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Kesselüberwachung und Dampfanalyse Volldampf für die Analyse: So geht die Kesselüberwachung 24/7

| Autor / Redakteur: Lukas Graf / Dominik Stephan

Betreiber von Industriekesseln wie Wäschereien und Brauereien sind verpflichtet, regelmäßig die Wasserqualität im Kessel zu überprüfen. Gleichzeitig nimmt aber die Anzahl an Kesselmeistern ab, die diese Aufgabe erfüllen können und die Kompetenz geht verloren. Daher wurde speziell für diese Kunden ein kompaktes Dampfanalysegerät für die kontinuierliche Überwachung entwickelt.

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Das Design des Panels verhindert eine Verwechslung der Einbauplätze.
Das Design des Panels verhindert eine Verwechslung der Einbauplätze.
(Bild: Endress+Hauser)

Dampfanalysesysteme werden zur Korrosions- und Schadstoffüberwachung im Dampfkreislauf eingesetzt. Hierbei wird aus dem Dampfkreislauf eine Probe gezogen, gekühlt und auf Verunreinigungen untersucht. Das Hauptaugenmerk liegt auf gelösten Salzen und Sauerstoff, die Korrosion verursachen und zum Erlöschen der Betriebserlaubnis führen können. Ziel der Überwachung ist die lückenlose Dokumentation der Verunreinigungen, um Korrosion vorzubeugen und Lieferanten wie Kesselherstellern einen Nachweis zu liefern, dass die Wasserqualität im geforderten Bereich lag.

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Um die komplette Instrumentierung zur Analyse der wichtigen Parameter wie z.B. pH-Wert, Leitfähigkeit oder Sauerstoff in einer kompakten Lösung anzubieten, haben die Automatisierungsspezialisten von Endress+Hauser mit dem Steam Water Analysis System (SWAS Compact) einen Allround-Analyseansatz inklusive der Probenvorbereitung und Kationentauscher entwickelt. Das spart Platz und erleichtert den Einbau der Sensoren, da das Paneldesign eine Verwechslung der Einbauplätze verhindert. Der hervorragende Nutzen des SWAS Compact liegt in der ausgefeilten Geometrie des Systems: Diese ist so ausgelegt, dass es drei Mal weniger Analyseprobe benötigt als herkömmliche Systeme, erklären die Entwickler. Dies ist besonders für Betreiber interessant, die den Dampf mit Kaltwasser kühlen, dank des geringeren Probevolumens kann der Energiebedarf für die Wasserkühlung bis zu 60% gesenkt werden kann.

Individuelle Alarmmeldung zur Temperaturüberwachung

Bei der Kühlung einer Dampfprobe wird diese von bis zu 250 °C und 50 bar auf Umgebungstemperatur herunter gekühlt. Fällt die Kühlung aus, verhindert ein Temperaturabschaltventil (TSV) die Überhitzung der Messtechnik. Hierfür werden häufig mechanische Ventile mit einem Bimetall eingesetzt. Da diese jedoch anfällig für hohe Umgebungstemperaturen und Störstoffe sind, verwendet das SWAS Compact von Endress+Hauser ein elektromagnetisches Ventil. Gesteuert wird dieses über den , an den auch die Analysesensoren und die Durchflussüberwachung angeschlossen werden.

Alle Memosens-Sensoren, die in der Dampfanalyse eingesetzt werden, besitzen einen Temperaturfühler zur Temperaturkompensation. Die Werte des Temperaturfühlers werden an den Messumformer übertragen und dort kann ein individueller Alarmwert eingestellt, bei dem das TSV bei zu hohen Temperaturen geschaltet wird. Außerdem kann der Kesselmeister kann für Störungen Meldungen im Klartext eingeben, die dann dem Personal vor Ort eine schnelle Fehlersuche ermöglichen.

Zuverlässige Messung der Leitfähigkeit

Gelöste Salze enthalten Ionen, die im Wasser die Leitfähigkeit erhöhen und mit Sauerstoff zur Korrosion führen. Die Messung der Leitfähigkeit erfolgt über die Potentialunterschiede in einem konduktiven Sensor. Dieser ist über zwei Elektroden aufgebaut und misst zuverlässig alle Arten der Leitfähigkeit, die bei der Dampferzeugung von Bedeutung sind, die gesamte Leitfähigkeit, die Säureleitfähigkeit und die Differenzleitfähigkeit. Da die Leitfähigkeit von der Temperatur abhängig ist, wird der gemessene Wert im Messumformer umgerechnet und normiert ausgegeben. Der Messumformer erkennt die Sensoren automatisch, das heißt der Anschluss eines neuen Sensors, zum Beispiel nach einer Kalibrierung, erfordert keine zusätzlichen Ressourcen von Fachkräften.

Präzise Erkennung von Sauerstoffspuren

Neben der Leitfähigkeit ist auch der Sauerstoff für die Korrosion von Rohrleitungen, Wärmetauschern und Armaturen im Dampfkreislauf verantwortlich. Dieser wird vor der Verdampfung chemisch gebunden, mit Dampf ausgetrieben oder über Vakuum abgetrennt. Der Nachweis von Sauerstoff liegt in einem sehr geringen Messbereich. Um hier präzise Messergebnisse zu erzielen, muss der Sensor regelmäßig sorgfältig kalibriert und gewartet werden. Auch hier erleichtert die Liquiline-Plattform dem Anlagenpersonal die Arbeit, da es den Anwender gezielt durch die einzelnen Kalibrierschritte führt. Fehler werden praktisch eliminiert. Dank der digitalen Memosens-Technologie werden Kalibrierzeitpunkt und Kalibrierwert gespeichert und transparent dokumentiert, so dass Anlagenbetreibern alle notwendigen Informationen für eine vorausschauende Wartungsstrategie zur Verfügung stehen.

Optimaler pH-Wert durch Messung der Differenzleitfähigkeit

Der pH-Wert ist ein weiterer entscheidender Messwert im Wasser-/Dampfkreislauf. Er gibt Aufschluss über die Reinheit des Wassers und kann durch Zugabe von Ammoniak oder Bisulfit optimal eingestellt werden, damit eine schützende Schicht aufgebaut und die Korrosion möglichst verhindert wird.

Sofern der Dampfkreislauf keine zusätzlichen Chemikalien zum Schutz vor Korrosion enthält, kann der pH-Wert mit der Leitfähigkeitsmessung berechnet werden. Dabei wird die Leitfähigkeit vor und nach einem Kationentauscher gemessen und als Differenzleitfähigkeit bezeichnet. Zuerst muss die Gesamtleitfähigkeit am Kationentauschereingang gemessen werden. Da das Prozesswasser neben H2O auch OH--Ionen enthält, ist die Leitfähigkeit höher als bei reinem Wasser. Um daher die Querempfindlichkeit zu Verunreinigungen auszuschließen, werden die OH--Ionen über einen Kationentauscher getauscht. Der Tauscher enthält Harz, das mit Schwefelsäure regeneriert wurde und somit H+-Ionen enthält. Werden diese im Tauscher nur mit dem OH- gebunden, entsteht wieder reines H2O. Zeigt sich am Leitfähigkeitssensor im Auslauf eine sehr geringe Leitfähigkeit enthält die Probe nur minimale Verunreinigungen.

Falls die Probe jedoch zu viele Salze wie Chloride (CL-) enthält, werden diese im Tauscher zusammen mit den H+ Ionen in Salzsäure (HCL) umgewandelt. Da Säuren eine höhere Leitfähigkeit verursachen, steigt am Auslauf des Kationentauschers die Leitfähigkeit und wird als Säureleitfähigkeit bezeichnet. Diese ist etwas dreifach höher als die Gesamtleitfähigkeit am Eingang. Über eine Berechnungsformel im Liquiline Messumformer kann daraus der pH-Wert errechnet und die Dosierung der Alkalisierungsmittel gesteuert werden.

Falls die Probe jedoch Zusatzstoffe wie Amine enthält, wird der Kationentauscher verunreinigt. Außerdem verursachen Abbauprodukte der Amine auch Gase, die die Leitfähigkeit erhöhen. In dieser Anwendung wird der pH-Wert direkt über pH-Elektroden gemessen. Um in Flüssigkeiten mit sehr geringer Leitfähigkeit eine zuverlässige Messung sicherzustellen, wird der Memosens pH-Sensor mit Salzring eingesetzt, der regelmäßig Ionen abgibt. Da aber auch dieser Ring ausgezehrt wird, muss der Sensor regelmäßig getauscht werden. Auch hier hilft die Memosens-Technologie dem Anlagenpersonal, da ein neuer Sensor vor Ort einfach per Plug-and-Play eingesetzt werden kann. Die Kalibrierung kann im Labor vom Fachpersonal vorgenommen werden.

Vorbeugende Wartung des Kationentauschers

Kationentauscher müssen regelmäßig mit Säure regeneriert werden. Daher verfügt der Liquiline Messumformer über ein Programm zur Erschöpfungsberechnung. Da die Beladung am Anfang bekannt ist, wird über den Durchflussmesser am Kationentauscherausgang die Beladung des Harzes berechnet. Für die vorbeugende Wartung dieses Filters bietet das Liquiline die Möglichkeit einen Alarmwert auf 20% der Restleitfähigkeit zu setzen. Hierdurch können Wartungsarbeiten besser geplant werden und tägliche Rundgänge entfallen, um den Erschöpfungsgrad anhand eines chemischen Farbindikators zu ermitteln.

* Der Autor ist Produkt Manager Solutions bei Endress+Hauser

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