durch
einen Schlauch in die Meßzelle, aus der es in den Überlauf 0 ab laufen kann. In
der Meßzelle F tritt zwischen den Elektroden H und J der Meßstrom durch die Flüssigkeit;
dieser Meßstrom kann in bekannter Weise zum selbsttätigen Aufschreiben der Leitfähigkeit
sowie zur Steuerung des Abschlammventils am Kessel verwendet werden.