News. Power Generation. TOC-Messung schützt. Hochdruck-KWK-Anlagen. Perspektiven in der Reinstwasseranalytik. THORNTON Leading Pure Water Analytics

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1 Power Generation Perspektiven in der Reinstwasseranalytik 8 News THORNTON Leading Pure Water Analytics TOC-Messung schützt Hochdruck-KWK-Anlagen Kraft-Wärme-Kopplungsanlagen (KWK), die ihren Dampfkondensatrücklauf aus organisch-chemischen Prozessen erhalten, klagen über Verunreinigungen, die in Ihre Kessel gelangen. TOC-Messungen am Kondensatrücklauf zur Warnung vor dem Eindringen organischer Verbindungen sind hierbei unerlässlich. Coal Creek, eines der ersten Hochdruck-KWK-Anlagen Angesichts des steigenden Bedarfs an einer effizienten Herstellung von Biokraftstoffen und Kraftstoffadditiven werden immer mehr Chancen auf Basis der Kraft-Wärme- Kopplung ausgelotet. Eine solche Entwicklung ist der Bau der Blue Flint Äthanolaus-Mais-Anlage bei Coal Creek Station von Great River Energy in Bismarck, North Dakota. Seit 1980 in Betrieb hat Coal Creek in mehreren nationalen Bewertungen von Kraftwerken als eines der zuverlässigsten und kostengünstigsten des Landes geglänzt. Es ist mittlerweile eine der ersten Hochdruckanlagen, die in den USA KWK- Verträge abschließen, und beabsichtigt, pro Jahr 1,9 Mio. Hektoliter Äthanol als Kraftstoffadditiv zu produzieren. Coal Creek verfügt über zwei mit Braunkohle befeuerte, unter 195 bar stehende Kessel, die fast MW erzeugen. Ihr Kondensat läuft mit l/min und einem ph-wert von 9,2, einer spezifischen Leitfähigkeit von fast 1,0 µs/cm und einer Kationen (Säure) Leitfähigkeit von fast 0,15 µs/cm. Die THORNTON-Lösung für das Werk in Coal Creek In dem Bemühen, seine ausgezeichnete Erfolgsgeschichte bei diesem großen Umbruch im Betrieb weiterzuführen, erkannten der Laborchef Ken Norton und sein Team die Notwendigkeit, Äthanollecks in das Kondensat hinein schnell erkennen zu können. Der Plan bestand in zwei TOC-Systemen, die im Äthanolwerk eingesetzt werden sollten, und eines am Heißwasserspeicherabfluss jeder Einheit. Ken und sein Team bewerteten

2 Kohlehalde in North Dakota Herausgeber Mettler-Toledo AG Process Analytics Im Hackacker 15 CH-8902 Urdorf Schweiz Bilder MarCom-Archiv CH-8902 Urdorf Schweiz Technische Änderungen vorbehalten. Mettler-Toledo AG 12/06 Gedruckt in der Schweiz. mehrere Typen von TOC-Analysatoren sowie den Sensor THORNTON 5000TOC mit dem Multiparameter-Analysator/ Transmitter 770MAX. Die Implementierung des Messsystems Zur Erhöhung der Empfindlichkeit bei Verwendung des 5000TOC wurde die Kondensatprobe zunächst durch eine Kationenaustauschersäule geleitet, die selbe wie bei der Kationen (Säure) Leitfähigkeitsmessung. Hierdurch werden das Ammoniak ausgeschieden und der ph-wert der Probe in einen Bereich gesenkt, in dem TOC-Messungen genauer sind. Man stellte fest, dass der Hintergrund-TOC bei fast 10 ppb lag. Bei der Auswertung durch Ken und sein Team wurde das Kondensat direkt vor der Kationenaustauschersäule untergemischt, um Methanol, Äthanol und Saccharose mit bekanntem ppb-wert zu erzeugen. Das Ergebnis entsprach sehr gut der Konzentrationsberechnung, die auf der Grundlage der Flussrate und den Mengen injizierter organischer Verbindungen beruht hatte. Schnelle Reaktionszeit ein wichtiges Kriterium Die Reaktionszeit ist auch dort kritisch, wo organische Verbindungen vor einem Eindringen in den Heißwasserspeicher abgefangen werden müssen. Es erwies sich als erforderlich, eine Kationenaustauscherkartusche mit kleinerem Durchmesser bei einer höheren Probenflussrate zu verwenden, um die gewünschte schnelle Reaktion zu erreichen. Diese höhere Durchflussgeschwindigkeit hat zudem den Vorteil eines komplexeren Austauschs, da die Turbulenz im Harzbett die Grenzschicht um die Harzkörner herum reduziert und damit einen engen Kontakt und ein geringeres Risiko einer Kanalbildung gewährleistet. Vorteile für den Kunden Nach der Bewertung mehrerer TOC-Messsysteme favorisierte Ken den Thornton 5000TOC mit dem 770MAX, die ihm wegen der Einfachheit, leichten Wartung, konsistenten Reaktionen und mäßigen Kosten gefielen. Schlüsselvorteile des THORNTON 5000TOC-Sensors Das Durchfluss-Design sorgt für eine schnelle TOC-Detektion mit vollständiger Oxidation Es müssen keine Gase oder Reagenzien gehandhabt, gelagert oder ausgetauscht werden, und keine beweglichen Teile minimieren Routinewartungen und Serviceintervalle Smart Sensor- Design verkürzt Installationsund Inbetriebnahme Kontinuierliche Überwachung in Echtzeit für präzise Datentrenderfassung und bessere Prozesskontrolle Großer dynamischer Betriebsbereich erfüllt die Anforderungen von Reinund Reinstwasserapplikationen Zwei TOC-Messpunkte mit einem 770MAX-Instrument für eine kostengünstige Installation Kompaktes NEMA 4X-eingestuftes Gehäuse für harte Industrieumgebungen Entspricht ASTM D5173-Standardtestverfahren zur Online TOC-Überwachung Leitfähigkeitssensor und Messungen mit Rückführbarkeit auf NIST und ASTM Schlüsselmerkmale des THORNTON 770MAX-Multiparameter-Transmitters Umfangreiche Messfähigkeiten: Sechs Kanäle und Anzeige von 16 Messwerten in einem vierzeiligen Display mit automatischer oder manueller Scroll-Funktion. Störmeldung/Regelung und acht Analogausgänge Kompakte Größe Geringe Kosten: Ein Messgerät und ein Schalttafelausschnitt für sechs Sensoren Minimaler Verdrahtungsaufwand mit «Plug and Measure» Sensoren Die THORNTON Systeme 770MAX und 5000TOC sind sowohl wartungsfreundlicher als auch kostengünstiger als Konkurrenzprodukte. Sie sprechen auf verschiedenste Zugaben bekannter, organischer Verunreinigungen an und bestätigen somit die Anforderung, diese Stoffe in einer Anwendung erkennen zu können. MTP TOC Messsystem 2 METTLER TOLEDO Power News

3 Schnelle Kontaminatonserkennung Kernkraftwerk verwendet THORNTON TOC-Analysator Korrosion und Strahlenbelastung müssen in Siedewasserreaktoren minimal gehalten werden. Die Feinregulierung der Wasserchemie ist dabei eine etablierte Behandlungsmethode, bedarf aber einer sorgfältigen Überprüfung, um Nebeneffekte zu verhindern. Erfolgreich getestet In einigen Werken wurde Methanol auf seine Fähigkeit getestet, eine Radiolyseinduzierte Korrosion zu reduzieren. Zur Implementierung dieser Art Tests muss die Methanolkonzentration sorgfältig überwacht und kontrolliert werden. Um die richtige Balance zu finden, sind ebenfalls ständige und schnell reagierende Messungen wichtig. Das AKW Philippsburg in Südwestdeutschland kaufte einen Thornton TOC-Analysator, um die Methanolinjektionstechnik zu testen. Das Instrument lieferte eine schnelle, durchgängige Analyse des Methanols ohne Reagenzien, Membrane oder bewegliche Teile. Seine besondere Eignung für diese Applikation ergab sich aus seinem leichten Gewicht, seiner kompakten Größe und Benutzerfreundlichkeit. Eine weitere Applikation Nach Abschluss der Methanoltests stellte Philippsburg später fest, dass der Thornton TOC-Analysator auch während einer Abschaltung wegen eines Ausfalls sehr nützlich war. Ascorbinsäure wurde in das Reak- torwasser gegeben, um die Flüchtigkeit radioaktiver Iodarten zu reduzieren. Der TOC-Analysator lieferte die Messwerte für die Ascrobinsäurekonzentration, die eine ordnungsgemäße Abschaltung sicherstellten. Einfache Handhabung Bei der TOC-Analyse werden organische Verbindungen in einer Durchflussprobe durch Bestrahlung mit hoch intensivem UV-Licht zu CO 2 oxidiert (UV-Oxidation). Das CO 2 bildet Kohlensäure- und Bicarbonationen, welche die Leitfähigkeit der Probe erhöhen. Die kontinuierlich vor und nach der UV-Bestrahlung genommenen Leitfähigkeitsmesswerte werden verglichen. Anhand des Unterschieds zwischen diesen zwei Werten wird des Gehalts an organischen Stoffen bestimmt. Die Einfachheit dieser Technologie führt zu wartungsarmen, schnellen und kontinuierlichen Messvorgängen. Zuverlässige Kontaminationserkennung Die selbe Messtechnologie lässt sich auf die Erkennung organischer Verunreinigungen in Dampfkraftwerken anwenden. Diese können aus verschiedenen Quellen stammen, von denen die wichtigsten Zusatzwasser und alte oder schlecht gereinigte Ionentauscherharze sind. ionisierten organischen Verbindungen werden diese Substanzen nicht anhand der Leitfähigkeit allein erkannt. Sie zerfallen im Dampfgenerator oder -kessel jedoch typischerweise zu hoch korrosiven Chloriden und Sulfaten, wenn sie nicht mehr entfernt werden können. Eine frühere Erkennung in der Wasseraufbereitung ist der Schlüssel, der ihr Eindringen in den Zyklus verhindert. Und erneutet bietet die einfache, fortlaufende und schnelle Analyse durch TOC- Instrumente von Thornton hierbei ein ausgezeichnetes Mittel, die Komponenten der Stromerzeugung zu schützen. Der neue Thornton 5000TOC-Sensor arbeitet in Verbindung mit dem 770MAX Multiparameter Analysator/Transmitter nach derselben Technologie wie der vorher in Philippsburg eingesetzte TOC-Analysator, bietet jedoch eine noch bequemere Handhabung. MTP02 TOC Bestimmung Die schlimmsten Verunreiniger sind organische Verbindungen mit Halogeniden oder Schwefel. In nicht Der 770MAX mit 5000TOC-Sensoren erkennt anorganische (Leitfähigkeit) sowie organische Substanzen (TOC). METTLER TOLEDO Power News 3

4 Die logische Upgrade-Entscheidung 770MAX ideal für Upgrades in der Zyklus-Chemie In verschiedensten Projekten zur Verlängerung der Betriebsnutzung wurden zuverlässige, prozessanalytische Instrumente der jüngsten Generation erfolgreich eingesetzt. Multiparameterinstrumente mit hohem Leistungspotential waren dabei besonders rentabel. Perspektiven gewinnen mit Instrumenten-Upgrades Älter werdende prozessanalytische Instrumente können kostspielig sein, einerseits wegen des Teile- und Arbeitsaufwands, um sie am Laufen zu halten, und andererseits wegen des Verlusts wertvoller Messdaten nach Ausfällen (gerade wenn man sie am meisten gebraucht hätte). Bei älteren Instrumenten treten Probleme mit der Zuverlässigkeit auf, Backup-Batterien für den Speicher und veraltete Teile müssen gewechselt werden. Angesichts einer neuen Gerätegeneration lohnt es sich durchaus, das höhere Leistungspotential von Multiparameterinstrumenten in Erwägung zu ziehen. Upgrade-Bedarf erkannt Als Beispiel soll hier ein Kraftwerk im Mittelwesten der USA dienen, das für eine ihrer mit Braunkohle befeuerten 350 MW- Einheiten aus den 1950er Jahren die Überwachungsinstrumente seiner Zyklus-Chemie upgraden und Möglichkeiten zur Redox-Messung integrieren wollte. Ihre 10 Jahre zuvor installierten Geräte begannen langsam, immer häufiger auszufallen. Der Chefchemiker lernte dann bei einer Präsentation auf einer EPRI-Konferenz die Multiparameter-Instrumentenplattform von Mettler-Toledo Thornton kennen. Besonders beeindruckte ihn die ohne Aufpreis bereits integrierte ph-berechnung aus der spezifischen und Kationen-Leitfähigkeit. Diese Berechnung liefert ein äußerst genaues Backup zur herkömmlichen Messung mit ph-elektroden. Die Vorteile der Gemeinsamkeiten der Sensorschnittstelle und des Instrumentenbetriebs waren ebenfalls augenfällig. Er bat um mehr Informationen und eine Gelegenheit, die Ausrüstung selbst testen zu dürfen. Demo-Ausrüstung einfach installiert Ein Thornton 770MAX Multiparameter Analysator/Transmitter mit Sensoren für spezifische und Kationen-Leitfähigkeit, ph und gelösten Sauerstoff wurde versuchsweise bei dieser Einheit angeschlossen und mit der vorhandenen Ausrüstung verglichen. Die Installation war extrem einfach. Mit der fertig verrohrten Testschalttafel war der Anschluss der Proben- und Ablaufleitungen für die Sensoren und die Anschaltung der Ausgangssignalkabel für die Meldung aller Messdaten vom 770MAX zum Datenerfassungssystem der Anlage in wenigen Stunden erledigt. Der Chemiker erhielt eine kurze Einweisung zur Bedienung und den Fähigkeiten dieser Plattform. Erfolgreich getestet Nach der Akklimatisierung auf die Probenbedingungen und -kalibrierung lieferten die Sensoren konsistente Signale. Während der Testphase wurden Messungen an Proben durchgeführt, die an der Entgasungsöffnung und dem Kondensatpumpenablauf genommen wurden, um Erfahrungen in verschiedenen Bereichen zu sammeln, besonders mit gelöstem Sauerstoff. Die Testinstrumentierung von Thornton lieferte für alle Parameter eine sehr akzeptable Leistung und wurde als «viel besser» als die vorhandene Ausrüstung für gelösten Sauerstoff eingestuft. Die Folge war, dass der Chemiker den Austausch von 27 Messpunkten für Leitfähigkeit, ph und gelösten Sauerstoff sowie 6 neue Redox-Messpunkte zur Verwendung mit dem 770MAX Multiparameter Analysator/Transmitter genehmigte. Die Ausrüstung wird problemlos in das vorhandene Einbauvolumen passen, wobei nur 9 der 770MAX Transmitter genutzt werden und 3 zusätzliche Messkanäle für zukünftige Optionen frei bleiben. Man schätzt, dass Upgrades in anderen Unternehmenswerken von genau diesen Fähigkeiten profitieren werden. MTP03 Multiparameter- Transmitter 770MAX THORNTON 770MAX mobile Probenentnahme für Testzwecke. METTLER TOLEDO Power News 4

5 Zuverlässige Standards aus einer verlässlichen Quelle Leitfähigkeitsstandards bei THORNTON bequem erhältlich Leitfähigkeitsstandardlösungen bieten eine Möglichkeit, die Leitfähigkeitssensor-Zellkonstante nach Ablauf der Erstkalibrierungsphase zu überprüfen oder zu kalibrieren. Wie ph-pufferlösungen können auch Leitfähigkeitsstandardlösungen regelmäßig verwendet werden, um die Genauigkeit der Messwerte zu bestätigen. Stabilität der Zellkonstante Eine Leitfähigkeits-Messzellkonstante ist in der Regel recht stabil. THORNTON-Leitfähigkeitssensoren werden im Werk mit Rückverfolgbarkeit auf ASTM und NIST kalibriert und auf ein Jahr ab der Installation unter normalen Betriebsbedingungen zertifiziert. Bei Langzeitauswertungen unserer Sensoren in Reinwasseraufbereitungsanlagen wurden über mehrere Betriebsjahren hinweg Veränderungen von weniger als einem Prozent festgestellt. In der Zyklus- Chemie können eine Überwachung bei Temperaturschwankungen oder korrosiven Ablagerungen und anschließende Reinigungsarbeiten das Resultat verändern. Überprüfung der Genauigkeit Die Zellkonstante wirkt sich direkt auf die Messgenauigkeit der kritischen spezifischen und Kationen-Leitfähigkeit aus. Daher ist eine, je nach Applikation, 1 12 monatige Überprüfungsphase für Leitfähigkeitssensoren gängige Praxis. Hierbei stehen drei Optionen offen: 1. Rücksendung des Sensors ins Werk zur Rekalibrierung. 2. Vergleichsmessungen mit vor kurzem kalibrierten Anlagenstandardsystem wie dem portablen Kalibriersystem für Leitfähigkeit/spezifischen Widerstand THORNTON Überprüfung und/oder Kalibrierung mit einer Leitfähigkeits-Standardlösung. Verwendung von Leitfähigkeitsstandards THORNTON Leitfähigkeitsstandardlösungen sind für diese dritte Option mit Werten zwischen 25 und µs/cm erhältlich. Obwohl viele Leitfähigkeitsmessungen unterhalb von 25 µs/cm durchgeführt werden, wird die Verwendung noch niedrigerer Leitfähigkeitsstandards nicht empfohlen. Standards für niedrige Leitfähigkeit sind Verunreinigungen durch variable CO 2 -Konzentrationen aus der Luft und anderen Quellen gegenüber wesentlich anfälliger als ph-pufferlösungen. Die Pufferkapazität von ph-standards sperrt sich gerne gegen ph-änderungen und ist damit Kontaminationen gegenüber wesentlich toleranter. Leitfähigkeitsstandards dagegen werden direkt durch eine Verdünnung oder Kontamination beeinträchtigt, und ihre Werte ändern sich sofort, besonders bei niedrigen Werten. Es hat sich gezeigt, dass der weite Wirkungsbereich und die konsistente Linearität von THORNTON-Messsystemen zwischen 100 µs/cm und Reinwasser in der Praxis eine viel höhere Genauigkeit erreicht, als dies typischerweise mit Standards unter 100 µs/cm der Fall ist. Sie können also Leitfähigkeitsstandards ganz beruhigt verwenden, denn Sie wissen, dass Ihre THORNTON-Instrumente bis in Reinstwasserapplikationen exakt messen. THORNTON-Leitfähigkeitsstandards-Kit THORNTON 1875 portables Kalibriersystem MTP04 Leitfähigkeitsstandards 5 METTLER TOLEDO Power News

6 ProTalk 2007 Das neue Veranstaltungskonzept von METTLER TOLEDO Unsere Seminare und Veranstaltungen zeichnen sich seit mehr als 10 Jahren durch aktuelle Themen und fundiertes Know-how für die Prozessanalytik aus bieten wir Ihnen zusätzlich mit neuen Veranstaltungstypen und aktuellen Themen unsere Unterstützung bei Ihrer Weiterbildung an. Erfahren Sie mehr über die neuen Veranstaltungen: Intensiv-Workshops Anwendertrainings Theoretische und praktische Vertiefung in die jeweilige Messtechnik ph-messung (Bremen, Stuttgart) Leitfähigkeitsmessung/TOC-Messung (Gießen) Sauerstoff-Messung (Gießen) Praktische Einblicke in die Messungen live an den Geräten ph-messung (Gießen) Leitfähigkeitsmessung/TOC-Messung (Gießen) Sauerstoff-Messung (Gießen) Branchenseminare Grundlagen der Messtechniken mit gesetzlichen Anforderungen speziell für Ihre Branche Reinstwasserseminar (Dresden) Pharmaseminar (Würzburg) Weiterbildungsseminare Theoretisches Wissen und Überblick zur online-bestimmung wichtiger Parameter ph-, Leitfähigkeits-, Sauerstoff- und Trübungmessung (Jena, Hannover, Bonn, Ulm) Vor-Ort-Seminare Interessieren sich mehrere Mitarbeiter und Kollegen für ein bestimmtes Schulungsthema? Stellen Sie Ihre Schulung individuell zusammen! Mettler-Toledo GmbH Prozessanalytik Ockerweg 3, D Gießen Tel Fax MTP05 ProTalk Programm Mettler-Toledo Ges. m. b. H. Südrandstraße 17, A Wien Tel Fax infoprocess.mtat@mt.com Mettler-Toledo (Schweiz) GmbH Im Langacher, Postfach CH-8606 Greifensee Tel Fax salesola.ch@mt.com Besuchen Sie uns im Internet