Bo Ramsbäck, Ramsbäck Matarvattenteknik AB, Norberg

Transkript

1 Matarvattenkonferensen 2013 Stockholm den 12 november 2013 Föredragshållare: Bo Ramsbäck, Ramsbäck Matarvattenteknik AB, Norberg Grundläggande matarvattenkemi Inledning Att koka vatten i en panna är inget problem, under förutsättning att jag får använda all den utrustning, som jag behöver och får göra alla de arbetsmoment och kontroller, som krävs för att ha ett fullständigt grepp om situationen. Frågan är hur många som kan säga att man har alla tänkbara resurser och obegränsad tid för att hantera matarvattenfrågor i vatten-ångcykeln på bästa sätt. Denna sammanvävda process med vatten och ånga i varierande former där de olika delarna är så beroende av varandra. I detta anförande kommer jag att belysa viktiga aspekter på risker för störningar och möjligheter att undvika dessa. Lite grundläggande matarvattentekniska frågor som man inte kan bortse ifrån och sällan kan ta genvägar förbi. Utgångspunkten för matarvattenbehandlingen är pannan, ång- eller hetvattenpannan. I pannan sker energiöverföringen från bränsle till ånga eller hetvatten, som vi använder för att distribuera energin. All hantering av vattnet i olika delar av vatten-ångcykeln före pannan sker för att skapa förutsättningar att: Minimera korrosion Motverka beläggningstillväxt Producera ånga av rätt kvalitet (alt hetvatten) En avgörande faktor för att kunna nå ovanstående är att ha en rätt anpassad och väl fungerande vattenrening för beredning av spädvatten till matarvattnet. De faktorer som styr valet av reningsutrustning är: Panntryck Förbränningspanna / elpanna Pannor med speciella material eller utformning Krav på ångkvalitet Speciella förutsättningar där ångan används Råvattnets beskaffenhet

2 Råvattenbehandling / Spädvatten Det finns en hel rad av reningssteg för att bearbeta råvattnet till ett användbart spädvatten. Vilka av dessa som behövs styrs av ovanstående faktorer och de förutsättningar som råder i den aktuella anläggningen. I flertalet av energiverksanläggningarna och vissa industrianläggningar runt om i landet är det kommunvatten (dricksvatten), som utgör råvattnet. I de fallen är man beroende av att kommunen hanterar sina reningsprocesser på ett fullgott sätt. Normalt är det inte några större problem men om kommunen gör förändringar som påverkar vattenkvaliteten är det en fördel om man får information om det. Inriktningen för kommunen är att skapa ett vatten som inte påverkar eller påverkas av ledningsnätet och att det skall vara drickbart. Att man i vissa fall förändrar salthalten i vattnet kanske görs i gott syfte för drickbarheten, men kan ge ändrade förutsättningar för vattenreningen i en energiproduktionsanläggning. Många av våra större industrianläggningar och en del energiverk tar in eget vatten från en vattentäckt i närheten. Med det följer att vattenreningen måste utformas efter den vattenkvaliteten som det råvattnet har. Tänkbara reningssteg är : Klorering / UV-bestrålning eller liknade för att ta hand om mikroorganismer. Sandfiltrering för att fånga slam och partiklar. Flockning för reducering av den organiska substansen (humusämnen). Avhärdning för att ta hand om hårdhet. RO-membran för att reducera salthalten i vattnet. Jonbytesfilter för saltreduktion. Polerande enheter med EDI eller blandbäddfilter för att skapa totalavsaltat vatten. Avgasning i matarvattentank för att reducera syrehalten. I de fall då dricksvatten används som råvatten är det punkterna från avhärdning och neråt som gäller. De tre första punkterna motsvarar den rening som görs i det kommunala reningsverket. Vilka av ovanstående reningssteg behövs i den enskilda anläggningen? Ta bort mikroorganismer är nödvändigt och vattnet skall användas som dricksvatten, men även i många fall för att undvika att det växer till i tankar eller filter där vattnet finns. RO-membran är effektivt på att stoppa mikroorganismer men det förorsakar samtidigt att membranen sätter igen. Därför bör dessa hejdas innan RO-utrustningen. Sandfilter kan användas om det är måttliga krav på vattenkvaliteten med avseende på humusämnen. Om spädvattnet skall avsaltas sker med RO eller jonbytare bör råvattnet renas i en flockning. Enbart sandfiltrering är vanligtvis inte tillräckligt. I anläggningar där man bara avhärdar spädvattnet kan däremot en enkel sandfiltrering vara tillräcklig, under förutsättning att humushalten kan accepteras. Humushalten reduceras normalt sett inte i någon nämnvärd omfattning i enbart sandfilter. I anläggningar med låga eller måttliga drifttryck i pannorna, ång- eller hetvattenpannor, är det hårdhet som måste tas bort ur spädvattnet. Dessa pannor har inte överhettare och därmed kanske

3 inte lika höga absoluta krav på ångkvaliteten. Behandling med bara avhärdningsfilter är vanligt för pannsystem upp till ca 30 bar och i vissa fall 40 bar. Att ta bort hårdhet är ett minimikrav på spädvattnet oavsett panntryck. Används RO-membran för att avsalta spädvattnet skall vattnet in till RO-utrustningen vara avhärdat. Avhärdningsfiltren tar upp vattnets hårdhet som byts mot natriumsalter. I membranen kan natriumsalterna uppkoncentreras men ändå hållas lösta i vattnet. Skulle motsvarande uppkoncentrering göras med hårdhet i vattnet är risken för utfälld hårdhet i membranen mycket stor. Utfällningar i membraner orsakar igensättning och flödeskapaciteten begränsas. Vatten efter en flockning kan ha lite varierande kvalitet beroende på årstidsvariationer, exempelvis beroende på ändrade humushalter och vattentemperatur. I en avsaltning med jonbytare kan dessa variationer påverka kapaciteten men ändå oftast klara kvaliteten på ett acceptabelt sätt. Man kan säga att jonbytesfiltren är lite mer förlåtande mot variationer i vattenkvaliteten än vad RO-membran är. Efter avsaltning med RO-membran eller jonbyteslinje är inte vattnet helt saltfritt. De kvarvarande salterna motsvarar en konduktivitet som, för de flesta anläggningar, ligger inom intervallet 0,5 5 µs/cm. Med RO-membran hamnar man i den övre delen av intervallet. För att få totalavsaltat spädvatten krävs det en polering med blandbäddfilter (jonbytare) eller elektroavjonisering (EDI eller CDI). Polering som ett slutsteg ger förutsättning att kunna komma ner till lägsta konduktiviteten som är 0,05 µs/cm, vilket motsvarar ett helt saltfritt vatten. Matarvatten / Kondensat Matarvattentanken är bufferttank där spädvatten och kondensat blandas. Vattenvolymen anpassas för det behov av vatten som pannorna kräver. Matarvattentanken är även det sista reningssteget för spädvattnet. I tanken sker kokavgasning så att syrgas avlägsnas matarvattnet. Spädvattnet är mättat på löst syrgas men även kondensat kan innehålla en viss mängd syrgas som drivs ut via avdragsångan. Det är det lösta syret, som om det får vara kvar i vattnet, ger upphov till syrekorrosion. Med avgasningen försvinner även t ex kvävgas på samma sätt, men kvävgasen har ingen betydelse i sammanhanget, därför följs det inte upp hur den avgasas. Återfört kondensat från processen i anläggningen kan vara kontaminerat. Vad detta kan bestå av är helt och hållet beroende av vilken typ av anläggning det är och från vilka produktionsdelar kondensat återförs. I ett värmeverk eller kraftvärmeverk är det oftast bara värmeväxling mot fjärrvärmevatten i kondensorer som det finns läckage risk. Det blir dock mer och mer vanligt att man bygger upp samarbeten med närliggande industrier. Ånga levereras till en industriprocess och kondensat återförs. Spillvärme på industrianläggningar utnyttjas för uppvärmning av fjärrvärmevatten. Det finns även exempel på att man använder vatten från en process som råvatten/spädvatten i värmeverket. Alla dessa samarbeten sker av ekonomiska skäl och har viss mån även miljömässiga fördelar. Det som är oerhört viktigt är att veta exakt vilka tänkbara risker det finns att vattenkvaliteten förändras, vad kan tänkas kontaminera vattnet. Vilken analysparameter kan indikera just den föroreningen? När alla tänkbara föroreningar är listade, så gäller det att även vara vaksam och öppen för det otänkbara.

4 I industrier där man har egen energiproduktion med hela ång- och kondensatprocessen kan det vara lättare att ha grepp på var ånga används och hur återföringen av kondensat sker. Men det är minst lika viktigt att det görs en ordentlig kartering över vilka risker för kontamineringar som kan finnas. Är det kondensat som riskerar att ha för dålig kvalitet eller för ofta vara förorenat kanske det inte skall tas tillbaka. Värme kan återvinnas med värmeväxling medan det förorenade kondensat kan undvikas. I alla ovanstående situationer med kondensatåterföring gäller att ha lämplig övervakning av kondensatkvaliteten. Det är kontinuerliga mätningar som väljs utifrån vad man vill kunna indikera. Det kan t ex vara total och sur konduktivitet, ph, natrium, kiselsyra eller syrehalt. Att även ha möjlighet att ta manuella analyser är viktigt för att såväl kontrollera som komplettera de kontinuerliga mätningarna. Vid utvärderingar av trender och analysresultat gäller det hela tiden att vara observant på förändringar och avvikelser från det normala. Att hitta samband och ibland även titta bortom det där som är tänkbart kan vara oerhört viktigt för att så tidigt som möjligt observera problem och störningar. Att man skall få in flygaska eller pulverjonbytare i pannvatten, är knappast det första man tänker på vid felsökning. Att lut skulle kunna komma bakvägen i en ångledning under drift är ju helt omöjligt, men har ändå hänt. Att den där nästan nya utrustningen helt i rostfritt skulle vara orsak till störning i pannan i en helt annan del av anläggningen, det är så långsökt i det första skedet när man söker felkällor. Vissa föroreningar så som korrosionprodukter, partiklar, fibrer eller andra icke lösta ämnen i kondensat kan i oftast avskiljas i patron- eller precoatfilter. I anläggningar där matarvattenkvaliteten måste vara mycket hög kvalitet kan det krävas blandbäddfiltrering (jonbytare) av kondensatet. Detta gäller t ex när matarvattnet skall användas som insprutningsvatten i överhettad ånga. Pannvatten / Ånga Vilken pannvattenkvalitet som gäller är helt beroende på panntyp och tryckklass. Varje panna skall ha riktvärden anpassade för just den pannan. Generellt gäller att vid låga panntryck kan man acceptera lite högre halter av de flesta analysparametrar än med högre panntryck, ju högre tryck det är desto snävare gränser för pannvattenkvaliteten. Det finns vissa saker som man absolut inte vill ha in i en panna oavsett vilken tryckklass man har. Ämnen och föroreningar som kan orsaka beläggningar. Beläggningar leder till störningar och kan medföra haverier på panntuber. Några exempel på det som kan ge störande beläggningar är: Olja, leder till beläggningar med hög kolhalt som isolerar effektivt Hårdhet, ger pannsten som stör vattencirkulationen och kylningen av panntuber Partiklar, slam, fibrer kan skapa igen sättningar och störa vattenströmningen Jonbytare, kan ge frätskador på tubytan Kemikalier, kan ge frässkador och störa magnetitbildningen på panntuberna Aska och andra osannolika föroreningar som förstör pannvattenkvaliteten

5 Det är en typ av beläggning vi vill ha i panntuberna. Det är ett magnetitskikt. Med rätt hantering av matarvatten och pannvatten, med god balans på pannvattenkvaliteten så skapas förutsättningarna som gör att vi får en viss magnetitbildning i pannan. Magnetitskiktet på panntuberna blir ett passivt skikt, som skyddar den råa stålytan, samtidigt som det är en mycket god värmeöverföring genom magnetiten. Detta skyddsskikt blir en viss barriär mot angrepp från vattnet men klarar inte att skydda mot stora och drastiska förändringar i pannvattenkvaliteten. För att upprätthålla ett lagom magnetitskikt krävs att pannvattenkvaliteten är stabil. Ångan som produceras skall ha en kvalitet som är anpassad för ångförbrukaren. I vissa anläggningar kanske bara den mättad ånga används till enkel uppvärmning, varmhållning eller tryckhållning. I dessa fall har ångkvaliteten inte i alla lägen en avgörande betydelse. Mättad ånga kan användas där kvalitetskravet är högt t ex där det kommer i kontakt med produkter, direktinsprutat i processer eller för att skapa överhettad ånga. I dessa fall är det av största vikt att vattenavskiljningen i ångdomen fungerar väl. Brister i dominredningen kan leda till att pannvattendroppar finns med i den mättade ångan. Det leder förr eller senare till att det uppstår störningar i överhettare eller turbin alternativt den utrustning som ångan används i. Saltavlagringar blir följden av att pannvattendropparna förångas och saltinnehåller bildar kristaller. Överhettad ånga temperaturjusteras med någon forn av insprutning. Det är viktigt att ha god kontroll på den insprutningen och säkerställa att kvaliteten på insprutningsvattnet är den bästa. Föroreningar i någon form med insprutningsvattnet leder till samma problem med saltavlagringar och orsakar på kort eller lång sikt störningar. Övrigt Dosering av kemikalier för anpassning till rätt vattenkvaliteter och diskussioner angående analysinstrumentering överlämnas med varm hand till andra föredragshållare vid detta tillfälle. Bo Ramsbäck, Ramsbäck Matarvattenteknik AB, Norberg bosse@bramava.se