Hoe de kwaliteit van het voedingswater te verbeteren om corrosie van de ketel te voorkomen

Het falen van de ketel is een grote zorg voor verwarmings- en energiecentrales, en het is bekend dat corrosie in verband met de waterkwaliteit van de ketel de belangrijkste oorzaak is. De totale kosten van defecten aan ketelbuizen in elektriciteitscentrales worden geschat op ongeveer $ 5 miljard per jaar (merk op dat dit cijfer uit 2009 stamt en dus waarschijnlijk veel hoger zal zijn). de waterkwaliteit moet voortdurend binnen de tolerantie-eisen van de ketel worden gehouden.

Boiler-feedwater-onzuiverheden

Waterbronnen bevatten onzuiverheden die, op bepaalde niveaus, zeer schadelijk kunnen zijn. Bij hoge temperaturen kunnen zelfs sporen van bepaalde stoffen in voedingswater in korte tijd ernstige schade aan apparatuur en leidingen veroorzaken. Problematische opgeloste of zwevende stoffen, zuurstof, kooldioxide en organisch materiaal kunnen kalkaanslag, vervuiling en corrosie veroorzaken. Bijvoorbeeld:

• IJzer kan zich afzetten op interne ketelonderdelen en buizen, stroomafwaartse apparatuur beschadigen en de kwaliteit van bepaalde productieprocessen beïnvloeden.
• Koper kan afzettingen veroorzaken in hogedrukturbines, waardoor hun efficiëntie afneemt en dure reiniging of vervanging van apparatuur nodig is.
• Silicium kan extreem harde kalkaanslag veroorzaken, vooral in hogedrukketels.
• Calcium kan in verschillende vormen kalkaanslag veroorzaken, afhankelijk van de chemie van het voedingswater van de ketel.
• Magnesium kan aan de binnenkant van de ketel en gecoate buizen blijven plakken, waardoor meer vaste stoffen worden aangetrokken en kalkaanslag ontstaat, vooral in combinatie met fosfaat.
• Aluminium kan zich als kalk aan de binnenkant van de ketel afzetten en kan reageren met silica om de kans op kalkaanslag verder te vergroten.
• Hardheid veroorzaakt afzettingen en kalkaanslag op ketelonderdelen en leidingen.
• Opgeloste gassen zoals zuurstof en kooldioxide kunnen ernstige corrosie veroorzaken op ketelleidingen en onderdelen.

De meest voorkomende vorm van corrosie is putcorrosie door opgeloste zuurstof. Dit wordt gekenmerkt door kleine maar diepe gaten die buiswanden binnendringen en uiteindelijk falen veroorzaken. Factoren die de ernst beïnvloeden zijn onder meer de opgeloste zuurstofconcentratie, pH en temperatuur. (Gerelateerde lectuur:Hoe u effectief putcorrosie kunt herkennen, voorkomen en behandelen.)

Om corrosie te voorkomen, moet ketelwater enigszins alkalisch en niet zuur zijn. Onjuiste zuurgraad en licht alkalisch water kunnen metaal en de beschermende film op metalen oppervlakken oplossen.

Zure aantasting treedt op als de pH onder 8,5 daalt. In deze toestand zijn materialen vatbaar voor oppervlakteverdunning veroorzaakt door etsen. Elk gestrest gebied zou het meest kwetsbaar zijn bij dit soort aanvallen.

Bijtende aantasting treedt op als de pH hoger is dan 12,9, en wordt vaak aangetroffen bij hoge temperaturen bij met fosfaat behandelde ketels. Afzettingen in gebieden met een hoge warmteoverdracht kunnen magnetietfilm van het basismateriaal verwijderen.

Schuimende carry-over

Schuimoverdracht wordt veroorzaakt door normale ketelonzuiverheden die te geconcentreerd worden, overbehandeling met chemicaliën of een onbedoelde introductie van organisch materiaal (vet of olie) in het ketelvoedingswater of condensaatretour. Het schuim in de ketel wordt gemakkelijk uit de stoomuitlaat van de ketel geperst en kan grote schade veroorzaken. Waterslag in een stoomleiding, erosie in stoomleidingen en ketellaagwatergebeurtenissen zijn voorbeelden.

Figuur 1. Video die de werking van de ketel beschrijft.

Boiler-feedwaterbehandelingssystemen

Een voedingswaterbehandelingssysteem voor ketels bestaat uit verschillende individuele technologieën die de toestand van het voedingswater aanpakken om te voldoen aan de vereisten van de specifieke ketel. Het behandelingssysteem bestaat uit de componenten die nodig zijn om onzuiverheden te verwijderen die altijd aanwezig zijn, ongeacht de bron. Een basissysteem voor de behandeling van voedingswater voor ketels omvat typisch een soort van coagulatie, filtratie, ionenuitwisseling, dealkalinisatie, ontluchting en membraanprocessen zoals omgekeerde osmose. Deze onderdelen worden in de volgende paragrafen beschreven. (Verwante lectuur:Corrosie op basis van chelantia in een ketelwaterleiding vermijden.)

Coagulatie en chemische neerslag

Nadat alle grote objecten uit de oorspronkelijke waterbron zijn verwijderd, worden verschillende chemicaliën toegevoegd aan een reactietank om de bulk gesuspendeerde vaste stoffen en andere verschillende verontreinigingen te verwijderen. Dit proces begint met een assortiment mengreactoren, meestal een of twee reactoren die specifieke chemicaliën toevoegen om alle fijnere deeltjes in het water te verwijderen door ze te combineren tot zwaardere deeltjes via coagulatie die uiteindelijk neerslaan en bezinken.

Filtratie en ultrafiltratie

De volgende stap is over het algemeen het water door filtratie te laten lopen om eventuele zwevende deeltjes zoals sediment, troebelheid en bepaalde soorten organisch materiaal te verwijderen. Het is vaak handig om dit vroeg in het proces te doen, omdat de verwijdering van gesuspendeerde vaste stoffen stroomopwaarts kan helpen om membranen en ionenuitwisselingsharsen later in het voorbehandelingsproces te beschermen tegen vervuiling.

Ionenuitwisselingsverzachting

Een verzachtende hars kan worden gebruikt om hoge hardheden aan te pakken die bicarbonaten, sulfaten, chloriden of nitraten bevatten. Deze procedure maakt gebruik van een sterk zuur kationenuitwisselingsproces, waarbij hars wordt geladen met een natriumion. Hard water gaat door een ontharder en calcium en magnesium wisselen af ​​met natriumionen. Natriumionen worden losjes vastgehouden en kunnen gemakkelijk worden vervangen door calcium- en magnesiumionen. Tijdens dit proces komen “vrije” natriumionen vrij in het water.

Dealkalisatie

Dealkalisatie kan de alkaliteit of pH verlagen, een onzuiverheid die schuimvorming, corrosie en brosheid kan veroorzaken. Natriumchloride-dealkalisatie gebruikt een sterke anionenuitwisselingshars om bicarbonaat, sulfaat en nitraat te vervangen door chloride-anionen.

Omgekeerde osmose en nanofiltratie

Omgekeerde osmose (RO) en nanofiltratie (NF) dwingen water onder druk door semi-permeabele membranen, waardoor verontreinigingen zoals bacteriën, zouten, organische stoffen, silica en hardheid worden opgevangen, terwijl geconcentreerd, gezuiverd water doorgelaten wordt. Deze filtratie-units worden meestal gebruikt bij hogedrukketels waar de concentratie van zwevende en opgeloste vaste stoffen extreem laag moet worden gehouden.

Ontluchting of ontgassing

Het condensaat dat wordt teruggevoerd, zal zich vermengen met het behandelde suppletiewater en een ontluchtings- of ontgassingsproces ingaan. Sporen van zuurstof en kooldioxide kunnen extreem corrosief zijn voor ketelapparatuur en leidingen. Daarom is het absoluut noodzakelijk om deze gassen tot acceptabele niveaus te verwijderen om de levensduur en veiligheid van het ketelsysteem te maximaliseren. Er zijn verschillende soorten ontluchtingsapparaten die in verschillende configuraties verkrijgbaar zijn, maar een tray- of spray-type ontluchter voor ontgassing of zuurstofvangers zijn de meest voorkomende typen.

Hogedruk- en lagedrukketels

De kwaliteitseisen van het voedingswater zijn afhankelijk van druk en debiet. Voor bepaalde drukken is er een maximumniveau aan verontreinigingen en naarmate de druk toeneemt, wordt het belangrijker voor een grondige waterbehandeling die water van hogere kwaliteit oplevert.

Lagedrukketels (600 PSI en lager) en water met een lage hoeveelheid totaal opgeloste vaste stoffen (TDS) vereisen doorgaans alleen eenvoudige filtratie en waterontharding. Naarmate de waterchemie dit voorschrijft, of als de druk toeneemt, kan een dealkaliser nodig zijn.

Hogedrukketels (600 PSI en hoger) vereisen meestal een soort demineralisatie, ionenuitwisseling of op hars gebaseerde sandwich- of polijstapparaten met gemengd bed. Omgekeerde osmose die wordt gebruikt in combinatie met een polijsttechnologie is erg populair waar water met een extreem hoge zuiverheid vereist is.

Voedingswatertesten en kwaliteitscontrole

Het voorkomen en minimaliseren van corrosieprocessen in ketels is erg belangrijk in de thermische energie-industrie. De kwaliteit van het voedingswater moet worden gehandhaafd op een niveau dat overeenkomt met de ontwerpnormen, gevolgd door eventuele fluctuaties in de gemeten parameters te noteren. Er zijn gevoelige online en offline analytische instrumenten die kunnen worden gebruikt om de belangrijkste diagnostische parameters te meten die cruciaal zijn voor de veiligheid en prestaties van de ketel.

Weten waar de kwaliteit van de voedingswaterbron staat in relatie tot de waterkwaliteit die nodig is voor een specifieke ketel is essentieel, omdat een ontoereikende waterbehandeling kan leiden tot kalkaanslag, corrosie en vervuiling van de ketel en stroomafwaartse apparatuur.