Измерение растворенного кислорода на электростанциях

Отчет о применении
Энергетика
No 4
Измерение растворенного кислорода
на электростанциях
Введение
Растворенный кислород является основной причиной возникновения коррозии в паровых циклах электростанций и зависит от многих
факторов, связанных с дизайном и химическим режимом. Например, циклический или базисный режим работы, барабанные или
прямоточные котлы, фосфатный или гидразин-аммиачный режим, а также значения рабочего давления. В данном отчете описаны
основные точки, где необходимо производить измерения растворенного кислорода в зависимости от водно-химических режимов.
Водно-химический режим и растворенный кислород
Такие организации как VGB (Европейская техническая ассоциация
по производству электроэнергии и тепла) и EPRI (Институт электроэнергетики, США), рекомендуют оценивать концентрацию кислорода в сочетании со значениями pH и чистотой системы. Высокая
чистота воды позволяет иметь высокую концентрацию кислорода
и пониженное значение pH, что обеспечивает улучшенную защиту
стальных труб. Улучшение достигается за счет окисления магнетитного защитного слоя до гематита. Гематит имеет меньшую растворимость и обладает более тонкой кристаллической структурой,
он уплотняет пористую структуру магнетита.
С другой стороны, электростанции, использующие гидразинаммиачный режим с паровыми циклами высокого давления,
обычно поддерживают концентрацию растворенного кислорода
в питательной воде ниже 5 ppb, а в конденсате – ниже 20 ppb.
Если не удается достичь высокой чистоты воды, защита должна
основываться на повышенном значении pH при низкой концентрации кислорода. Однако, очень низкая концентрация кислорода достигается только путем добавления сильных восстанавливающих
агентов (поглотителей кислорода), которые необходимо принимать
во внимание.
Различные водно-химические режимы и их аббревиатуры:
¢ AVT: Режим, при котором в питательную воду добавляются
только летучие подщелачивающие реагенты
В зависимости от водно-химического режима станции необходимо
поддерживать либо низкую концентрацию кислорода (AVT), либо
концентрацию в заданных пределах (OT).
Станции с кислородным режимом (OT) обычно работают с концентрацией кислорода в котловой питательной воде в диапазоне
50 – 200 ppb, поэтому следует выбирать датчики кислорода с
увеличенным сроком службы. Новая технология люминесцентого
измерения кислорода (LDO) полностью соответствует этому требованию, она обеспечивает один год непрерывной работы без обслуживания датчика.
Поэтому датчики кислорода должны обладать высокой чувствительностью. В большинстве случаев можно использовать датчики
LDO, однако электрохимические датчики продолжают использоваться в качестве эталона при концентрациях ниже 1 ppb.
¢ AVT(R): Режим с добавлением восстанавливающих реагентов,
рекомендуется для станций с медными сплавами.
¢ AVT(O): Окислительные условия (присутствует остаточный
кислород ). Применимо только для станций, использующих
только железо.
¢ OT: Режим с добавлением летучих подщелачивающих
реагентов и кислорода. Только для станций с высокой
чистотой воды и исключительно железными материалами.
УСТАНОВКА
ДЕМИНЕРАЛИЗАЦИИ
О2 Мутн УЭП pH
Ca SiO2 Na N2H4
ПОДАЧА ВОДЫ
Cl
Ca
Cl2
ОВП
Мутн
ПОДПИТКА
УЭП
КОНДЕНСАТНЫЙ НАСОС
ООУ
ООУ
УЭП
Cu
pH
Na
Na
КОНДЕНСАТОР
ТУРБИНЫ НИЗКОГО
ДАВЛЕНИЯ
ООУ
Na
Био
УЭП
Ca
Cl2
Cu
ОВП
ДЕАЭРАТОР
Cl
О2
НАГРЕВАТЕЛИ
НИЗК. ДАВЛ.
УЭП
О2
ОВП
Mo
ПИТАТ. НАСОС
ГРАДИРНИ
О2
SiO2
УЭП
ПЕРЕГРЕВАТЕЛЬ
ГЕНЕРАТОР
ТУРБИНЫ
ВЫСОК. ДАВЛ.
SiO2
О2
ПЕРЕГРЕВАТЕЛИ
УЭП
Na
SiO2
ЭКОНОМАЙЗЕР
Cl
PO4
pH
NH3
О2
N2 H 4
SiO2
Fe
Cu
НАГРЕВАТЕЛИ
ВЫСОК. ДАВЛ.
КОТЕЛ
Точки измерения растворенного кислорода
Непрерывный анализ растворенного кислорода обычно проводится
для котловой питательной воды, на выходе деаэратора и на выходе
конденсата.
Низкая концентрация кислорода
(< 10ppb) и нейтральный
показатель pH
Высокая концентрация
кислорода (>2000ppb)
и нейтральный показатель pH
Низкая концентрация кислорода
(< 10ppb) и щелочной показатель
pH (8-9)
Высокая концентрация кислорода
(>2000ppb) и щелочной показатель
pH (8-9)
Только три из четырех вариантов рентабельны для охлаждающей
воды статора. (M&M Engineering)
Датчики кислорода в пароводяном цикле установлены на панели
Измерение растворенного
кислорода в системе
охлаждения статора генератора
Водно-химический режим в системе охлаждения статора отличается от режима основного контура, так как основная проблема
в системах охлаждения статоров – не сама по себе коррозия,
а накопление отложений в критических зонах.
Растворенный кислород и уровень pH определяют различные
водно-химические режимы, оказывая различное влияние на
образование и растворение оксида меди.
Четыре варианта обработки воды для системы охлаждения статора:
¢ Низкая концентрация кислорода, нейтральный
показатель pH. Такой вариант очистки встречается
примерно в 50 % систем охлаждения статора. Тонкий слой
оксида меди защищает медные трубы.
¢ Низкая концентрация кислорода, высокий
показатель pH. Увеличение значения pH в воде статора
до 8 – 9 значительно уменьшает коррозию во время
перехода кислорода
¢ Высокая концентрация кислорода, нейтральный
показатель pH. Задача в том, чтобы постоянно поддерживать
высокий уровень растворенного кислорода в
охлаждающей воде. Считается, что 40 % систем водяного
охлаждения статора работают с такими параметрами.
В этом режиме на меди образуется хорошо адгезирующий
пассивный слой CuO. Обычно этот слой толще, чем слой Cu2O,
образующийсяя в условиях низкого содержания кислорода.
¢ Высокая концентрация кислорода, высокий
показатель pH. Не рекомендуется, поскольку
увеличивается вероятность коррозии.
Стандартная установка
Чаще всего причиной возникновения данной проблемы является
утечка в пробоотборной линии, что приводит к непрерывному
«добавлению» кислорода. Обычно показания становятся меньше
при увеличении скорости потока.
Калибровка и валидация промышленных анализаторов кислорода
Современный портативный анализатор кислорода ORBISPHERE
3100, можно использовать в качестве устройства калибровки
и поверки промышленных анализаторов. Сначала портативный
анализатор калибруется относительно прослеживаемого стандарта
в лаборатории, а затем используется в качестве мобильного эталона на всей станции. Поскольку промышленные анализаторы
обладают функциями прямой калибровки, процесс калибровки
займет всего несколько секунд. В данном случае полностью
соблюдаются прослеживаемость к внешними официальными стандартам.
Технология LDO отличается длительной стабильностью. Даже
когда измерительное устройство находится в режиме ожидания,
метрологические характеристики такого анализатора не изменятся несколько недель или месяцев.
Панель анализа ORBISPHERE
Кроме того, портативный анализатор кислорода ORBISPHERE 3655
с электрохимическим датчиком является абсолютным эталоном
при измерениях ниже 5 ppb с остаточным значением ниже 0,1 ppb.
На рисунке выше показана стандартная панель ORBISPHERE. Проба
попадает в центр проточной камеры через трехходовой клапан.
Клапан позволяет прерывать поток пробы, а также продувать
впускной трубопровод. Все линии соединены фитингами
Swagelok ®, что не предотвращает попадание воздуха. Расходомер
с регулирующим клапаном располагается за проточной камерой.
Такая конфигурация объясняется несколькими причинами:
¢ Если в пробе воды содержится высокая концентрация других
растворенных газов, например, водорода (H 2) в системе охлаждения водо-водяного энергетического реактора (PWR), то
давление пробы сохраняется, и не допускается дегазация
перед измерением.
¢ Еще одна причина заключается в том, чтобы не допустить
загрязнения воздуха, что может быть вызвано износом расходомера и, в особенности, старой прокладкой регулирующего
клапана
Датчик необходимо установить вертикально над впускным клапаном и проточной камерой, как это показано на рисунке. В таком
положении пузырька газа, попадающие в камеру, быстро проходят
мимо датчика и выводятся через выпускной порт.
Портативные анализаторы кислорода ORBISPHERE 3100 и 3655
Должное внимание к конструкции системы отбора проб позволит
избежать распространенных проблем, связанных с отбором проб.
Одной из проблем является рассогласование между промышленным анализатором и портативным устройством.
Решение от HACH LANGE:
датчик ORBISPHERE K1100
Одна калибровка в год
Традиционные электрохимические датчики показывают значительный дрейф всего через несколько месяцев, требуя регулярной
повторной калибровки и существенных затрат времени оператора.
Благодаря люминесцентной технологии датчик ORBISPHERE K1100
отличается минимальным дрейфом, что делает его самым стабильным датчиком с самым продолжительным интервалом калибровки в отрасли.
Отсутствие мембран = 2 минуты на обслуживание
Поскольку не требуется заменять мембраны, пополнять раствор
электролита, а также не нужны опасные реагенты, датчик K1100
практически не нуждается в обслуживании – обслуживание
занимает две минуты в год.
Низкая стоимость модернизации
Датчик K1100 совместим с 28 мм проточными камерами
ORBISPHERE, которые ранее использовались с электрохимическими датчиками, это устраняет необходимость в сварке, установке
новых соединений – идеальная модернизация.
Новый уровень надежности
Датчикам LDO не требуется время для кондиционирования,
что является значительным преимуществом для пиковых электростанций, требующих быстрого реагирования от всех приборов.
Частоту измерений можно настраивать, значительно увеличивая
периоды работы между калибровками.
Промышленный датчик кислорода ORBISPHERE K1100 и контроллер
ORBISPHERE 410
Использованная литература
[1] Dooley, R. B. Power Plant Chemistry 2002, 4(6), 320.
[2] David G. Daniels, Forgotten water: Stator cooling water chemistry,
M&M Engineering, Power, Dec 15, 2007.
[3] Dunand, F. et al.; LDO sensor to monitor power plant water and
team cycles – PPChem 2006, 8(10).
[4] Optische Sauerstoffmessung in Kraftwerken, VGB Powertech,
p119-124, 9, 2012
Бесперебойная работа с гибким сервисом
Сервисный центр Hach Lange предоставляет обслуживание и поддержку, обеспечивая
бесперебойную работу и надежные результаты.
HACH LANGE предлагает гибкие контракты по обслуживанию, соответствующие вашим
потребностям и позволяющие увеличить срок гарантийного обслуживания до 5 лет!
DOC043. 62 .30208.Apr14
Независимо от того, работает ли электростанция 24 часа 7 дней в неделю или включается
только во время пиковой нагрузки, всегда необходимо следить за качеством воды в паровом
цикле, а также за сточными водами.