Eine Möglichkeit, die Effizienz der Wärmeübertragung in einem Kraftwerk zu maximieren und die Kosten zu senken, besteht in der Kontrolle der Wasserchemie im Kühlkreislauf. Dieses Kühlwasser wird alkalisch gehalten, um die schützende Oxidschicht auf den Metallrohren im gesamten Wasserkreislauf zu erhalten. Übersteigt die Alkalinität allerdings den empfohlenen Konzentrationsbereich, kann sich Kesselstein (Ablagerungen) bilden, weshalb mit Carbonat- (CO32-) und Bicarbonat-Ionen (HCO3-) gepuffert wird. Die Titration des Kühlwassers auf pH 4,5 ergibt die so genannte "m-Alkalinität" (Methylorange-Alkalinität), ein Maß für die Gesamtalkalinität. Unterhalb dieses pH-Werts ist keine Alkalinität mehr vorhanden, sondern nur noch freie Säure (H+), Kohlensäure (H2CO3) und CO2.
In dieser Process Application Note wird die Online-Analyse der Alkalinität in Kühlwasser beschrieben. Diese Methode liefert Ergebnisse in weniger als 30 Minuten, was eine schnellere Reaktionszeit bedeutet, wenn Messwerte außerhalb der Spezifikation liegen. In Zusammenspiel mit der Leitwarte (DCS) des Kraftwerks stellt die Online-Überwachung des m-Wertes mit einem Prozessanalysator sicher, dass die Korrosion kontrolliert werden kann, bevor sie den Wirkungsgrad des Kraftwerks beeinträchtigt, was die Ausfallzeiten verringert und die Wartungskosten senkt.
Die Kontrolle der Wasserchemie im Kühlkreislauf eines Kraftwerks ist eine Möglichkeit, den Wirkungsgrad der Wärmeübertragung zu maximieren und Kosten zu reduzieren (Abbildung 1). Kühlwasser wird eingesetzt, um den Abdampf der Turbine zu kondensieren und das so entstehende Wasser als Speisewasser wieder dem Wasser-Dampf-Kreislauf zuzuführen. Die Kondensationswärme (Energie) des Dampfes wird auf das Kühlwasser übertragen, während dieses durch kilometerlange (Titan-)Rohre in den Kondensator fließt. Die Wasserchemie hängt von der Art des Kraftwerks, der Form des Kühlkreislaufs und der Werkstoffe ab. Jeder Kühlkreislauf verfügt über ein einzigartiges Design und individuelle analytische Anforderungen.
Das Absenken der Temperatur des Kühlwassers erfolgt entweder in Form einer Durchlaufkühlung, bei der Wasser aus der Umwelt entnommen und mit einer geringfügig höheren Temperatur zurückgeführt wird, oder im Kreislauf eines Kühlturms. Der Wasserbedarf für Durchlaufkühlkreisläufe ist wegen der großen Mengen, die für die kontinuierliche Kühlung benötigt werden, wesentlich höher. Das aus Flüssen und Seen entnommene Wasser enthält neben anderen Verunreinigungen auch Sauerstoff, der zu Korrosion in den Rohrleitungen führt, wenn er nicht ausreichend entfernt wird. Eine kontinuierliche Zirkulation des Kühlwassers erhöht zwar die Konzentration von Verunreinigungen, verbraucht jedoch viel weniger Wasser.
Das Kühlwasser wird im alkalischen Bereich gehalten, um die schützende Oxidschicht in den metallischen Rohrleitungen des Wasserkreislaufs aufrechtzuerhalten. Saures Wasser würde die Oxidschicht zerstören und die metallische Oberfläche angreifen. Übersteigt die Alkalinität allerdings den empfohlenen Konzentrationsbereich, kann sich Kesselstein (Ablagerungen) bilden. Aus diesem Grund wird das Wasser mit Karbonat- (CO32-) und Bicarbonat (HCO3-) gegen weitere Änderungen des pH-Werts gepuffert (Reaktion 1).
Traditionell wird das Wasser mittels Titration im Labor analysiert. Diese Methode liefert jedoch keine zeitnahen Ergebnisse und erfordert menschliches Eingreifen, um die Ergebnisse der Laboranalyse auf den Prozess zu übertragen. Die Online-Prozessanalyse ermöglicht eine ständige Überwachung der Wasserqualität ohne manuelle Probenahme und liefert genauere und repräsentative Ergebnisse direkt an den Kontrollraum.
Optimale Wasserchemie beginnt mit einem Online Prozessanalysensystem wie dem 2026 Titrolyzer von Metrohm Process Analytics. Profitieren Sie von einer zeitsparenden Analyse die den Wirkungsgrad des Prozesses sowie die Effizienz deutlich erhöht. Die Online-Analyse trägt zum Schutz vor Korrosion und Verschmutzung im Kühlwasserkreislauf bei und ermöglicht so eine längere Betriebszeit und geringere Wartungskosten. Die Titration auf einen pH-Wert von 4,5, der von einer pH-Elektrode angezeigt wird, ergibt den so genannten "m-Wert" (Methylorange-Alkalinität), der auch ein Maß für die Gesamtalkalität ist. Unterhalb eines pH-Wertes von etwa 4,3 ist keine Alkalität mehr vorhanden, sondern nur noch freie Säure (H+), Kohlensäure (H2CO3) und CO2.
Die Titration wird mit 0,1 mol/L Salzsäure (HCl) auf pH 4,5 durchgeführt. Der Endpunkt wird automatisch durch Aufzeichnung der Änderung des pH/mV-Signals in Abhängigkeit von der dosierten Menge des Titriermittels ermittelt. Eine geeignete pH-Elektrode wird zur genauen Anzeige dieser pH/mV-Änderung verwendet. Neben dem 2026 Titrolyzer können auch die 2035 Process Analyzer - Potentiometrie und 2060 TI Process Analyzer (Abbildungen 2 und 3) die Alkalinität online überwachen, was eine hohe Prozesseffizienz und niedrige Betriebs- und Energiekosten garantiert.
| Parameter | Messbereich |
|---|---|
| m-Alkalität | 0–110 mmol/L * |
| CaCO3 | 0–1000 mg/L * |
Metrohm Process Analytics bietet eine breite Palette von Online-Prozessanalysatoren zur rund-um-die-Uhr Überwachung von Kraftwerken. Von Einzelparameter-Analysatoren (z. B. 2026 Titrolyzer) bis hin zu Multiparameter-Analysatoren (z. B. 2035 Process Analyzer - Potentiometrie und 2060 TI Process Analyzer) - alle diese Lösungen können die Alkalinität messen und helfen, den Anlagenbetrieb zu sichern und die Effizienz der Prozesskühlung zu optimieren.
- Erhöhte Langlebigkeit der wertvollen Unternehmensressourcen
- Überwachung mehrerer Probenströme (bis zu 10) für mehr Einsparungen pro Messpunkt und Ergebnis
- Sichereres Arbeitsumfeld und automatisiert Probenahme
- Vollautomatische Diagnose – Automatische Alarme, wenn die Proben außerhalb der vorgegebenen Parameter liegen
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