Bestimmung der Wasserstoffkonzentration. von Parabolrinnenkraftwerken. im organischen Wärmeträger. Folie 1

Transkript

1 Bestimmug der Wasserstoffkozetratio im orgaische Wärmeträger vo Parabolriekraftwerke Folie 1

2 Gliederug Eileitug Gaschromatographie Methodeetwicklug Ergebisse vo Feldmessuge Zusammefassug Folie 2

3 Orgaischer Wärmeträger i Parabolriekraftwerke Smp. 70 C Sdp. 256 C Smp. 28 C Sdp. 252 C Eutektisches Gemisch: 25-28% BP; 72-75% DPO (Smp. 12 C, Sdp. 257 C), T max 400 C adelsame: Diphyl, Dowtherm A, Thermiol VP1 Folie 3

4 Wasserstoff im Wärmeträgerkreislauf Etstehugsmöglichkeite: durch Alterug des Wärmeträgers durch Zersetzug vo Verureiiguge durch Reaktioe vo Wasser ohe Diffusiosrate potezielle Schädigug der Vakuumisolatio der Receiver Eisatz vo Prävetiosmaßahme am Receiver (Getter) Schematischer Aufbau eies Receivers Folie 4

5 Ziele Aufklärug ud Bewertug der Ursache der Wasserstoffbildug Messmethode für Wasserstoff ( kraftwerkstauglich ) Idetifizierug der Bildugsreaktioe ud prozesse Ermittlug reaktioskietischer Date Ableite vo Maßahme gege die Asammlug vo Wasserstoff im Wärmeträgerkreislauf Kotrolle der Bildug Kotrolle durch zehrede Reaktioe/Maßahme Folie 5

6 Gaschromatographie (GC) zur quatitative Aalyse Gaschromatographie Auftreug vo Stoffgemische (gasförmig/verdampfbar) Selektiver Nachweis der voeiader getrete Substaze P-3 Trägergas P-1 P-2 P-4 P-5 V-1 Probe Ijektor Tresäule Detektor Gaschromatogramm Folie 6

7 Messkozept Probeetahme ud Probetrasfer Ausschluss der Atmosphäre ud vo Kotamiatioe Abfülle eies defiierte Volumes des Wärmeträgers bei Betriebstemperatur T Folie 7

8 Messkozept Aalyse Off-lie ach Abkühle auf Umgebugstemperatur vor Ort Messgröße der Probe Volume Masse Druck bei Messtemperatur Zusammesetzug der Gasphase Weitere Date: Dichte ud Dampfdruck des Wärmeträgers ery-koeffiziet (Löslichkeit Wasserstoff i Wärmeträger) bei Messtemperatur Folie 8

9 Messkozept 2 ( g ) 2 ( ges ) Abkühle 2 ( l ) eißer Wärmeträger T= C Kalter Wärmeträger & Gasphase T= 20 C = + 2 ges 2( g ) 2 ( l ) Berechug vo über allg. Gasgesetz p V RT 2 ( g m ρ TF 2 ges TF 2 ( g ) = ( ) ) p = p 2 ges x 2 x 2 gaschromatographische Bestimmug 2 ( l Berechug vo über ery Gesetz ) p = 2 2 ( l TF ) 2 2 TF = 2 ( l ) p 2 Folie 9

10 Bestimmug des Wasserstoffpartialdrucks Bestimmug p ges Auftreug vo 2 vo adere Gase wie N 2,O 2,C 4,CO Detektio vo 2 mittels elium Ioisatio Vakuumpumpe Folie 10

11 Bestimmug des Wasserstoffpartialdrucks Bestimmug p ges Auftreug vo 2 vo adere Gase wie N 2,O 2,C 4,CO Detektio vo 2 mittels elium Ioisatio Detektorsigal Retetioszeit Folie 11

12 2 Bestimmug des ery Koeffiziete vo 2 p 2 2 = TF = p 2 2 TF 2 2 GC Druckreaktor mit Wärmeträger wird bei verschiedee Temperature mit 2 (~5-40bar) überschichtet Nach Gleichgewichtseistellug (1,5h) wird über eie Tauchleitug, ei Flüssigdosiervetil der [kozetriert] gelöste 2 gaschromatographisch bestimmt p Flüssigdosiervetil 2,4 µl Folie 12

13 ery Koeffiziete vo Wasserstoff ud Stickstoff Gibbs-elmholtz-Beziehug (l ) Δ 1 Δ h 1 Partielle Lösugsethalpie des Gases = + /(1 / T ) h R R Gaskostate l (2) = 259,22 * 1 / T + 7, p 2 = 2 TF N2 l (l bar) 5 l (N2) = -973 * 1 / T + 9, ,001 0,0015 0,002 0,0025 0,003 0,0035 1/T (1/K) Folie 13

14 Feldmessuge i SEGS V, Kramer Juctio August/September 2008 Folie 14

15 Abschätzug der Reproduzierbarkeit Etahme vo sechs Probe am Rücklauf eies Loops ud Aalyse ierhalb vo 24h vor Ort (at-lie) Mittelwert c 2 : 44,2 µmol/kg, rel. STABW +/- 4 % c2 [µmol/kg] 0 11:00 11:10 11:20 11:30 11:40 11:50 Uhrzeit [PST] Folie 15

16 Abschätzug der Bildugsgeschwidigkeit Verweilzeit i eiem Loop ~5-8 mi Utersuchug vo jeweils füf Probe des Zulaufs (Reihe 5) ud des Rücklaufs (Reihe 6) Mittelwert c 2 : 47,5 µmol/kg (rel. STABW +/- 4,4 %) Mittelwert c 2 : 47,4 µmol/kg (rel. STABW +/- 3,0 %) Zulauf Reihe 5 Rücklauf Reihe :10 13:20 13:30 13: c2 [µmol/kg] c 2 [µmol/kg] 0 12:00 12:10 12:20 12:30 12:40 Uhrzeit [PST] Uhrzeit (PST) Folie 16

17 Etahme vo jeweils füf Probe am Zulauf ud am Rücklauf Zuahme im Bereich der Streuug; praktisch kostate Kozetratioe Utersuchug der Variatio ierhalb vo 7 Tage Zulauf Rücklauf Datum Uhrzeit (PST) c 2 Datum Uhrzeit (PST) c 2 µmol/kg µmol/kg , ,4 Zulauf Rücklauf Probeort/Uhrzeit , ,6 Folie 17 c2 [µmol/kg]

18 Utersuchug der Variatio ierhalb eies Tages Probeahme morges zwische 7.00 Uhr ud 8.00 Uhr jeweils am Zulauf ud am Rücklauf ud Vergleich mit der Mittagszeit des Vortages Morges im Zulauf ur ca. 40% der 2 -Kozetratio der Mittagszeit Keie Auswertug der Rücklaufprobe aufgrud iedrige Druckes ,5 47, ,5 20 c 2 [µmol/kg] 10 0.a. 0,0 08:00 Uhr 13:00 Uhr 07:00 Uhr 13:00 Uhr Zulauf v Zulauf v Rücklauf v Rücklauf v Folie 18

19 Darstellug der 2 -Kozetratio als Partialdruck p 2 stark abhägig vo der Temperatur (ery Gesetz) Beispiel: 45 µmol/kg ergebe bei 250 C eie Druck vo 19,5 mbar p 2 = x 2 e 259,22*(1/ T ) + 7,3698 Druck [mbar] Temperatur [ C] Folie 19

20 Zusammefassug Etwicklug eier at-lie Aalysemethode für die quatitative Bestimmug vo Wasserstoff im Wärmeträgerfluid Erste zuverlässige Wasserstoffkozetratiosmessuge i eiem Parabolriekraftwerk Kei messbarer Astieg der Wasserstoffkozetratio ierhalb eies Loop-Durchlaufs I SEGS V mittags durchschittlich 40 bis 50 µmol 2 / kg Wärmeträger; morges deutlich gerigere Werte (<20 µmol/kg) Offesichtlich sehr gute Reproduzierbarkeit; Erreiche eies Kozetratiosplateaus um die Mittagszeit Sehr ähliche Ergebisse bezüglich der Wasserstoffkozetratio über 7 Tage Erste Datebasis zur Korrelatio mit reaktioskietische Date zur Bildug vo Zersetzugsprodukte i Laborversuche erreicht Folie 20