K-STANDARD Appr. by T/TRM Language 82 Date 97-10 Edition 5 Page 1(8) Replaces utg 4-92-03 RENHETSKRAV PÅ ÅNGA FÖR TURBINDRIFT REQUIREMENTS ON PURITY OF STEAM FOR DRIVING TURBINES Detta är en oregistrerad handling om den ej sitter i samling med tillhörande förteckning över gällande dokument. This is an unregistrered document if not filed in accordance with a list of content. 1 ALLMÄNT 1 GENERAL En tillräckligt bra vatten och ångkvalité är nödvändig för att reducera riskerna för korrosion och beläggningar i panna och turbin. Detta uppnås genom att använda bra späd- och matarvattenbehandling. En noggrann övervak-ning av matarvattensystem och ångpanna är därför av stor vikt också för turbinens driftssäkerhet och tillgäng-lighet. Kraven på ångans kvalitet är oberoende av pannans tryck och temperatur. De angivna värdena måste innehållas för att man ska kunna förvänta sig störningsfri kontinuerlig drift av turbinen. Water and steam of sufficiently high quality are necessary for reducing the risk of corrosion and deposits in the boiler and turbine. This is achieved by using good makeup and feed water treatment. Careful supervision of the feed wa-ter system and steam boiler is therefore very important, also for ensuring the reliability and availability of the tur-bine. The steam quality requirements are independent of the boiler pressure and temperature. The specified values must be maintained if the expectations of continuous, throuble-free operation of the turbine are to be met. A 087 0252-1 95-10 Word We reserve all rights in this document and in the information contained therein. Reproduction, use or disclosure to third parties without express authority is strictly forbidden. AB För att undvika beläggningar är det särskilt viktigt att kiseloch alkalihalterna är tillräckligt låga. Beläggningar innebär alltid en reducerad verkningsgrad. I särskilt ogynnsamma fall kan de även innebära risk för skador. För att säkerställa en tillräcklig hög vatten- och ångkvalitet måste övervakningen vara tillräcklig. Kontinuerliga mätningar av sura ledningsförmågan i ångan är ett minimumkrav. To avoid deposits, it is particularly important to ensure that the contents of silica and alkali are sufficiently low. Deposits always result in reduced efficiency. In particularly adverse cases, deposits may also involve the risk of damage. In order to safeguard a sufficiently high quality of the water and steam, adequate supervision must be provided. Continuous measurement of cation conductivity of the steam is a minimum requirements. 2 KRAV PÅ TURBINÅNGAN 2 DEMANDS ON THE TURBINE STEAM Angivna värden avser maximalvärden vid kontinuerlig drift. De angivna värdena ska vara lägre när så är möjligt. Under uppstart och andra transienter kan maximalvärdena temporärt överskridas. Värdena måste dock ha en nedåtgående tendens. Värdena för kontinuerlig drift måste erhållas senast 2 timmar efter uppstart vid varm start och 8 timmar vid kall start. Ångkvalitetskraven utgör grunden för fastställande av riktvärden för matar- och pannvatten. Riktvärdena för pannvatten och matarvatten ges i riktvärden för pannvatten punkt 4 respektive riktvärden för matarvatten punkt 5. Tabell 1. Ångkrav Sur ledningsförmåga vid 25 C mätt efter stark sur katjonbrytare 0,2 µs/cm The specified values are the maximum values for continuous operation. Whenever possible, the actual values should be lower than the specified values. The maximum values may temporarily be exceeded during start-up and other transients. However, the trend of the values must be downward. The values for continuous operation must be achived no later than 2 hours after hot start-up and 8 hours after cold start-up. The steam quality requirements serve as a basis for determining the guideline values for the feed water and boiler water. The guideline values for boiler water and feed water are given in Section 4, Guideline values for boiler water, and Section 5, Guideline values for feed water. Table 1. Steam quality requirements Cation conductivity at 25 o C measured after strong cation exchanger 0.2 µs/cm Kiseldioxid, SiO2 0,020 mg/kg Silica, SiO2 0.020 mg/kg Totalt järn, Fe 0,020 mg/kg Total iron, Fe 0.020 mg/kg Totalt koppar, Cu 0,003 mg/kg Total copper, Cu 0.003 mg/kg Natrium, Na 0,010 mg/kg Sodium, Na 0.010 mg/kg Vid eventuell kylning av ångan för temperaturreglering med s k insprutningskylare ska ett rent matarvatten utan kemikaliedosering om möjligt användas, så att ovan angivna riktvärden för ånga innehålles. If spray attemperation is used for controlling the steam temperature, clean feed water without chemical additives should be used, if possible, so that the guideline values specified above for steam will be met.
Page 2 Date 97-10 RENHETSKRAV PÅ ÅNGA REQUIREMENTS ON PURITY OF Edition 5 FÖR TURBINDRIFT STEAM FOR DRIVING TURBINES 3 FÖRKLARING TILL ÅNGKRAVEN 3 EXPLANATION OF STEAM REQUIREMENTS 3.1 Transport av föroreningar 3.1 Transport of impurities Föroreningar i ångan ger beläggningar och korrosion. Ångan kan förorenas genom mekanisk överbäring av pannvatten, användning av förorenat vatten för ångkylning eller genom föroreningars löslighet i ångan. För att hålla överförd saltmängd på en acceptabel nivå är det viktigt att ångpannans avskiljningsanordningar i ångvägarna är tillräckligt effektiva samt att överkokning, skumning och övermatning i ångpannan undviks. Risken för mekanisk överbäring ökar med ökande panntryck. Lösligheten i ånga är inte bara beroende av panntrycket utan också av kemin. Impurities in the steam cause deposits and corrosion. The steam can be contaminated by mechanical carry-over of boiler water, by the use of contaminated water for spray attemperation, or by the solubility of the impurities in the steam. In order to maintain an acceptable level of salt carry over, it is important to ensure that the droplet collectors in the steam paths of the boiler are sufficiently effective, and that boilingover, foaming and over-feeding of the boiler are avoided. The risk of mechanical carry-over increases with increasing boiler pressure. The solubility in steam is dependent not only the boiler pressure, but also on the water chemistry. 3.2 Beläggningar 3.2 Deposits Beläggningar i turbinen medför alltid en försämring av verkningsgrad och kan, i ogynnsamma fall t o m förorsaka skador. Beläggningar i turbinen kan vara lösliga eller olösliga i vatten eller mättad ånga. Natriumhydroxid är ett exempel på ett lösligt salt. Natriumhydroxid ska normalt begränsas till 1/10 av den totala salthalten i pannvattnet. Höga halter av natrium-hydroxid i turbinbeläggningar kan orsaka korrosion Icke vattenlösliga beläggningar är t ex kiseldioxid, kopparoxider och järnoxider. Kiseldioxid har relativt hög löslighet i ånga också vid låga tryck och fälls ut i lågtrycksturbinen om ångans kiseldioxidhalt överstiger 0,02 mg/kg. Koncentrationen av kiseldioxid i matar- och pannvatten måste därför hållas under kontroll. Även tillfälliga överskridande av den angivna koncentrationen i ångan kan leda till igensättningar i turbinen. Deposits in the turbine always result in impaired efficiency and, in adverse cases, may even cause damage. Deposits in the turbine may be soluble or insoluble in water or saturated steam. Sodium hydroxide is an example of a soluble salt. Sodium hydroxide should normally be limited to 1/10 of the total salt content of the boiler water. High contents of sodium hydroxide in the deposits in the turbine may cause corrosion. Typical water insoluble deposits include silica, copper oxides and iron oxides. The solubility of silica in steam is relatively high even at low pressures, and silica will be deposited in the low-pressure turbine if its content in the steam is in excess of 0.02 mg/kg. The concentration of silica in the feed water and boiler water must therefore be kept under control. Even temporary excursions beyond in the specified concentration in the steam may lead to deposits in the turbine. 3.3 Korrosion 3.3 Corrosion Korrosionsangrepp i turbinen kan ske om ångan innehåller korrosiva salter eller korrosiva gaser såsom koldixod. För borttagning av restsyra efter mekanisk avgasning används i många fall hydrazin. Vid hög temperatur sönderdelas hydrazin till kväve och ammoniak. Ammoniak kan ge upphov till korrosionsskador på kondensortuber av kopparlegeringar. Corrosion attack may occur in the turbine if the steam contains corrosive salts or corrosive gases such as carbon dioxide. Hydrazine is often used for residual oxygen removal after mechanical deaeration. At high temperatures, hydrazine decomposes into nitrogen and ammonia. Ammonia may give rise to corrosion damage to copper-alloy condenser tubes.
RENHETSKRAV PÅ ÅNGA REQUIREMENTS ON PURITY OF Date 97-10 Page 3 FÖR TURBINDRIFT STEAM FOR DRIVING TURBINES Edition 5 Natriumsulfit för restsyreborttagning bör inte användas över 35 bar, p g a risken för sönderdelning till aggresiva svavelföreningar. Genom lämplig matarvattenbehandling undviks att stora mängder bikarbonater kommer in i pannan. Dessa salter sönderdelas till bl a koldioxid, som följer med ångan och gör den korrosiv. Vid stillestånd bör turbinen hållas torr för att undvika stilleståndskorrosion av rotorer och skovlar. Sodium sulphite should not be used for residual oxygen removal at pressures above 35 bar, since it may decompose into aggressive sulphur compounds. Large quantities of bicarbonates can be prevented from entering the boiler by appropriate feed water treatment. These salts decompose to form, among others, carbon dioxide which is entrained by the steam and makes it corrosive. During stoppages, the turbine should be kept dry in order to avoid shut-down corrosion of the rotors and blades. 4 RIKTVÄRDEN FÖR PANNVATTEN 4 GUIDELINE VALUES FOR BOILER WATER A 087 0253-1 95-10 Word We reserve all rights in this document and in the information contained therein. Reproduction, use or disclosure to third parties without express authority is strictly forbidden. AB För att uppnå ångkraven måste matar- och pannvatten behandlas. Totaltavsaltat vatten kan alltid användas. Under 62 bar panntryck är det också möjligt att använda avhärdat vatten (salthaltigt vatten) som spädvatten. I tabell 2 anges pannvattens riktvärden för pannvatten som kommer från salthaltiga respektive saltfattiga vatten. In order to meet the demands made on the steam, the feed water and boiler water must be treated. Demineralized water can always be used. At boiler pressures below 62 bar, softened water (salt-containing water) can also be used as make-up water. Table 2 gives guideline values for boiler water originating from salt-containing and salt-free water. 4.1 Pannvatten från salthaltigt matarvatten 4.1 Boiler water from salt-containing feed water Riktvärdena bör anpassas med hänsyn till drifterfarenheterna. Erfarenhet har visat att det finns anläggningar som fungerar tillfredsställande först då de i tabellen angivna maximivärden väsentligen underskrids. Värdet av p-alkaliteten är endast orienterande. p-värdet förklaras i förklaring till riktvärden punkt 6. Fosfat och eventuell natriumhydroxid doseras till pannan. Fosfatbehandlingen tar hand om resthårdheten och höjer ph. Natriumhydroxiden höjer enbart ph. Vid en eventuell dosering av natriumhydroxid måste natriumhydroxidöverskottet kontrolleras mycket noga. The guideline values should be adjusted on the basis of operating experience. Experience has shown that certain plants perform satisfactorily only when the actual values are substantially lower than the tabulated maximum values. The value of p-alkalinity is given only for guidance. The p-value is explained in Section 6, Explanation of guideline values. Phosphate and sodium hydroxide, if any, are dosed into the boiler. The phosphate treatment removes the residual hardness and raises the ph. The sodium hydroxide only raises the ph. If sodium hydroxide is dosed, a very careful check must be kept on the excess sodium hydroxide. 4.2 Pannvatten från saltfritt matarvatten 4.2 Boiler water from salt-free feed water Pannvatten från saltfritt matarvatten kan doseras med olika kemikalier. Alkaliseringen i pannan kan ske med fosfat eller i vissa speciella fall natriumhydroxid. Använder man fosfat ska förhållandet Na/ PO 3 4 2,6, s k kongruent fosfatbehandling. Kongruent fosfatbehandling leder till större säkerhet mot överbäring av fri natriumhydroxid. I en del anlägg-ningar används enbart flyktiga alkaliseringsmedel. Boiler water from salt-free feed water can be dosed with various chemicals. Phosphate or, in certain special cases, sodium hydroxide can be used for alkalinity correction in the boiler. If phosphate is used, the ratio Na/ PO 3 4 must be 2.6, which is known as congruent phosphate treatment. Congruent phosphate treatment leads to greater security against the carry-over of free sodium hydroxide. In some plants, only volatile alkalinity correction agents are used.
Page 4 Date 97-10 RENHETSKRAV PÅ ÅNGA REQUIREMENTS ON PURITY OF Edition 5 FÖR TURBINDRIFT STEAM FOR DRIVING TURBINES I vissa anläggningar doseras enbart flyktiga alkaliseringsmedel till matarvattnet. Tabell 2. Riktvärden för pannvatten In some plants, only volatile alkalinity correction agents are dosed into the feed water. Table 2. Guideline values for boiler water Salthaltigt Salt-containing water Tryck (bar) Pressure 22 > 22 44 > 44 62 Värmegenomgången lokalt Heat transfer coefficient (kw/m 2 ) < 230 Saltfritt Salt-free water 1) < 136 > 136 Alla värmegenomgångstal All heat transfer coefficients 2) Alla tryck All pressures < 250 > 250 ph 10,5-12 10-11,8 10-11 9,1-9,8 9,1-9,5 Se matarvatten ph See feedwater ph Fosfat Phosphate 3- PO 4 (mg/kg) 10-20 5-15 5-15 < 6 < 3 3) P-alkalitet P-alkalinity (mval/kg) Ledningsförmåga Conductivity, κ (µs/cm) 4) Surledningsförmåga Cation conductivity, κ sur (µs/cm) Kiseldioxid Silica SiO 2 (mg/kg) 5) Organiska ämnen Organic substances Anmärkning: 1-10 1-6 1-3 < 8000 < 5000 < 2500 diagram 1 graph 1 Notes: < 50 < 5 < 3 diagram 1 graph 1 diagram 1 graph 1 1) Fasta alkaliseringsmedel i pannan + flyktiga alkaliseringsmedel i matarvatten 1) Solid alkalinity correction agents in the boile + voltatile alkalinity correction agents in the feed water 2) Enbart flyktiga alkaliseringsmedel i matarvattnet 2) Only volatile alkalinity correction agents in the feed water 3) Alkalitetstalet i mg per liter NaOH = 40 * p - alkalitet 3) Alkalinity, mg per litre NaOH = 40 * p - alkalinity 4) Ledningsförmågan är mätt efter stark sur katjonbrytare 4) The conductivity is measured after a strong cation exchanger 5) Halten organiska ämnen ska hållas så låg som möjligt 5) The content of organic substances should be maintained as low as possible.
RENHETSKRAV PÅ ÅNGA REQUIREMENTS ON PURITY OF Date 97-10 Page 5 FÖR TURBINDRIFT STEAM FOR DRIVING TURBINES Edition 5 Diagram 1. Riktvärde för kiseldioxid i pannvatten Graph 1. Guideline values for silica in boiler water A 087 0253-1 95-10 Word We reserve all rights in this document and in the information contained therein. Reproduction, use or disclosure to third parties without express authority is strictly forbidden. AB 5 RIKTVÄRDEN FÖR MATARVATTEN 5 GUIDELINE VALUES FOR FEED WATER Matarvatten kan baseras på avhärdat eller avsaltat spädvatten. I tabell 3 ges kraven på avhärdat (salthaltigt) respektive saltfritt matarvatten. Flyktiga alkaliseringsmedel (t ex hydrazin, ammoniak, cyklohexylamin, morfolin) doseras till matarvattnet oberoende om vattnet är salthaltigt eller saltfritt. För genomströmningspannor finns det tre möjligheter, neutral vattenbehandling, flyktiga alkaliseringsmedel och kombibehandling. Neutral vattenbehandling tillämpas för kokarreaktorer och behandlas inte närmare här. Vid användning av flyktiga alkaliseringsmedel doseras hydrazin och/eller ammoniak. Vid kombibehandling doseras syre eller väteperoxid och ammoniak. Feed water can be based on softened or demineralized make-up water. Table 3 gives the requirements for softened (salt-containing) and salt-free feed water. Volatile alkalinity correction agents (e.g. hydrazine, ammonia, cyclohexylamine, morpholine) are dosed into the feed water regardless of whether the water is salt-containng or salt-free. Three possibilities are available for one-through boilers, i.e. neutral water treatment, volatile alkalinity correction agents, and combined treatment. Neutral water treatment is employed for boiling water reactors (BWRs) and is not discussed further here. If volatile alkalinity correction agents are employed, hydrazine and/or ammonia is dosed. In combined treatment, oxygen or hydrogen peroxide and ammonia are dosed.
Page 6 Date 97-10 RENHETSKRAV PÅ ÅNGA REQUIREMENTS ON PURITY OF Edition 5 FÖR TURBINDRIFT STEAM FOR DRIVING TURBINES Tabell 3. Riktvärden för matarvatten Table 3. Guideline values for feed water Salthaltiga Salt-containing water Saltfritt Salt-free water 1) 1) Dompanna Drum boiler Dompanna genomströmningspanna Drum boiler once through boiler ph 8,8-9,3 Cu/Fe leg/alloys 8,8-9,3 Cu/Fe leg/alloys > 9,2 4) Fe leg/alloys > 9,2 4) Fe leg/alloys Totalt, koppar, Cu Total copper, Cu < 0,003 < 0,003 (mg/kg) 2) Genomströmningspanna Once through boiler kombi/combined 8,0-8,5 Totalt, järn, Fe Total iron, Fe (mg/kg) Syre, O 2 Oxygen O 2 (mg/kg) Kiseldioxid, SiO 2 Silicia, SiO 2 (mg(kg) 3) Sur ledningsförmåga, sur Cation conductivity, κ (µs/cm) Ledningsförmåga Conductivity, κ (µs/cm) Anmärkning: < 0,020 < 0,020 < 0,010 < 0,010 Styrs av pannvatten riktvärden Determined by the boiler water guideline values Jämför med pannvatten riktvärden Compare with boiler water guideline values Notes: < 0,020 < 0,2 kombi/combined 0,030-0,300 1) Flyktiga alkaliseringsmedel i matarvattnet 2) Vid kombibehandling tillsätts syre eller väteperoxid och ammoniak 3) Ledningsförmågan är mätt efter stark sur katjonbrytare 4) Med fosfat kontroll av pannvatten, ska matarvattnets ph vara lägre än pannvattnets ph 1) Volatile alkalinity correction agents in the feed water 2) In combined treatment, oxygen or hydrogen peroxide and ammonia are added 3) The conductivity is measured after a strong cationic exchanger 4) If phosphate is used for controlling the boiler water, the ph of the feed water must be lower than the ph of the boiler water
RENHETSKRAV PÅ ÅNGA REQUIREMENTS ON PURITY OF Date 97-10 Page 7 FÖR TURBINDRIFT STEAM FOR DRIVING TURBINES Edition 5 6 FÖRKLARING TILL RIKTVÄRDEN 6 EXPLANATION OF GUIDELINE VALUES Nedan följer förklaringar till riktvärdena för pann- och matarvattnet. Explanations of the guideline values for boiler water and feed water are given below. 6.1 Konduktivitet 6.1 Conductivity Konduktiviteten är den viktigaste parameter för övervakning av renhet i ånga-, pann- och matarvatten. Conductivity is the most important parameter for supervising the purity of steam, boiler water and feed water. 6.2 Kiseldioxid 6.2 Silica Den tillåtna halten av kiseldioxid och andra föroreningar i matarvatten för genomströmningspanna och i pannvattnet för dompanna bestäms av ångkraven The permissible content of silica and other impurities in the feed water for once-through boilers and in the boiler water of drum boilers is determined by the demands made on the steam. 6.3 Järn och koppar 6.3 Iron and copper A 087 0253-1 95-10 Word We reserve all rights in this document and in the information contained therein. Reproduction, use or disclosure to third parties without express authority is strictly forbidden. AB Järn och koppar i matarvatten och ånga är en indikator på hur vattenbehandlingen fungerar. Halterna ska hållas låga eftersom de kan ge beläggningar i pannan och turbinen. 6.4 Natrium 6.4 Sodium Natriumhalten kommer från doseringsmedel, kylvattenläckage, förorenat returkondensat och problem vid regenerering av jonbrytare. Det är viktigt att ha en bra övervakning av natrium. 6.5 P-alkalitet 6.5 P-alkalinity P-alkalitet anger vattnets syraförbrukning. Syratitering av provet görs med fenolftalin som indikator. Alkalitetstalet i mg NaOH per liter 40 * p-alkaliteten. 6.6 ph 6.6 ph ph-värdet är en avgörande faktor för korrosion i vatten- och ångsystemet. Fasta alkaliseringsmedel (natriumfosfat, natriumhydroxid) och flyktiga alkaliseringsmedel (t ex hydrazin och ammoniak) doseras för att höja ph. 6.7 Fosfat 6.7 Phosphate Fosfater doseras för att höja ph-värdet och när salthaltigt matarvatten förekommer binder det resthårdheten. Där är viktigt att inte överdosera p g a risken för överbärring av natriumsalter till turbinen. 6.8 Syre 6.8 Oxygen Syrehalten ska hållas enligt rekommendationerna. I annat fall kan syret orsaka korrosionsproblem. Iron and copper in the feed water and the steam are indicators of how well the water treatment performs. The contents must be kept low, since these elements may cause deposits in the boiler and turbine. The sodium content originates from additives, cooling water leakage, contaminted return condensate and problems in the regeneration of ion exchangers. It is important to keep a good check on the sodium. P-alkalinity indicates the oxygen consumption of the water. Oxygen titration of the sample is done using phenol phthalein as indicator. Alkalinity in mg NaOH per litre 40 * p- alkalinity. The ph value is a factor which is decisive to corrosion in the water and steam systems. Solid alkalinity correction agents (sodium phosphate, sodium hydroxide) and volatile alkalinity correction agents (such as hydrazine and ammonia) are dosed in order to increase the ph. Phosphates are dosed in order to raise the ph value and, if salt-containing feed water is employed, it binds the residual hardness. It is important to avoid over-dosing due to the risk of carry-over of sodium salts to the turbine. The oxygen content should be maintained at the recommended values. Oxygen may otherwise cause corrosion problems.
Page 8 Date 97-10 RENHETSKRAV PÅ ÅNGA REQUIREMENTS ON PURITY OF Edition 5 FÖR TURBINDRIFT STEAM FOR DRIVING TURBINES 6.9 Halten organiska ämnen 6.9 Content of organic substances Kaliumpermanganatförbrukning respektive TOC (Total Organic Carbon) är mått på organiska ämnen i pannvatten. Halten organiska ämnen ska hållas så låg som möjligt p g a risken för sönderdelning till organiska syror. The potassium permanganate consumption and TOC (Total Organic Carbon) are measures of the organic substances in the boiler water. The content of organic substances should be kept as low as possible to avoid the risk of their decomposition to organic acids.