SE535137C2 - Metod för att testa återsuspensionskaraktäristika hos ett kemiskt dispergeringsmedel - Google Patents

Abstract

En metod som hänför sig till korrosionsprodukttransport i en kraftproducerandeanläggning. Metod avser att testa återsuspensionskaraktäristika hos ett kemisktdispergeringsmedel och innefattar att tillhandahålla en testapparat, som innefattar: ettlösningsinneslutningskärl; ett drivhjulssystem och en axel, att fästa ett substrat som ärytbelagt med avlagringsmaterial på axeln; att doppa det ytbelagda substratet i en lösninginnefattad i kärlet; att använda drivhjulssystemet för att rotera axeln och det ytbelagdasubstratet vid en förutbestämd hastighet; och att bestämma en mängd av avlagringsmaterial som avlägsnats från substratet.

Description

535 137 håller låga koncentrationer av svavel. Dessutom inriktar sig inte prior art på påväxt eller korrosionsproduktstransport till en reaktor hos en BWR-anläggning.

SAMMANFATTNING AV UPPFINNINGEN Föreliggande uppfinning hänför sig till en metod för att testa àtersuspensionkaraktäristika hos ett kemiskt dispergeringsmedel.

Korrosionsprodukter som förekommer i àtercirkulationsbanor, sàsom matarvatten och kondensatsystem, kan avlägsnas innan igàngsättning genom tillsats av ett dispergeringsmedel vid átercirkuIationsperioder. Detta skulle främja kvarhällandet av järnoxider i suspension innan de kan avlägsnas fràn systemet genom dräneringsrör. kondensslipare (eng. condensate polishers), filterelement etc., och skulle minska beståndet av korrosionsprodukter som är tillgängligt för transport vid drift.

Dessutom skulle dispergeringsmedel ge en signifikant minskning av tiden som krävs för att rengöra det sekundära systemet innan drift, en minskning av beståndet av avlagringar i den sekundära cykeln (som annars kan transporteras vid drift) och/eller en signifikant minskning i massan hos korrosionsprodukt som transporteras vid drift tidigt i driftcykeln (typiska omstartningsförlopp).

I enlighet med en aspekt av föreliggande uppfinning, innefattar en metod för att testa àtersuspensionkaraktäristika av ett kemiskt dispergeringsmedel stegen att tillhandahålla en testapparat som har ett lösningsinneslutningskärl, ett kraftöverföringssystem och en axel. Metoden innefattar ytterligare stegen att fästa ett substrat som är ytbelagt med ett avlagringsmaterial pà axeln; att sänka ned det ytbelagda substratet i en lösning innefattad i kärlet; att använda kraftöverföringssystemet för att rotera axeln och det ytbelagda sub- stratet vid en förutbestämd hastighet; och att bestämma en mängd avlagringsmaterial som avlägsnats från substratet.

KORT BESKRIVNING AV RlTNlNGARNA Innehållet som betraktas som uppfinningen kan bäst förstås genom hänvisning till följande beskrivning tagen tillsammans med de åtföljande ritningsfigurerna i vilka: Figur 1 är ett diagram av dispergeringsmedelsanvändning vid làngbaneâtercirkulation; 535 137 Figur 2 är en graf som visar magnetitkoncentration gentemot % transmittans; Figur 3 är en graf som visar Hematitkoncentration gentemot % transmittans; Figur 4 visar sedimenteringsbeteende hos Magnetit med 100 ppm PAA (2kD); Figur 5 visar sedimenteringsbeteende hos Magnetit med 10.000 ppm PAA (2kD); Figur 6 visar sedimenteringsbeteende hos Hematit med 10.000 ppm PAA (2kD); Figur 7 visar sedimenteringsbeteende hos Magnetit med 100 ppm PAA (5kD); Figur 8 visar sedimenteringsbeteende hos Magnetit med 10.000 PAA (5kD); Figur 9 visar sedimenteringsbeteende hos Hematit med 10.000 PAA (5kD); Figur 10 visar sedimenteringsbeteende hos Magnetit med 100 ppm PAA (hög molekyl- vikt); Figur 11 visar sedimenteringsbeteende hos Magnetit med 10.000 ppm PAA (hög molekyl- vikt); Figur 12 visar sedimenteringsbeteende hos Hematit med 10.000 ppm PAA (hög molekyl- vikt); Figur 13 visar sedimenteringsbeteende hos Magnetit med 100 ppm PMAA; Figur 14 visar sedimenteringsbeteende hos Magnetit med 10.000 ppm PMAA; Figur 15 visar sedimenteringsbeteende hos Hematit med 10.000 ppm PAA; Figur 16 visar sedimenteringsbeteende hos Magnetit med 100 ppm PMA:AA; Figur 17 visar sedimenteringsbeteende hos Magnetit med 10.000 ppm PMAIAA; 535 137 Figur 18 visar sedimenteringsbeteende hos Hematit med 10.000 ppm PMA:AA; Figur 19 visar sedimenteringsbeteende hos Magnetit med 100 ppm PAAM; Figur 20 visar sedimenteringsbeteende hos Magnetit med 10.000 ppm PAAM; Figur 21 visar sedimenteringsbeteende hos Hematit med 10.000 ppm PAAM; Figur 22 visar sedimenteringsbeteende hos Magnetit med 100 ppm PAA:SA; Figur 23 visar sedimenteringsbeteende hos Magnetit med 10.000 ppm PAA:SA; Figur 24 visar sedimenteringsbeteende hos Hematit med 10.000 ppm PAA:SA; Figur 25 visar sedimenteringsbeteende hos Magnetit med 100 ppm PAA:SS:SA; Figur 26 visar sedimenteringsbeteende hos Magnetit med 10.000 ppm PAA:SS:SA; Figur 27 visar sedimenteringsbeteende hos Hematit med 10.000 ppm PAA:SS:SA; Figur 28 visar sedimenteringsbeteende hos Magnetit med 100 ppm PAA:AMPS; Figur 29 visar sedimenteringsbeteende hos Magnetit med 10.000 ppm PAA:AMPS; Figur 30 visar sedimenteringsbeteende hos Hematit med 10.000 ppm PAA:AMPS; Figur 31 visar sedimenteringsbeteende hos Magnetit med 100 ppm PAMPS; Figur 32 visar sedimenteringsbeteende hos Magnetit med 10.000 ppm PAMPS; Figur 33 visar sedimenteringsbeteende hos Hematit med 10.000 ppm PAMPS; Figur 34 visar sedimenteringsbeteende hos Magnetit med 100 ppm PMA:SS; Figur 35 visar sedimenteringsbeteende hos Magnetit med 10.000 ppm PMA:SS; 535 137 Figur 36 visar sedimenteringsbeteende hos Hematit med 10.000 ppm PMA:SS; Figur 37 visar effekterna av dispergeringsmedelsalternativ (eng. dispersant candidate) (10.000 ppm) på en lösning med 10.000 ppm FeßO., (Magnetit); Figur 38 visar screeningtester med dispergeringsmedelsalternativ- utökad löptid; Figur 39 visar effekterna av dispergeringsmedelsalternativ (100 ppm) på en lösning med .000 ppm Fe3O., (Magnetit); Figur 40 visar screeningtester med dispergeringmedelsalternativ (100 ppm) - utökad löp- tid; Figur 41 visar effekterna av dispergeringsmedelsalternativ (10.000 ppm) på en lösning med 10.000 ppm FezOg (Hematit); Figur 42 visar screeningtester med dispergeringsmedelsalternativ (10.000 ppm) - utökad löptid; Figur 43 visar en återsuspensionstestapparat i enlighet med en utföringsform hos uppfin- ningen; Figur 44 visar järninnehàll hos testlösningarna vid 1 ppm dispergeringsmedel för magnetit' I Figur 45 visarjärninneháll hos testlösningar vid 100 ppm dispergeringsmedel för magnetit' Figur 46 visarjärninneháll hos testlösningar vid 1 ppm dispergeringsmedel för hematit; och Figur 47 visar järninnehåll hos testlösningar vid 100 ppm dispergeringsmedel för hematit.

DETALJERAD BESKRIVNING AV UPPFINNINGEN Föreliggande uppfinning hänför sig till en metod för att testa àtersuspensionskaraktäristika hos ett kemiskt dispergeringsmedel. En beskrivning av utföringsformer av denna metod 535 137 och àtersuspensionstester beskrivs i det följande närmare. Härnäst kommer även en beskrivning av en metod som hänför sig till att minska korrosionstransport i en kraftproducerande anläggning och dispergeringsmedelstillämpningar. Denna metod omfattas ej av uppfinningen enligt de bifogade patentkraven, men metoden beskrivs för en bättre förståelse av den uppfinningsenliga metoden och tillämpningar därav.

Medan metoder för avlägsnande av korrosionsprodukter diskuteras i relation till PWR:er och långbaneàtercirkulation ska det förstås att metoderna inte är begränsade till långbaneàtercirkulation och PWR:er och kan användas i andra kraftproducerande anläggningar (såsom en BWR) och med andra återcirkulationsbanor (d.v.s. kort återcirkulationsbana, àng- och dräneringssystem). PWR:er och långbaneàtercirkulation används i denna diskussion för klarhet och endast som exempel.

Dispergeringsmedelstillämpning i kärnkraftverk är för närvarande endast tänkt som en di- rektansluten (eng. on-line) tillämpning, vid drift, till matarvattnet som kommer in på den sekundära sidan hos en kärnånggenerator med syftet att minska ackumuleringen av metalloxidavlagringar inom kärnånggeneratorn, genom nedblåsningsavlägsnande, vid den kontinuerliga driften hos ånggeneratorn.

I kraftproducerande anläggningar används långbaneàtercirkulation för att avlägsna korro- sionsprodukter (huvudsakligen järnoxider och/eller oxihydroxider) från matarvattnet och kondensatsystem innan kraftproduktion. Detta minskar massan hos korrosionsprodukter som transporteras till ånggeneratorn där korrosionsprodukter kan avlagras, vilket förvärrar rörkorrosion och minskar termisk effektivitet. Lång- och kortbaneåtercirkulationsslingor för en kraftproducerande anläggning visas allmänt i Figur 1 vid referenssiffrorna 10 och 11.

Med avseende på långbaneàtercirkulation kanen process med injicering av ett dispergeringsmedel i lángbaneåtercirkulationsrengöringsprocessen användas som föreslaget för ett matningståg hos en anläggnings sekundärsystem utanför kärnånggeneratorn, där behandlingsvattnet som innehåller dispergeringsmedlet inte skulle ha någon kontakt eller begränsad kontakt (ventilläckage) med kärnånggeneratorn.

Vidare kan rengöring av en anläggnings sekundärsystem ske utanför kärnånggeneratorn, och således avlägsnande av metalloxider från systemet innan de ens kan komma in i ånggeneratorn. Dessutom är den beskrivna metoden tillämbar på anläggningar med 535 137 àtercirkulationsànggeneratorer, anläggningar med änggeneratorer av typen en gång- igenom (dvs., oberoende av ànggeneratortyp) och BWR:er med reaktorer.

Som beskrivet häri ökar användningen av dispergeringsmedel vid làngbaneàtercirkulation effektiviteten hos korrosionsproduktavlägsnande, antingen genom att minska massan som slutligen transporteras till ánggeneratorn eller genom att minska tiden som krävs för àtercirkulationsrengöring före kraftproduktion. Dispergeringsmedelsinjektionsställen visas allmänt i Figur 1 vid referenssiffrorna 12-14. lnjiceringsställen skulle vara baserade på en- hetsspecifika formgivningar; således bör en anläggningsspecifik granskning utföras före injektion av ett dispergeringsmedel.

Som visat kan flera ställen användas för injektion. Till exempel kan ett ställe vara precis nedströms rengöringsutrustningen så att hela systemet utsätts för kemikalien. Alternativa ställen kan emellertid användas för att ge signifikanta rengöringsfördelar. l allmänhet medför rengöringsprocessen injektion av en kemikalie, med användning av kemiska injektorer 16-18 (såsom doseringspumpar) (eng. metering pumps), specifikt ett polymerdispergeringsmedeI såsom, men inte begränsat till, polyakrylsyra (PAA), in i ma- tarvatten-/kondensatsystemet under en átercirkuleringsbanerengöring. lnjektorerna 16-18 kan vara befintliga injektorer eller nya injektorer som installerats för injektion av disperge- ringsmedlet, Processen innefattar injektion av kemikalien (vilken kan ske på en engångs eller kontinuerlig grund); àtercirkulation av systemet (vilket kan startas innan injektion); och rengöring av systemet (med användning av befintlig utrustning).

Valet av en specifik kemikalie är en icke trivial sak, och innefattar utvärdering av effektivi- tet såväl som systemkompatibilitet. Hastigheten och val av tidpunkt för kemikalieinjektion kan anpassas till den individuella enheten med hänsyn till olika faktorer såsom uppskattad korrosionsproduktlastning, befintligt matarvatten-/kondensatsystemkonfiguration, och driftavbrotts-/igàngsättningstidtabell.

Dispergeringsmedlet fungerar genom att effektivt öka diametern hos korrosionsprodukt- partiklarna (d.v.s. genom att minska deras effektiva densitet). genom att minska tenden- sen hos dessa partiklar att sedimentera och underlätta återlnförsel (eng. re-entrainment) av avlagrat material. Dessa effekter kombineras för att öka fraktionen korrosionsprodukt som cirkulerar med vattnet i systemet relativt fraktionen som hàlls kvar pà ytor. De cirkule- 535 137 rande korrosionsproduktpartiklarna kan lätt avlägsnas från systemet med den befintliga utrustningen (till exempel jonbytarhartsbäddar, filter etc.) eller genom systemavfallsplat- ser. Eftersom kemikalien ökar fraktionen som hålls i suspension ökar dess användning fraktionen som kan avlägsnas vid rengöring, vilket resulterar i antingen avlägsnande av en större massa, snabbare avlägsnande av samma massa eller bådadera. I vissa fall är rengöringstider relaterade till driftstoppstidtabeller. Specifikt är det tidsfönster (eng. win- dow) under vilket àtercirkulation kan ske fast. Vid andra enheter fortsätts rengöring till dess att ett förutbestämt kriterium (järnkoncentration, filterfärg etc) uppnåtts. Kemisk till- sats för att öka suspenderade korrosionsproduktkoncentrationer skulle vara fördelaktigt i båda dessa fall.

Dispergeringsmedelseffektivitet är delvis definierat av polymerens förmåga att minska partikelsedimenteringshastighet. Partikelsedimenteringshastighet bestämdes från de spekrofotometriska data som erhållits från tester i vilka Iösningstransmittansen bestämts vid olika tidsintervaller. Sedimenteringshastigheten hos en partikel i en given fluid är en funktion av dess densitet och diameter, såväl som densiteten och viskositeten hos fluiden.

Två experiment utan dispergeringsmedel utfördes därför för att karaktärisera sedimente- ringsbeteendet hos magnetit- och hematitpartiklar och för att utveckla en omvandling mellan den rapporterade transmittansen och koncentrationen av avlagringsmaterialet i lösning. Detta gjordes genom att mäta procentsatsen ljus som transmitteras genom lös- ningen vid olika tidsintervaller och att korrelera dessa mätningar med den teoretiskt be- räknade koncentrationen av avlagringsmaterial efter samma tidsperiod.

Koncentrationen av avlagringsmaterial i lösning vid varje tidsperiod bestäms på följande sätt. De suspenderade partiklarna (magnetit eller hematit) kan modelleras som approxi- mativt sfäriska partiklar som sedimenterar i en miljö med låg turbulens (lågt Reynoldstal).

Under dessa betingelser är sedimenteringshastigheten beskriven av Stokes teorem: QQÉQÄQQJQI) z Vt 1 Su där Dp är partikeldiametern; p, och p, är densiteten hos partikeln respektive fluiden, p är viskositeten hos fluiden; g är gravitationskonstanten; och v, är sedimenteringshastigheten. 535 137 En partikelstorleksfördelning var tidigare bestämd (genom laserpartikelsstorleksanalys) för magnetit- och hematitavlagringsmaterial. Partikelstorleksmätningar togs före och efter en kort ljudperiod (eng. sonication period) för att säkerställa att mätningen inte påverkades av agglomerat. Från geometrin hos spektrofotometerkammaren kan sedimenteringshas- tigheten hos den största partikeln som återstår i lösning bestämmas för vilket tidsintervall som helst.

Transmittansmätningen vid varje tidpunkt plottades mot koncentrationen hos den rele- vanta kontrollen, som bestämts från storleksfördelningsdata och Stokes modell för parti- kelsedimentering vid låga Reynoldstal. Ett samband mellan transmittans och koncentra- tion erhölls genom att anpassa den resulterande kurvan till en tanhfunktion. Punkten med noll transmittans predikterad med denna modell var ~6500 ppm. Dessa områden motsvarar transmittanser mellan 67% och 90,7% (transmittansen hos avjonat vatten) för magnetit, och från 78% till 90,7% för hematit. l båda områdena kan kurvan beskrivas som ett andra ordningens polynom. Kurvorna för transmittans-koncentrationssambanden för magnetit och hematit visas i Figur 2 respektive 3.

Syftet med dispergeringsmedelstillsats är att minska sedimenteringshastigheten, vilket resulterar i en synbar ändring i partikeldiameter och densitet. Effektiv partikelstorlek S an- vänds för att beskriva denna synbara partikeldiameter och densitet och definieras som: S: Dzpß D.e"pf): Q där e med nedsänkt läge visar det "effektiva" eller synbara värdet, En parameter som be- skriver skillnaden ide synbara och faktiska partikelstorlekarna, som är proportionella mot sedimenteringshastigheten, kan sedan genereras för varje tidpunkt genom att jämföra den "effektiva" partikelstorleken med partikelstorleken som svarar mot den observerade kon- centrationen genom följande ekvation: % Ändring= Q;S_ C där C är den beräknade partikelstorleken baserad på den observerade transmittansen i frånvaro av dispergeringsmedel, och Pp och Pf är de kända densiteterna hos avlagrings- materialet och avjonat vatten. Parametern C ges av följande ekvation: 535 137 C z D2p.calc(p pmagnetite " pf) “% Ändring” refererar därför till den procentuella minskningen i sedimenteringshastighet som observeras i närvaro av ett dispergeringsmedel. Sedimenteringshastigheten använ- des för att lösa ut “S”. "C" bestämdes sedan med hjälp av sedimenteringshastigheten hos kontrollexperimentet vid den gällande avläsningen av transmittansen. Värdena för C och S användes sedan för att bestämma den relativa ändringen i sedimenteringshastighet (% Ändring".

Några allmänna observationer som gjordes vid provningen innefattar: o Vid 100 ppm dispergeringsmedel (en kvot dispergeringsmedel:magnetit på 1:100), ökar typiskt effektiviteten av polymera dispergeringsmedel med ökande partikel- storlek.

~ Vid 10.000 ppm dipergeringsmedel, accelererades sedimenteringshastigheten hos större magnetitpartiklar av dispergeringsmedel med hög molekylvikt. Disperge- ringsmedel med hög molekylvikt kan främja partikelagglomerering vid dessa kon- centrationer. v För dispergeringsmedel med låg molekylvikt var dispergeringsmedlet i samma storleksordning av effektivitet vid båda koncentrations-ldispergeringsmede|s-järn- koncentrationer. ø Alla dispergeringsmedelsalternativ utom PAAM främjade kvarhållande av hematit i lösning. o Svavelinnehållande dispergeringsmedel presterade o inte signifikant bättre än de strikta akrylsyra/metakrylsyra/maleinsyra-sampolyme- rerna. Svavelinnehållande dipergeringsmedel bör således användas på ett be- gränsande sätt på grund av materialkompatibilitetshänsyn. Detta skulle eliminera mycket av risken förknippad med möjligt dispergeringsmedelsinträngande in i 535 137 11 ànggeneratorn vid denna tillämpning (genom läckande isoleringsventiler, mänsk- ligt fel etc.).

Exempel pà dispergeringsmedel för användning i àtercirkulationsbanor och ändringar i effektiv partikeidiameter (och därför sedimenteringshastighet) i närvaro av ett polymerdis- pergergerinsmedel är sammanfattade i Tabell 1. 535 137 12 Tabell 1 Dispergeringsmedel Molekylvikt Prestandaförbättring (Dalton) Magnetit Hematit 100 ppm disperge- 10.000 ppm disperge- 10.000 ringsmedel (1:100) ringsmedel (1 : 1) ppm Disperge- ringsme- del (111) PAA 2000 ~17% (<3 pm); ~18% -50% ~40% (större partiklar) 5000 -10-20% 0-50% (Förbättring ~50-70% minskar med ökande storlek) N.P. ~18-50% (Förbättring Acceleration i sedi- ~100% ökar med ökande stor- menteringshastighet för lek) partikeldiametrar > 5pm PMAA 6500 ~19-50% (Förbättring ~22-56% ~60% ökar med ökande stor- lek) PMA:AA 3000 ~17% (<1 pm); ~30% ~20% (utom partiklar ~70% (större partiklar) <1 pm) PAAM 200.000 ~25-50% (<2,5 pm) Acceleration i sedi- Ingen sig- menteringshastighet för nitikant partiklar >4,5 pm. Ingen ändring signifikant ändring för små partiklar PAA:SA <15.000 ~25-50% (Förbättring <20%; minskning för 30-60% ökar med ökande stor- stora (>12 um) partiklar lek) PAA:SS:SA N.P. ~40% (>5 pm); förbâtt- ~40% (3-5 pm); förbätt- 40-80% ring minskar med mins- ring minskar med mins- kande storlek kande storlek (<3 pm) PAA:AMPS 5000 18-42% (Förbättring ~30% 40-60%; ökar med ökande stor- 80% (~2 lek) pm) PAMPS 800.000 Ingen signifikant affekt Stor acceleration i se- 70-90% dimenteringshastighet med ökande partikel- storlek (>3,5 pm) PMA:SS 20.000 ~20-40% (Förbättring ~20-40% (Förbättring ~30-68% ökar med ökande stor- lek) ökar med ökande stor- lek) 535 137 13 Polyakrylsyran (PAA) minskade effektivt sedimenteringshastigheten hos magnetitpartiklar med en storlek på ~1-10 um med ~20-50 %. Denna polymer var också den mest effektiva på att dispergera hematit, vilken utgör en större del av matarvattensystemavlagringarna.

Tre PAA-alternativ utvärderades. Alla tre PAA-alternativen som utvärderades visade lik- nande nivåer av effektivitet för att dispergera både magnetit och hematit. I synnerhet ut- värderades en polymer med låg molekylvikt (2000 Dalton), en polymer med låg-måttlig molekylvikt (5000 Dalton), och en polymer med hög molekyivikt.

Polymeren med låg molekylvikt presterade måttligt bra för att dispergera både stora och små partiklar. Dispergeringsmedlet var mer effektivt på att dispergera magnetit vid den lägre kvoten (1 :100) dipergeringsmedelzjärn. Specifikt erhölls följande resultat: o Vid 100 ppm dispergeringsmedel: Sedimenteringshastigheten ökades med ~40 % för stora partiklar och ~17 % för mindre partiklar. Resultaten från detta test visas i Figur 4. o Vid 10.000 ppm dispergeringsmedel: Sedimenteringshastigheten ökade med ~18% med undantag av två utanförliggande punkter vid större partikelstorlekar.

Resultaten av detta test visas i Figur 5. o Hematitdispersion: Dispergeringsmedlet ökade sedimenteringstiden hos hematit med ~50% över ett brett intervall av partikelstorlekar. Resultaten av detta test vi- sas i Figur 6.

Polymeren med låg-måttlig molekylvikt resulterade i små förbättringar i ett intermediärt partikelstorleksintervall. men visade anomala ökningar i sedimeteringshastighet vid än- darna. På det hela taget förefaller denna polymer att vara mindre effektiv än polymeren med låg molekyivikt. Följande observationer gjordes fràn dessa tester: o \_/id 100 ppm: Dispergeringsmedlet ökade sedimenteringstiden med ~10-20% för en del partikelstorlekar, men visade väsentliga minskningar i prestanda vid andra punkter. Resultaten av detta test visas i Figur 7. 535 137 14 o Vid 10.000 ppm: Dispergeringsmedlet ökade sedimenteringstiden med upp till ~50% för små partiklar, men hade liten effekt pà intermediära partikelstorlekar.

Sedimenteringstiden hos de största partiklarna minskade mycket. Resultaten av detta test visas i Figur 8.

- Hematitdispersion: Polymeren med låg-måttlig molekylvikt ökade hematitsedimen- teringstiden med 50-70%. Resultaten av detta test visas i Figur 9.

Polymeren med hög molekylvikt presterade bra vid låga koncentrationer (100 ppm), men var mindre effektiv vid 10.000 ppm. o Vid 100 ppm: Sedimenteringstiden ökade med 18% till 50% med ökande partikel- storlek. Resultaten av detta test är plottade i Figur 10.

~ Vid 10.000 ppm: Sedimenteringstiden ökade något (upp till omkring 20%) för mindre partiklar. För större partiklar minskade emellertid sedimenteringstiden med omkring 20%. Resultaten av detta test är plottade i Figur 11. o Hematitdispersion: Dispergeringsmedlet ökade konsekvent sedimenteringstiden med nästan 100% över den testade partikelfördelningen. Resultaten av detta test är plottade i Figur 12.

Den generiska Polymetakrylsyra(PMAA)polymeren visade på samma sätt hög effektivitet vid en koncentration på 100 ppm. Till skillnad från många av dispergeringsalternativen ökade den inte sedimenteringshastigheten eller främjade agglomerering; PMAA var lika effektiv vid hög koncentration (10.000 ppm). Polymeren var måttligt effektiv på att disper- gera hematit och minskade sedimeteringshastigheten med ~60%.

PMAA har testats för kokningstillämningar med måttliga nivåer av effektivitet. Det PMAA som användes vid detta testprogram hade en molekylvikt på ~6500 Dalton. Följande ob- servationer gjordes.

~ Vid 100 ppm: Sedimenteringstiden ökade med 19 till 50% med ökande partikel- storlek. Resultaten av detta test är plottade i Figur 13. 535 13? Vid 10.000 ppm: Sedimenteringstiden ökade med 22 till 56%. Ett svagt samband observerades mellan förbättringen i sedimenteringshastighet och partikelstorleken.

Resultaten av detta test visas i Figur 14.

Hematitdispersion: Även om få datapunkter var tillgängliga ökade sedimenterings- hastigheten med ~60% för alla partikelstorlekar. Resultaten av detta test visas i Figur 15.

Andra polymerer utvärderades också. Poly(akrylsyra:maleinsyra) (PMA:AA) hade en mo- Iekylvikt pà ~3000 Dalton och hade följande kännetecken: Vid 100 ppm: Närvaron av dispergeringsmedel ökade sedimenteringstiden med ~30% för måttliga till låga partikelstorlekar, men minskade sedimenteringshastig- heten hos partiklar pà ~1 pm med nästan 17%. Resultaten av detta test visas i Figur 16.

Vid 10.000 ppm: Sedimenteringstiden ökades med ~20% med undantag av de minsta partiklarna (~1 um), vilka visade en utökad sedimenteringstid. Resultaten av detta test visas i Figur 17.

Hematitdispersion: En ökning på ~70% i sedimenteringstid observerades vid alla datapunkter. Resultaten av detta test visas i Figur 18.

Poly(akrylsyra:akrylamid)(PAAM)sampolymeren hade en genomsnittlig molekylvikt pá ~200.000 Dalton, vilket gör den signifikant större än flertalet alternativ. PAAM var det enda testade dispergeringsmedlet som inte dispergerade hematit effektivt.

Vid 100 ppm: Dispergeringsmedlet ökade sedimenteringstiden hos små partiklar (diameter <2,5 um) med 25-50%, men minskade väsentligt sedimenteringstiden hos partiklar med en diameter större än 10 um. Resultaten av detta visas i Figur 19.

Vid 10.000 ppm: Större ökningar i sedimenteringshastighet observerades i partik- lar med diametrar > 4,5 um. En liten förändring isedimenteringshastighet observe- rades för mindre partiklar. Resultaten av detta test visas i Figur 20. 535 137 16 o Hematitdispersion: Ingen signifikant ändring i sedimenteringsbeteende hos hematit observerades i närvaro av 10.000 ppm PAAM. Resultaten av detta test visas i Figur 21.

Poly(sulfonsyra:akrylsyra)(PAA:SA)sampolymeren hade en molekylvikt <15.000 Dalton.

Följande observationer gjordes. o Vid 100 ppm: En förbättring på 20-50% i sedimenteringstid observerades. Ökningen i sedimenteringshastighet var större för större partiklar (~12 pm) och lägre för mindre partiklar (2-3 pm). Resultaten av detta test visas i Figur 22. o Vid 10.000 ppm: En liten ökning i sedimenteringstid (<20%) observerades för de flesta partikelstorlekar. Sedimenteringstiden minskade för större (~12 pm) partik- lar. Resultaten av detta test visas i Figur 23. o Hematitdispersion: En ökning på 30-60% i sedimenteringstid observerades. Resul- taten av detta test visas i Figur 24.

Po|y(akry|syra:sulfonsyra:sulfonerad styren)(PAA:SS:SA)polymeren hade följande kän- netecken. o Vid 100 ppm: Sedimenteringstiden hos magnetit ökade med ~40% för partiklar med diametrar > 5 pm. För mindre partiklar observerades en mindre ökning i se- dimenteringshastighet. Resultaten av detta test visas i Figur 25. o Vid 10.000 ppm: Sedimenteringstiden ökade med ~40% för partiklar med en diameter pá 3-5 pm. Under 3 pm minskade förändringen i sedimenteringstid med minskande partikelstorlek. Resultatet av detta test visas i Figur 26. o Hematitdispersion: En förbättring på 40-80% isedimenteringstid observerades.

Resultaten av detta test visas i Figur 27.

Po|y(akrylsyra:2 akrylamid-2 metylpropansulfonsyra)(PAA:AMPS)sampolymeren hade en genomsnittlig molekylvikt på 5000 Dalton och resulterade i följande observationer. 535 137 17 o Vid 100 ppm: Sedimenteringstiden ökade med 18-42% med större förbättringar i dispersionen av större partiklar. Resultaten av detta test visas i Figur 28. o Vid 10.000 ppm: Sedimenteringstiden ökade med ~30%, även om en mindre förbättring observerades vid ändpunkterna av de undersökta partikelstorlekarna.

Resultaten av detta test visas i Figur 29. o Hematitfördelning: Sedimenteringstiden ökade generellt med ~40-60%.' En större (80%) förbättring i sedimenteringstid observerades vid låga partikelstorlekar (~2 pm). Resultaten av detta test visas i Figur 30.

Poly(akrylamid-2-metylpropansulfonsyra)(PAMPS) var den största polymeren som testa- des med en genomsnittlig molekylvikt på 800.000 Dalton. o Vid 100 ppm: Liten till ingen förbättring i sedimenteringshastighet observerades.

Resultaten av detta test visas i Figur 31. o Vid 10.000 ppm: Sedimenteringshastigheten ökade med ökande partikelstorlek Vid partikelstorlekar över ~3,5 um accelererades sedimenteringshastigheten mycket. Resultaten av detta test visas i Figur 32. o Hematitdispersion: Med undantag av anomalierna som observerades vid ~8 um ökade sedimenteringstiden med mellan 70 och 90%. Resultaten av detta test visas i Figur 33.

Poly(sulfonerad styren: maleinsyraanhydrid)(PMA:SS)sampo|ymeren hade en molekylvikt på ~20.000 Dalton. o Vid 100 ppm: Sedimenteringstiden hos partiklar > ~8 um ökade med ~40°/°.

Mindre partiklar tog ~20% mer tid att sedimentera. Resultaten av detta test visas i Figur 34. 535 137 18 ø Vid 10.000 ppm: Förbättringar i sedimenteringstid liknande den som ses vis 100 ppm observerades, med förbättringen som minskar med minskande partikelstor- lek. Resultaten av detta test visas i Figur 35. o Hematitdispersion: Sedimenteringstiden av minskade med ~30-68%. Resultaten av detta test visas i Figur 36. Återcirkulationsförfaranden vid tre representativa kraftproducerande anläggningar grans- kades för att ge en baslinje för att utvärdera dispergeringsmedelstillämpnlng làngbaneå- tercirkulationsrengöring. Följande parametrar var typiska för långbaneàtercirkulationen för de tre kraftproducerande anläggningarna. ø Flödeshastigheter för lángbaneàtercirkulationsrengöringsprocessen sträcker sig från 2000-4000 gpm. Detta visar att cykeltiderna för långbaneåtercirkulationsreng- öringstillämpningen (d.v.s. tiden som krävs för all fiuid att passera genom Iângba- neslingan en gäng) är av storleksordningen ~1-2 timmar beroende på fluidvolymen hos systemet. Följaktligen är tidsperioden som korrosionsprodukterna måste fin- nas kvar suspenderade för att avlägsnas från sekundärsystemet begränsat till un- gefär 1-2 timmar. o Återrcirkulationsrengöringsperioden varar i allmänhet i 1-2 dagar och är inte på kri- tisk bana. Alla tre anläggningar är kvar i långbaneåtercirkulation under en tillräck- lig tidsperiod för att nà ett fortvarighetstillstånd (eng. steady state) förjärnavlägs- nande. o Igångsättningsförfaranden äri allmänhet initierade från långbaneåtercirkulations- rengöringsprocessen, d.v.s. det är inga ytterligare dräneringar eller spolningar före kraftuppstigning. Ytterligare spolningar är kanske inte praktiska på grund av täta tidpunkter för driftsavbrott. Huvuddelen av systemet återstår vid eller kring omgiv- ningstemperatur under det att rengöringsperioden varar.

Varaktigheten hos dispergeringsmedelsalternativtesterna var ursprungligen fastställd vid minuter. Denna period uppskattas att vara representativ för àtercirkulationstiden vid Iângbanerengöring. Vid långbaneåtercirkulation går systemvolymen typiskt runt var 10:e minut till 1 timme (beroende på flödeshastigheten och systemvolymen). Ytterligare bland- 535 137 19 ning kan äga rum när flödet passerar genom krökar. T-hàllare, breddhàllare (eng. expan- der) etc och ökar partikelsuspensionen. I en del områden kan flödet vara turbulent vilket ytterligare ökar partikelsuspensionen. I de sedimenteringsexperiment som utförts färda- des järnoxidpartiklar en maximal sträcka på 2,17 cm för att sedimentera på botten av kyvetten; denna sträcka är avsevärt mindre än genomsnittsradien hos typiska matarvatten- och kondensatlinjer. En typisk suspenderad partikel skulle därför ha en större distans att sedimentera vilket minskar sannolikheten för tidig partikelavlagring.

Eftersom varaktigheten hos en làngbaneàtercirkulationstillämpning är mycket kortare (i storleksordningen ett' par dagar) är, vid lägre temperatur (uppläggningstemperaturer) (eng. layup temperatures) och vid mindre kritiska tillgångar än ànggeneratorerna, an- vändningen av högre dispergeringsmedelskoncentrationer eller mer kemiskt aktiva dis- pergeringsmedel acceptabla.

Eftersom ett av syftena med denna dispergeringsmedelstillämpning är att öka tiden som järnoxidpartiklar tillbringar i suspension användes en relativt hög avlagringskoncentration (10.000 ppm). De utförda experimenten fokuserar pà suspensionen av antingen magnetit (FesOt) eller hematit (FezOß) vid en koncentration på 10.000 ppm. I resultaten har graden av sedimentering mätts genom att bestämma ljusabsorptionen hos suspensionen, d.v.s. sedimenteringshastigheten bestäms genom hastigheten vid vilken klarheten hos suspen- sionen ökar. Listan på dispergeringsmedelsalternativen och deras egenskaper återges i Tabell 2. Rådata från alla försök som utförts innefattas i Tabellerna 3 till 7. Tabell 3 visar resultaten för 1:1-kvoten Magnetit: Dispergeringsmedel (10.000 ppm); Tabell 4 visar resultaten för 1:100-kvoten Magnetit: Dispergeringsmedel; Tabell 5 visar resultaten för 1:1000-kvoten Magnetit: Dispergeringsmedel; Tabell 6 visar resultaten för 1:1-kvoten Hematit: Dispergeringsmedel (10.000 ppm); och Tabell 7 visar resultaten för 1:1-kvoten Magnetit: Dispergeringsmedel (100 ppm). 535 137 Tabell 2 Förutspådd Sekundär- Dispergeringsmedel Förk. Molvikt effektivitet systems- Kommersiell föräfnoxid- mateña” :in än ii het I kompazibiiiiei 9 9 9 dispersion 2.000 Polyakrylsyra PAA 5.000 Måttlig Bra Bra N.P.

Polymetakrylsyra PMAA 6.500 Måttlig Bra Bra Poly(akry|syra:maIeinsyra) PAA:MA 3.000 Måttlig Bra Bra Poly(Akry|syra:akrylamid) PAAM 200.000 Måttlig Bra Bra Poly(akrylsyra:2 akryl- PAA:AMPS 5.000 Hög Dålig (Sva- Ägandes amid-2 metylpropansul- vel) fonsyra) Po|y(akrylsyrazsulfonsyra: PAA:SA:SS N.P. Hög Dålig (Sva- Ägandes sulfonerad styren) vel) Poly(2-akrylamid-2 metyl PAMPS 800.000 Hög Dålig (Sva- Måttlig propansulfonsyra vel) Poly(sulfonsyratakrylsyra) PAA:SA <15.000 Hög Dålig (Sva- Ägandes vel) Poly(sislfonerad sty- 'e""“a'°'"sy'aa"hyd"d) PMA:ss 20.000 Hög Dåiigisva- Ägandes velL 535 137 21 Tabell 3 Avlagring Dispergeríngs- Tid till % transmittans (sekunder) Testi? medel Material Konc. Polymer Konc. 0,1 % 1% 2% 5% 5 min. 1 (ppm (ppm) (initial mm' avläsnilg) 7 M 10.000 1 10.000 30 110 157 282 5,4 14 12 M 10.000 2 10.000 21 86 132 235 >5,1 15,8 22 M 10.000 4 10.00 114 192 243 354 3,4 16,4 47 M 10.000 9 10.000 65 143 188 266 6,1 18 42 M 10.000 8 10.000 86 151 199 277 5,6 19,5 27 M 10.000 5 10.000 61 118 157 254 6,7 22,1 37 M 10.000 7 10.000 86 99 135 225 8,9 23,2 57 M 10.000 11 10.000 151 189 280 6,1 23,5 17 M 10.000 3 10.000 0 O <10 <20 17,6 24,6 1 M 10.000 55 100 127 212 10,5 26,8 32 M 10.000 6 10.000 0 0 0 0 30,8 35,6 52 M 10.000 10 10.000 0 0 0 0 32,7 40 Tabell 4 Avlagring Dispergering- Tid till % transmittans (sekunder) Test# medel Material Konc. Polymer Konc. 0,1% 1% 2% 5% 5 min. 1_0 (ppm) (ppm) (inmal mm' avläsning) 33 M 10.000 6 100 25 105 159 282 5,4 14,2 43 M 10.000 8 100 103 181 219 294 5,2 16,3 18 M 10.000 3 100 106 182 216 333 4,4 17 38 M 10.000 7 100 114 183 215 308 4,4 17,6 23 M 10.000 4 100 114 170 216 314 4,9 19,2 48 M 10.000 9 100 104 169 200 313 4,4 20,4 13 M 10.000 2 100 42 101 141 206 8,8 21,1 8 M 10.000 1 100 94 150 190 307 4,6 22 58 M 10.000 11 100 92 145 214 271 7,1 22,1 28 M 10.000 5 100 84 136 180 290 5,8 23,5 1 M 10.000 55 100 127 212 10,5 26,8 53 M 10.000 10 100 45 101 127 197 11 27,3 535 137 22 Tabell 5 Avlagring Dispergerings- Tid till % transmittans (sekunder) Test# medel Material Konc. Polymer Konc. 0,1% 1% 2% 5% 5 min. 1 (ppm) (ppm) (initial mm' avläsnin 14 M 10.000 2 10 86 152 194 271 5,2 19,9 29 M 10.000 5 10 95 161 199 262 6,4 19,9 44 M 10.000 8 10 104 162 210 312 4,8 20 39 M 10.000 7 10 88 156 198 276 6,4 21 49 M 10.000 9 10 86 152 200 291 5,5 21,6 24 M 10.000 4 10 86 140 188 275 6,4 22,6 9 M 10.000 1 10 84 164 182 262 6,7 22,9 19 M 10.000 3 10 74 126 177 261 7,3 23 59 M 10.000 11 10 66 124 163 <30O 8,8 23,1 34 M 10.000 6 10 59 109 151 244 7,6 24,3 1 M 10.000 55 100 127 212 10,5 26,8 54 M 10.000 10 10 43 82 112 187 13 29,2 Tabell 6 Avlagring Dispergerings- Tid till % transmittans (sekunder) Tes1# medel Material Konc. Polymer Konc. 0.1 % 1% 2% 5% 5 min. 1_0 (ppm) (ppm) (initial mm' avläsning) 4 H 10.000 142 261 326 439 1,5 10,4 11 H 10.000 1 10.000 <474 531 597 734 0 2,0 16 H 10.000 2 10.000 502 660 727 876 0 0.5 21 H 10.000 3 10.000 1653 2871 3403 >3510 0 0 26 H 10.000 4 10.000 409 521 600 >60O O 5,0 31 H 10.000 5 10.000 526 612 >705 >705 0 0,8 36 H 10.000 6 10.000 0 14 688 4875 1.7 1,9 41 H 10.000 7 10.000 352 448 505 637 0 3,9 46 H 10.000 8 10.000 355 440 497 636 4,1 51 H 10.000 9 10.000 355 447 504 622 4,0 56 H 10.000 10 10.000 22 1665 >3090 <3780 0,2 0,3 61 H 10.000 11 10.000 424 530 580 686 0 2,6 535 137 23 Tabell 7 Tid Transmittans (@ 458 nrn, blankad till en lösning utan magnetit) Kontroll som Test Test Test Test Test Test Test Test Test Tes Test Test Test gått 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 3a 3b (S) 87,2 87,2 76.4 56,9 77.8 82,9 79,8 69,5 69.3 95,4 71,2 81,3 78,1 89,5 92,3 76,6 57,3 78,4 83,2 80,3 69,7 69.6 95,5 71,5 81,3 78,1 45 89,9 92,8 77,0 57,5 78,4 83,7 80,6 70,0 70,0 95,6 71,7 81,5 78,3 60 90,2 93.0 77,0 57,8 78,6 83,7 80,9 70,3 70,3 96,1 71,9 81,6 78,3 75 90,3 93,0 77,1 58,2 78,7 83.9 81,2 70,7 70,6 96,1 72,2 81,7 78,4 90 90.4 93,1 77,3 58,5 78,8 84,1 81,4 71,0 70,9 96,2 72,4 81,8 78,5 120 90,6 93.5 77,6 59,1 79.1 84,5 82,0 71,5 71.1 96.2 72,8 82,0 78,7 150 90,5 93.5 77,7 59,6 79,4 84,7 82,5 71,8 71,5 96,6 73,1 82,1 79.0 180 90,9 93.693.6 77,9 60,1 79,6 85,0 82,8 72.2 72,0 96,8 73,2 82,2 79,0 210 91,1 93,793,6 78,2 60,5 79,8 85,1 83,0 72.4 72,2 96,9 73,4 82,4 79,2 240 91,2 93,893] 78.5 60,7 79,9 85,2 83,4 72,7 72,5 97,0 73,6 82.5 79,2 270 91,3 93,893,8 78,6 61,3 79,9 85,2 83,6 72,9 72,7 97,0 73,8 82,6 79,3 300 91,6 93,8 78.6 61,6 80,0 85,3 83,8 73,1 73,0 97,0 74,0 82,7 79,3 330 91,8 93,9 78.6 61.9 80.0 85.4 84,1 73.2 73,2 97.2 74,1 82,8 79,5 En inititial dispergeringsmedelskoncentration på 10.000 ppm valdes ut för att ge en kvot dispergeringsmedekjärnoxid pà 1:1. Resultaten av dessa tester visas i grafisk form i Figur 37. Flera tester tilläts fortsätta utöver det initiala tiominutersintervallet. Resultaten av dessa tester visas i Figur 38.

Eftersom en dispergeringsmedelskoncentration pà 10.000 ppm kanske inte är praktisk (pà grund av bekymmer med materialkompatibilitet, kostnad etc.), var även effektiviteten hos dispergeringsmedelsaIternativen utvärderade vid dispergeringsmedelskoncentrationer på 100 ppm och 10 ppm (vilket motsvarar kvoter dispergeringsmedel:järnoxid på 1:100 re- spektive 121000). Resultaten av screentesterna som utförts med 100 ppm dispergerings- medel visas i Figur 39. Flera tester tilläts fortsätta under en utökad tidsperiod; dessa re- sultat visas i Figur 40.

I vissa områden av sekundärsystemet, i synnerhet områden hos matarvattensystemet som erfar relativt låga temperaturer vid normal drift, är avlagringar huvudsakligen bestå- ende av hematit (FezOs). Polymeralternativens effektivitet för att dispergera hematit utvär- derades därför. Resultaten av dispergeringsmedelsscreentesterna utförda med 10.000 535 137 24 ppm hematit visas i Figur 41. Som tidigare fortsattes senare tester under en utökad tids- period; resultaten av dessa tester visas i Figur 42.

DispergeringsmedeIs-materialkompatibilitet utvärderades också för att bedöma genom- förbarheten hos dispergeringsmedelstillämpningen i ett sekundärt system. Disperge- ringsmedlen testades med olika material såsom nickelbaserade legeringar, kol- och làgle- geringsstàl, rostfritt stål, elastomerer, jonbytarhartser, kopparlegeringar, titan och titanle- geringar och grafitmaterial.

Som resultat bestämdes det att följande vägledning skulle tillämpas på ett initialt industri- anläggningsförsök.

En dispergeringsmedelskoncentration på 1 ppm rekommenderas som startpunkt för en initial anläggningstillämpning. Koncentrationen kan ökas gradvis inom tids- fönstret (eng. window) för driftsavbrott eller i påföljande tillämpningar allteftersom mer data för den faktiska anläggnlngssvarssignalen blir tillgängliga.

Det rekommenderas att dispergeringsmedlet matas genom en doseringspump (eng. metering pump) för att undvika övermatning. lnjektionsstället bör vara: a) till- räckligt làngt uppströms från kondensorn för att möjliggöra adekvat blandning, och b) nedströms kondenssliparna för att maximera kontakttiden hos dispergerings- medlet med korrosionsprodukter och förebygga att lokala områden med hög dis- pergeringsmedelskoncentration kommer i kontakt med hartserna.

För den föreslagna initiala tillämpningen vid 1 ppm (till exempel), bör disperge- ringsmedelstillsats initieras ~36 timmar efter att làngbaneåtercirkulation har upp- rättats. Data från tre granskade anläggningar visar att huvuddelen av de lätt avlägsningsbara korrosionsprodukterna kommer att ha avlägsnats vid denna tid.

Den exakta tidpunkten för tillsatsen av dispergeringsmedel är något flexibel. Om möjligt bör rengöringslösningen tillsättas före dispergeringsmedelsinjektionen för att säkerställa att järnkoncentrationen är < 100 ppb före dispergeringsmedels- injektion. Denna tidtabell för injektion är baserad på maximering av effektiviteten hos en begränsad injektion av dispergeringsmedel. I framtida tillämpningar i vilka koncentrationen av dispergeringsmedel är ökad eller är initialt högre skulle injek- tion kunna göras tidigare. 535 137 Om långbaneàtercirkulationsrengöringsperioden är förutspådd att vara mindre än 36 timmar bör dispergerlngsmedelsinjektionen initieras tidigare och åtminstone 8 timmar in- nan matarvatten införs i ånggeneratorerna. Detta kommer att möjliggöra för fluiden i kondensatorvarmvattenbehållarna att omsättas åtminstone 4 gånger vilket ger disperge- ringsmedlet god tid att verka pà vilket dispergeringsmedelsmaterial som helst och eventu- ellt avlägsnas av kondenssliparna. o En anläggningsspecifik granskning av systemkompatibilitet bör fullgöras före ut- förande av dispergeringsmedelstillämpning vid långbaneàtercirkulationsrengö- ringsprocessen för att säkerställa att tillsatsen av dispergeringsmedel inte kommer att ha oavsiktliga eller oplanerade konsekvenser. Specifikt bör effekten av signifi- kant ökad avlagringslastning på kondensssliparna och den potentiella effekten pà flödesmätningsanordningar beaktas.

Efter sedimenteringstestema utfördes ytterligare experiment för att utvärdera disperge- ringsmedelsprestanda under dynamiska betingelser. Det bestämdes att utöver att öka kvarhållandet av järn i lösning kan tillsats av dispergeringsmedel främja återsuspensionen av järnoxider som tidigare har sedimenterat i det sekundära systemet vid stängnings-och uppläggningsperioderna. Experimenten utvärderade förmågan hos dispergeringsmedels- alternativen att återsuspendera avlagrat material under dynamiska betingelser. Baserat på resultaten av testerna som diskuterats ovan utvaldes tre dispergeringsmedelsalternativ för ytterligare testning under dynamiska (flödes) betingelser: PAA (hög molekylvikt), PMAA, och PAA (låg molekylvikt). Syftet med dessa experiment var att bestämma om dessa dispergeringsmedel skulle återsuspendera tidigare avlagrat material, och om detta var fallet, kvalitativt utvärdera skillnaderna i prestanda mellan de utvalda dispergerings- medelsalternativen under dynamiska betingelser.

En experimentapparat 20, visad i Figur 43, konstruerades för att simulera de närvarande flödespåfrestningarna vid långbaneátercirkulationsrengöringsprocessen. De experimen- tella inmatningarna beskrivs nedan.

Provbitar 23 i rostfritt stål ytbelagda med en 10 tusendels (eng. mil) tjockt lager av avlag- ringsmaterial användes för att simulera korrosionsprodukter avlagrade på rörytor hos se- kundärsystem. Dessa provbitar 23 doppades i en testlösning (avjonat vatten, med eller 535 'I 37 26 utan dispergeringsmedel) och roterades för att generera ett fluidskjuvningspåfrestnings- kännetecken som den som erfars nära ytan hos rörledningen vid làngbaneàtercirkula- tionsrengöringsprocessen. Återstoden av detta stycke beskriver de huvudsakliga kompo- nenterna hos experimentapparaten.

De simulerade anläggningsavlagringsmaterialen som används i dessa tester (syntetisk magnetit och hematit) var identiska med dem som användes i sedimenteringstesterna. En blandning av den lämpliga järnoxiden och avjonat vatten anbringades pà en yta hos varje provbit 23 av rostfritt stål. Överskottet avlägsnades med hjälp av en kalender (eng. calen- dar) för att skapa en jämn ytbeläggning. När väl avlagringsmaterialet anbringats upphet- tades provbitarna 23 i enlighet med följande tidtabell: v 3 timmar vid 100°C ø 3 timmar vid 150°C v 3 timmar vid 225°C v 3 timmar vid 280°C Kväve släpptes över provbitarna 23 helt igenom upphettningsprocessen för att förebygga oxidation. Vid slutet av uppvärmningscykeln fick provbitarna 23 kylas ned till rumstempe- ratur innan de lastades in iden experimentella apparaten 20.

Provbitarna 23 av rostfritt stàl som användes i detta test mätte 2,07" i diameter och 0,03" i tjocklek. Före avlagringspåförsel borrades ett hål genom centrumet hos varje provbit 23 och en sida etsades med ett identifieringsnummer. Testbitarna 23 förbereddes sedan ge- nom rengöring och skrovlighetsbehandling av den icke etsade sidan med smärgelpapper (eng. emery paper). Avlagringsmaterialet anbringades sedan på denna sida såsom be- skrivits ovan. Vid starten av varje test fastsattes den för-ytbehandlade provbiten 23 till än- den av drivhjulsaxeln 22 och placerades så att den suspenderades ifluid innefattad i ett kärl 24 (avlagringsbelagda ytan riktad nedåt) inom 0,25 tum av kärlgolvet.

Experimentapparaten 20 sattes ihop i ett autoklavutrymme (eng. autoclave bay). Detta utrymme är försett med ett magnetiskt drivhjul med varierbar hastighet och motor 21, vil- ket kan förbindas med axeln 22 och roterad vid en specificerad frekvens. För varje test fästades en provbit 23 av rostfritt stål till änden av axeln 22 som sträcker sig ner fràn det magnetiska drivhjulet 21 via ett hål som borrats genom provbitens centrum. Provbiten 23 doppade i en lösning med avjonat vatten (med eller utan dispergeringsmedel) vid omgiv- 535 137 27 ningstemperatur. Provbiten 23 fästades vid axeln 22 på ett sådant sätt att ytan belagd med avlagringsmaterial var riktad nedåt och suspenderade 1/4" ovanför golvet hos kärlet 24 innehållande testlösningen.

Rotationen av provbiten 23 skapade en radiell fördelning av fluidhastigheter över ytan hos provbiten 23, vilket producerade varierande skjuvningsspänningar. För att approcimera krafterna närvarande på tidigare avlagrat material som förekommer i iàngbaneàtercirkula- tionsslingan beräknades en kännetecknande fluidhastighet baserad pá en representativ anlägnningsgeometri.

Genomsnittshastigheten hos fluiden i systemet, u, räknades ut genom att dividera den kända flödeshastigheten genom tvärsnittsytan hos flödesbanan med hjälp av följande in- formation: ø Den typiska flödeshastigheten hos en representativ anläggning under Iångbaneåtercirkulationsrengöringsprocessen är uppskattad vid 4.000 gpm. o Det antas att flödet är fördelat lika mellan de två uppvärmningstågen (eng. heater train), den totala flödeshastigheten genom matarvattensuppvärmningsapparaten vid långbaneåtercirkulation är 4000 gpm/2=2000 gpm (4,456 fta/s).

~ Värmeapparatsrören är specificerade att ha en OD (eng. OD) på 0,625 tum och en tjocklek pà 0,035 tum varifrån det kan bestämmas att innerdiametern är 0,625 tum - 0,035 tum=0,59 tum, o Varje värmeapparat innehåller totalt 1397 rör.

Den totala ytan hos flödesbanan är därför: 'f u) . w-'I . x I 'j-:I-ü ii ~< ,-r 382 m; =2_55 f? 1397 rör Den genomsnittliga fluidhastigheten genom värmeapparaten är då: _» í'*~"*5° f* =1_ss ft/s 2.05 il: 535 137 28 För att säkerställa att intervallet av fluidhastigheter som erfars av olika punkter på prov- stycket 23 var liknande intervallet av ytliga hastigheter som erfars av rörväggen vid ett typiskt långbanerengöringsförfarande var hastigheten hos motom 21 satt till 230 rpm. Vid denna hastighet roterar ungefär hälften av ytan hos provstycket 23 vid en hastighet större än 1,68 ft/s och hälften av ytan roterar vid en långsammare hastighet, Tester utfördes över en 24-timmarsperiod mätt från tiden då rotation av provstycket 23 initierades. Ett prov pà 5 ml av testlösningen samlades upp vid 0,5; 1, 2, 5, 10 och 24 timmar för elementaranalys för att bestämma järnhalten hos lösningen. När väl prov- stycket 23 hade börjat rotera fortsatte det att rotera vid samma hastighet ända tills efter att 24-timmarsprovet hade samlats upp (proverna samlades från den flödande lösningen).

När väl motorn 21 hade stängts av avlägsnades kärlet 24 innehållande testlösningen och lösningen överfördes till en förslutningsbar flaska för analys. Provstycket 23 kopplades sedan bort från axeln 22 och torkades vid 30°C under en inert gas.

När det var torrt samlades provstycket ihop för att bestämma vikten hos det förlorade av- lagringsmaterialet. Mängden återsuspenderat avlagringsmaterial bestämdes både från elementaranalys av prover från testlösningen som tagits alltigenom testet (suspenderat järn) och från viktsförlustmätningar vid början och slutet (gross-partiklar). Elementaranalys av proverna utfördes med en induktivt kopplad plasmaspektrometer (ICP), Resultaten av ICP-analysen som utfördes vid varje provtagningsintervall (O,5; 1, 2, 5, 10 och 24 timmar) för de utförda återsuspensionstesterna visas i Tabell 8. Resultaten av tester utförda med magnetit (Tester 1-7) visas grafiskt i Figur 44 (1 ppm dispergeringsme- del) och Figur 45 (100 ppm dispergeringsmedel). Figur 46 och Figur 47 visar resultaten av Testerna 8-14 i vilka hematit användes som avlagringsmaterial. Standardprover kördes efter varje test för att kontrollera att alla mätningar var inom en tolerans på 10%. Stan- dardproverna mättes efter 1-timmes- och 2-timmesproverna för Test 10 (100 ppm PAA med hög molekylvikt samt hematit) föll under det acceptabla intervallet, det vill säga, de angav för lågt den faktiska järnkoncentrationen. Det är därför möjligt att det faktiska järn- innehâllet i dessa lösningar är 20% större; eftersom det är oklart när växlingen i instru- mentavläsningar ägde rum kan detta emellertid inte sägas med säkerhet. De mätta vär- dena för alla andra standardprover var inom det acceptabla intervallet. 535 137 00.0 00.0 00.0 00.0 00.0 00.0 00.0 00.0 00.0 00.0 00.0 00.0 00.0 00.0 000-00 00.0 00.0 00.0 00.0 00.0 0.0.0 00.0 00.0 00.0 2.0 00.0 00.0 00.0 00.0 ._0000 00.0 00.0 00.0 00.0 00.0 00.0 00.0 00.0 00.0 00.0 00.0 00.0 00.0 00.0 50-0 00.0 00.0 00.0 00.0. 00.0 00.0 00.0 00.0 00.0 00.0 0.0.0 0.0.0 00.0 00.0 .00-0 00.0 00.0 00.0. 00.0 00.0 00. 0 00.0 00.0 0 0.0 00.0 00.0 00.0 00.0 0 0.0 .E00 00.0 00.0 00.0 00.0 00.0 00.0 00.0 0.0.0 00.0 00.0 00.0 00.0 00.0 00.0 000-00 000000 000006005 000 0 000 0 000 0 <2 000 000 0 000 0 <2 .000000000000 0 052.0 052.0 052% 9>2I0 0520 0520 0052:. 5>2:0 _0005 <<20 <<20 <5". SE <<0 <<0 0000. <<20 <<20 <<0 <<0 SE <<0 .00.0 -000000000000 Éïæmrc 000.00: 000,00: 000000: 000.00: 000000: 00020: 000.0: 0000002 0000002 0000002 0000002 0000002 0000002 0000002 -000000_>< 0000090 0.0 .000 00 0000 00 030 00 .000 00 .000 0 .000 0 .000 0 0000 0 .00.0 0 _30 0 .000 0 .000 0 080 0 .000 000000 02.008. mm 535 137 Massan hos varje provstycke 23 noterades innan avlagringslastning, efter avlagringslast- ning och vid slutsatsen av testperioden för att bestämma mängden av avlagringsmaterial som förlorats av provstycket 23 under testets gång. Huvuddelen av detta material frisattes i testlösningen som flagor eller stora partiklar, vilka snabbt sedimenterade till botten av kärlet (0,25" under ytan av provstycket). Vid avlägsnandet av provstycket 23 befanns ett litet lager av avlagringsmaterial på ungefär 1/2 tum i diameter ha samlats vid centrum av kärlgolvet, där flödeshastigheterna var lägst.

Eftersom de stora flagorna tros ha lossnat från provstycket 23 på grund av skjuvkraften hos fluiden och inte genom dispergeringsmedelsverkan är resultaten av ICP-analysen an- sedda att bäst avspegla effektiviteten hos dispergeringsmedlet (dess förmåga att kvar- hålla små partiklar i lösning). Belägg för flödesmönstrena skapade genom rotationen hos provstycket 23 kunde observeras i det återstående avlagringsmaterialet på provstyckena. l allmänhet var det uppmätta järninnehållet högre i lösningar innehållande 100 ppm dis- pergeringsmedel. De relativa förbättringarna i prestanda som observerats vid 100 ppm var emellertid signifikant mindre än vad som skulle ha förväntats för en faktor på 100 gångers ökning, givet att en ökning i mängden av tillgängligt dispergeringsmedel teoretiskt skulle resultera i en proportionell ökning i järnsuspension. I testerna för att utvärdera återsus- pensionen av magnetit resulterade närvaron av 100 ppm dispergeringsmedel ijärnkon- centrationer som var ett genomsnitt på 2 till 3 gånger högre än de som observerades med 1 ppm av samma dispergeringsmedel. Detta motsvarar en faktor på 2 till 3 gångers ök- ning i effektivitet med en faktor av etthundra gångers ökning i koncentration. De relativa ökningarna i effektivitet hos lösningar innehållande 100 ppm mot 1 ppm dispergeringsmedel är visade i Tabell 9.

Tabell 9 Tids- Magnetitsuspension Hematitsuspension period PAA (HMW) PAA (LMW) PMAA PAA (HMW) PAA (LMW) PMAA Första -52% 159% 166% 55% 15% 249% 2 timmarna 2-24 timmar 1318% 220% 24% 107% 11% 168% Totalt 861% 199% 71% 90% 13% 195% Negativa värden visar att dispergeringsmedelslösningen på 1 ppm var mer effektiv än dispergeringsmedelslösningen pà 100 ppm. 535 137 31 Eftersom tiden som krävs för fluiden att cirkulera genom hela flödesbanan (och därför kondenssliparna och/eller filter) är i storleksordningen 30 minuter till 2 timmar är det nöd- vändigt för dispergeringsmedlet att främja långtidspartikelsuspension för att vara effektiv.

Huvuddelen av testresultaten visar att en dispergeringsmedelskoncentration på 1 ppm är tillräcklig för att signifikant öka järnoxiddispersionen över en period pà tvâ timmar. Efter- som detta är den uppskattade cykeltiden för en engångskörning genom kondenssliparna under långbanerengöringen kan värdering av verkan begränsas till denna tidsram.

Den procentuella förbättringen i järnoxidsuspension som observerades i varje test inne- hållande dispergeringsmedel visas i Tabell 10 och Tabell 11 (för testning utförd med magnetit- respektive hematitavlagringsmaterial). Även om alla tre dispergeringsmedlen signifikant ökade suspensionen av järnoxider under dynamiska betingelser observerades den största ökningen i magnetitkoncentration i testlösningen innehållande 1 ppm av PAA- polymer med hög molekylvikt vid tidsperioderna av intresse (1- och 2-timmes provtag- ningspunkter). Dessa data visar att formuleringen av PAA med hög molekylvikt kommer att vara mest effektiv för att dispergera korrosionsprodukter bestående av magnetit till dess att de kan avlägsnas fràn systemet.

Tabell 1 0 Test Nr. Test 2 Test 3 Test 4 Test 5 Test 6 Test 7 oispergârings- PAA (HMW) PAA (HMW) PAA (LMW) PAA (LMW) PMAA PMAA me e Dispergerings- 1 100 1 100 1 100 medelskonc. (ppm) 0,5 -tim. 160% 37% 12% 122% 9% 211% 1 -tim. 602% 202% 67% 434% 76% 332% Z-tirn. 121% 655% 65% 140% 145% 158% Tabell 1 1 Test Nr. Test 9 Test 10 Test 1 1 Test 12 Test 13 Test 14 Dispergeri ngs- PAA (H MW) PAA (HMW) PAA (LMW) PAA (LM\Al) PMAA PMAA medel Dispergerings- 1 100 1 100 1 100 medelskonc. (ppm) 0,5-tim . 9% 69% 57% 143% 33% 384% 1-tim. -15% 30% 157% 96% 33% 346% Z-tim. -2% 36% 170% 133% 51% 399% 535 137 32 Till skillnad från resultaten av de preliminära sedimenteringstesterna presterade formule- ringen med PAA av hög molekylvikt mindre effektivt jämfört med de andra två disperge- ringsmedelsalternativen (och kontrollen) i àtersuspensionstesterna med hematit. Järnox- idkoncentrationen av denna testlösning var något högre än kontrollösningens.

Sammanfattningsvis gav àtersuspensionstesterna följande resultat.

En dispergeringsmedelskoncentration på 1 ppm är tillräcklig för att signifikant öka magnetitdispersionen.

Större järnåtersuspension observerades i allmänhet i tester med höga disperge- ringsmedelskoncentrationer (100 ppm) jämfört med dem med 1 ppm disperge- ringsmedel. Ökningen i effektivitet är emellertid inte proportionell vilket kanske kunde förutspås från teoretiska betraktanden.

Huvuddelen av testresultaten visar att en dispergeringsmedelskoncentration på 1 ppm är tillräcklig för att signifikant öka järnoxiddispersionen för en tid på omkring 2 timmar. Eftersom tiden som krävs för fluiden att cirkulera genom hela flödesbanan (och därför kondenssliparna och/eller filter) äri storleksordningen 30 minuter till 2 timmar är denna tidsperiod tillräcklig för dispergeringsmedlet att vara effektivt (en suspensionstid som är större än eller lika med cykeltiden säkerställer att suspen- derat material kommer att nå kondenssliparna innan avlagring i systemet). Även orn alla tre dispergeringsmedlen signifikant ökade suspensionen avjärnoxi- der under dynamiska betingelser observerades den största ökningen i magnetit- koncentration i testlösningen innehållande 1 ppm av PAA-polymeren med hög molekylvikt vid tidsperioderna av intresse (1- och 2-timmars provtagningspunkter).

Formuleringen av PAA med hög molekylvikt presterade inte lika bra som de andra två dispergeringsmedelsalternativen i àtersuspensionstesterna med hematit.

Det föregående har beskrivit en metod för att rengöra återcirkulationsbanor för en kraft- producerande anläggning. Vidare har utföringsformer enligt uppfinningen avseende en metod för att testa àtersuspensionskaraktäristika och återsuspensionstester beskrivits, 535 137 33 Medan specifika utföringsformer av föreliggande uppfinning har beskrivits kommer det att vara tydligt för fackmännen att olika modifieringar därav kan göras utan att fràngå uppfinningens andemening och omfång. Följaktligen är föregående beskrivning av uppfinningens föredragna utföringsform och bästa sättet för att utöva uppfinningen givna enbart i syftet att illustrera och inte i syftet att begränsa.

Claims (8)

10 15 20 25 30 35 535 137 34 PATENTKRAV

1. Metod för att testa àtersuspensionskaraktäristika hos ett kemiskt dispergeringsmedel, vilken innefattar stegen: (a) att tillhandahålla en testapparat, som innefattar: (i) ett lösningsinneslutningskärl; (ii) ett drivhjulssystem; och (iii) en axel; (b) att fästa ett substrat som är ytbelagt med avlagringsmaterial på axeln; (c) att doppa det ytbelagda substratet i en lösning innefattad i kärlet; (d) att använda drivhjulssystemet för att rotera axeln och det ytbelagda substratet vid en förutbestämd hastighet; och (e) att bestämma en mängd av avlagringsmaterial som avlägsnats från substratet.

2. Metod i enlighet med krav 1, vilken ytterligare innefattar steget att väga substratet före ytbeläggning med avlagringsmafterialet.

3. Metod i enlighet med krav 1, vilken ytterligare innefattar steget att väga substratet efter ytbeläggning med avlagringsmaterialet.

4. Metod i enlighet med krav 1, vilken ytterligare innefattar steget att väga substratet efter att substratet är avlägsnat från lösningen.

5. Metod i enlighet med krav 1, vilken ytterligare innefattar stegen att samla upp prover av lösningen vid förutbestämda tidsintervaller vid testning för att bestämma ett elementarinnehàll hos lösningen.

6. , Metod i enlighet med krav 1, vari mängden avlägsnat avlagringsmaterial bestäms genom en mängd av elementarinnehàll innefattad i lösningen och en vikt av avlagringsmaterial som avlägsnats från substratet.

7. Metod i enlighet med krav 1, vilken ytterligare innefattar steget att ytbelägga sub- stratet med avlagringsmaterlalet. 535 13? 35

8. Metod i enlighet med krav 7, vari steget med ytbeläggning av substratet innefattar stegen: (a) att anbringa en förutbestämd mängd av avlagringsmaterial på substratet; (b) att avlägsna överskott av avlagringsmaterial från substratet; 5 (c) att värma det ytbelagda substratet; (d) att släppa kväve över det ytbelagda substratet vid uppvärmningssteget för att förhindra oxidation, och (e) att kyla det ytbelagda substratet till rumstemperatur. 10