VIESMANN. Wasserbeschaffenheit für Dampfkesselanlagen Hochdruck- und Niederdruck-Dampferzeuger. Planungsanleitung

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1 VIESMANN Wasserbeschaffenheit für Dampfkesselanlagen Hochdruck- und Niederdruck-Dampferzeuger Planungsanleitung Die Einhaltung der in dieser Anleitung genannten Anforderungen an die Wasserbeschaffenheit ist Voraussetzung unserer Gewährleistungsverpflichtungen. Die Gewährleistung erstreckt sich nicht auf Korrosions- und Kesselsteinschäden /2011

2 Planungsanleitung Wasserbeschaffenheit für Dampfkesselanlagen Verwendung der Planungsanleitung Die genannten Grenzwerte gelten für Dampferzeuger aus unlegiertem oder niedrig legiertem Stahl. Sie basieren auf langjährigen Erfahrungen der Firma Viessmann im Dampfkesselbereich sowie auf den Mindestanforderungen der EN Ziel: Durch die Einhaltung der vorgenannten Wasserparameter wird der Anlagenbetreiber in die Lage versetzt das Korrosionsrisiko zu reduzieren, die Bildung von Ablagerungen zu vermindern, als auch die Schlammausscheidungen zu gewährleisten. Hierdurch wird eine sichere, wirtschaftliche und langlebige Anlagenfahrweise ermöglicht. Dampferzeuger Die meisten Rohwasser sind im angelieferten Zustand nicht als Kesselspeisewasser geeignet. Die Art der Kesselspeisewasseraufbereitung muss sich an der Rohwasserbeschaffenheit orientieren. Dessen Beschaffenheit kann sich ändern, daher sind regelmäßige Kontrollen erforderlich. Die Wasserzuleitung nach der Kesselspeisewasseraufbereitung muss mit einem geeigneten Wasserzähler versehen werden, um die dem rückgeführten Kondensat zugegebene Ergänzungswassermenge zu erfassen; damit erfolgt ebenso eine indirekte Kontrolle der Dampfentnahmemenge. Es ist zweckmäßig, möglichst viel Kondensat zum Speisewasserbehälter zurückzuführen. Das Kondensat muss ggf. so aufbereitet werden, dass es den Anforderungen an das Kesselspeisewasser (gemäß Tabelle 1) entspricht. Aus diesen Anforderungen, einschließlich der Anforderungen an das Kesselwasser (gemäß Tabelle 2), ergibt sich zwingend, dass je nach Rohwasserbeschaffenheit und Ergänzungswassermenge eine geeignete chemische und thermische Wasseraufbereitungsanlage installiert wird und im oder in der Zulaufleitung zum Speisewasserbehälter die Möglichkeit der Zugabe von Sauerstoffbindemitteln (evtl. Resthärtestabilisierungs-, Alkalisierungsmitteln und Phosphaten) besteht. Die Kontrolle der Anforderungen erfolgt durch Messungen mit geeigneten, möglichst unkomplizierten Geräten (je nach Betriebsweise 24 h oder 72 h, oder nach landesspezifischen Vorschriften). Diese Messwerte, die anfallenden Ergänzungswassermengen, der Chemikalienverbrauch und die anfallenden Wartungen werden in das Betriebsbuch eingetragen, um jederzeit die Betriebsverhältnisse nachvollziehen zu können. Tabelle 1: Anforderungen an salzhaltiges Kesselspeisewasser Zul. Betriebsdruck bar bis 20 > 20 Allgemeine Anforderungen farblos, klar und frei von ungelösten Stoffen ph-wert bei 25 C > 9 > 9 Leitfähigkeit bei 25 C µs/cm nur Richtwerte für Kesselwasser maßgebend Summe Erdalkalien (Ca 2+ + Mg 2+ ) mmol/liter < 0,01 < 0,01 Sauerstoff (O 2 ) mg/liter 0,05 < 0,02 Kohlensäure (CO 2 ) gebunden mg/liter < 25 < 25 Eisen, gesamt (Fe) mg/liter < 0,2 < 0,1 Kupfer, gesamt (Cu) mg/liter < 0,05 < 0,01 Oxidierbarkeit (Mn VII Mn II) als KMnO 4 mg/liter < 10 < 10 Öl, Fett mg/liter < 1 < 1 organische Substanzen siehe Fußnote *1 Tabelle 2: Anforderungen an das Kesselwasser Speisewasserleitfähigkeit > 30 µs/cm Speisewasserleitfähigkeit 30 µs/cm Zul. Betriebsdruck bar bis 20 > 20 > 0,5 Allgemeine Anforderungen farblos, klar und frei von ungelösten Stoffen ph-wert bei 25 C 10,5 bis 12 10,5 bis 11,8 10 bis 11 *2*3 Säurekapazität (K S 8,2 ) mmol/liter 1 bis 12 *4 1 bis 10 *4 0,1 bis 1,0 *2 Leitfähigkeit bei 25 C µs/cm < 6000 *4 siehe Abbildung 1 Seite 3 *4 < 1500 Phosphat (PO 4 ) mg/liter 10 bis bis 20 6 bis 15 Kieselsäure (SiO 2 ) *5 mg/liter druckabhängig, siehe Abbildung 1 (Seite 3) und 2 (Seite 3) *1 Allgemein sind organische Substanzen Mischungen von verschiedenen Verbindungen. Die Zusammensetzung solcher Mischungen und das Verhalten ihrer Komponenten unter den Bedingungen des Kesselbetriebes sind schwer vorherzusehen. Organische Substanzen können sich zu Kohlensäure oder anderen sauren Produkten zersetzen, die die Leitfähigkeit erhöhen und Korrosion und Ablagerungen verursachen. Sie können ebenso zu Schaum- und/oder Belagbildung führen, die so gering wie möglich zu halten sind. Ebenso ist der TOC-Gehalt (Total Organic Carbon) so gering wie möglich zu halten. *2 Bei Einsatz von VE-Wasser mit Mischbettqualität (LF < 0,2 µs/cm) ist eine Phosphateinspritzung nicht erforderlich; alternativ dazu kann AVT- Fahrweise (Konditionierung mit flüchtigen Alkalisierungsmitteln, ph-wert des Speisewassers ph 9,2 und ph-wert des Kesselwassers ph 8,0) angewandt werden. In diesem Fall muss die Leitfähigkeit hinter stark saurem Kationenaustauscher < 5 µs/cm betragen. *3 Grundeinstellung des ph-wertes durch Einspritzen von Na 3 PO 4, zusätzlich NaOH-Einspritzung nur, wenn der ph-wert < 10 beträgt. *4 Mit Überhitzer sind 50% des angegebenen, oberen Wertes als maximaler Wert zu betrachten. *5 Wird Phosphat verwendet, sind unter Berücksichtigung aller anderen Werte höhere PO 4 -Konzentrationen zulässig, z.b. mit ausgeglichener oder koordinierter Phosphatbehandlung. (siehe Abschnitt Konditionierung ) 2 VIESMANN Wasserbeschaffenheit für Dampfkesselanlagen

3 Planungsanleitung Wasserbeschaffenheit für Dampfkesselanlagen (Fortsetzung) Die Phosphatdosierung wird empfohlen, ist aber nicht immer erforderlich. Umrechnung: 1 mol/m 3 = 5,6 dh; 1 dh = 0,179 mol/m 3 ; 1 mval/kg = 2,8 dh Alternativ zum Betrieb mit salzhaltigem Kesselspeisewasser ist auch ein Betrieb mit salzfreiem Kesselspeisewasser möglich. Max. zulässige direkte Leitfähigkeit des Kesselwassers in Abhängigkeit vom Druck Speisewasser-Leitfähigkeit > 30 μs/cm Direkte Leitfähigkeit in µs/cm Betriebsdruck in bar Abbildung 1 Max. zulässiger Kieselsäuregehalt (SiO 2 ) des Kesselwassers in Abhängigkeit vom Druck Kieselsäuregehalt (SiO2) in mg/l B A 10 B 5 B 0,5B Betriebsdruck in bar Abbildung 2 A diese Ebene der Alkalität ist nicht mehr zulässig > 20 bar B K S 8,2 -Wert in mmol/l (p-wert) Wasserbeschaffenheit für Dampfkesselanlagen VIESMANN 3

4 Planungsanleitung Wasserbeschaffenheit für Dampfkesselanlagen (Fortsetzung) Konditionierung Bestimmte Speise- und Kesselwassereigenschaften müssen durch Behandlung mit Chemikalien verbessert werden. Diese Konditionierung kann beitragen: zur Unterstützung der Bildung von Magnetitschichten oder anderer Oxidschutzschichten, zur Verringerung der Korrosion durch Optimierung des ph-wertes, zur Stabilisierung der Härte und zur Verhinderung oder Minimierung von Kesselstein und Ablagerungen, zum Erreichen chemischer Restsauerstoffbindung. Herkömmliche Konditionierungsmittel können z.b. Natrium- und Kaliumhydroxid, Natriumphosphat, Natriumsulfit, Ammoniak und Hydrazin beinhalten. Die Nutzung einiger dieser Chemikalien kann in einzelnen Ländern bzw. Produktionsprozessen eingeschränkt sein. Allgemeine Anmerkungen zur Konditionierung Leitfähigkeit salzhaltig Hierunter versteht man Speisewasser mit einer elektrischen Leitfähigkeit von > 30 µs/cm (z.b. nach Enthärtungsanlagen). salzarm Hierunter versteht man Speisewasser mit einer elektrischen Leitfähigkeit von 0,2-30 µs/cm (z.b. nach Entsalzungsanlagen). salzfrei Hierunter versteht man Speisewasser mit einer elektrischen Leitfähigkeit von < 0,2 µs/cm und einer Kieselsäurekonzentration < 0,02 mg/l, sowie Kondensat mit einer elektrischen Leitfähigkeit < 5 µs/cm (z.b. nach Vollentsalzungsanlagen mit Mischbettqualität). Säurekapazität K S 4,3 Eine erhöhte Alkalität (m-wert) im Roh-/Weichwasser lässt auf zu viel gebundene Kohlensäure schließen. Dies bewirkt eine erhöhte Alkalisierung des Kesselwassers, was wiederum erhöhtes Korrosionsrisiko am Dampferzeuger, aber auch am nachgeschalteten Dampfnetz durch Abspaltung dampfflüchtiger Kohlensäure nach sich zieht. Einstellung der Alkalität Die Wahl des Alkalisierungsmittels ist u.a. von der Verwendung des Dampfes, des Dampfdruckes und der Art der Wasseraufbereitung abhängig. Es gibt feste und flüchtige Alkalisierungsmittel. Die abgestimmte Konditionierung mit Phosphat bzw. dessen Derivaten kann auch für die Steuerung des ph-wertes des Kesselwassers vorteilhaft sein. Jedoch sind auch organische Konditionierungsmittel seit Jahren im Gebrauch. Werden organische Konditionierungsmittel verwendet, sind die einzusetzenden Mengen und Verfahren sowie die Analysevorschriften vom Lieferanten der chemischen Erzeugnisse zu spezifizieren. Sauerstoff und Kohlendioxid bzw. Sauerstoffbindemittel Kohlendioxid und Sauerstoff werden durch thermische Vollentgasung aus dem Speisewasser ausgetrieben. Sollte es im praktischen Betrieb, z.b. durch vermehrte Stillstandszeiten, nicht möglich sein, den Sauerstoffgehalt des Speisewassers unter den zulässigen Werten zu halten, ist der Einsatz von Sauerstoffbindemittel erforderlich. Diese Korrekturchemikalie wird über die Dosiereinrichtung dem Speisewasser zugemischt. Filmbildene Amine sind keine Sauerstoffbindemittel. Durch Verdampfung des Kesselwassers erfolgt eine Konzentration der gelösten nichtflüchtigen Bestandteile im verbleibenden Kesselwasser (Salze, feste Konditionierungsmittel). Man spricht von Eindickung des Kesselwassers. Unter diesen Bedingungen kann eine örtliche Alkalikonzentration entstehen, die zur Spannungsrisskorrosion führt. Daher ist bei nur geringfügig gepuffertem Speisewasser (salzarmes Speisewasser) mit einer Leitfähigkeit von < 30 µs/cm Natriumhydroxid als Alkalisierungsmittel nur zulässig, wenn der empfohlene ph-bereich mit Natriumphosphat allein nicht erreicht werden kann. Dabei ergeben sich bei niedrigem Natriumhydroxidgehalt plötzliche Schwankungen des ph-wertes. Abweichung bei der Konditionierung Falls die angegebenen Werte bei Dauerbetrieb abweichen, kann dies zurückzuführen sein auf: mangelhafte Behandlung des Zusatzwassers; unzureichende Speisewasserkonditionierung; fortschreitende Korrosion bestimmter Anlagenteile; Kontaminierung des Wassers durch Eindringen von Verunreinigungen aus anderen Systemen, z.b. Kondensatbehälter, Wärmeüberträgern. Geeignete Änderungen sind sofort zur Wiederherstellung des korrekten Betriebs durchzuführen. So darf rückgeführtes Kondensat die Speisewasserqualität nicht beeinflussen und muss ggf. aufbereitet werden. Die chemische Zusammensetzung des Kesselwassers kann sowohl durch dosiertes Einbringen von festgelegten Chemikalien als auch durch kontinuierliche oder diskontinuierliche Abschlammung eines Teils des Wasservolumens überwacht werden. Dies muss derart erfolgen, dass sowohl gelöste als auch suspendierte Verunreinigungen beseitigt werden können. Konditionierung/Gewährleistung Die Gewährleistung erlischt: bei Einsatz von filmbildenden Aminen, bei Einsatz von Dosiermitteln, die nicht in den Richtlinien aufgeführt sind oder mit Viessmann abgestimmt sind VIESMANN Wasserbeschaffenheit für Dampfkesselanlagen

5 Planungsanleitung Wasserbeschaffenheit für Dampfkesselanlagen (Fortsetzung) Probenahme Die Probenahme von Wasser und Dampf aus dem Kesselsystem ist nach ISO und die Vorbereitung und Handhabung der Proben nach ISO durchzuführen. Die Probenahme erfolgt über einen Probenahmekühler. Dieser kühlt die Wasserprobe auf eine Temperatur von ca. 25 C herunter. Um eine verwertbare Probe zu nehmen, ist die Probenentnahmeleitung über einen angemessenen Zeitraum zu spülen. Die Analyse der Probe sollte sofort nach deren Gewinnung erfolgen, da sich durch längeres Stehen die Werte verändern können. Trübes oder verunreinigtes Probenwasser ist vor der Messung zu filtern. Siehe hierzu auch Bedienungsanleitung Probenkühler Probenahmestellen Probenahmestellen sind an repräsentativen Positionen im System vorzusehen. Typische Probenahmestellen sind: Kesselspeisewassereintrittsventil, Kesselwasser von einem Fallrohr oder einer kontinuierlichen Absalzleitung, Zusatzwasser nach der Zusatzwasseraufbereitungsanlage oder den Lagertanks, Kondensat am Austritt des Kondensatbehälters, falls vorhanden; andernfalls ist die Probe so nah wie möglich am Speisewassertank zu entnehmen. Analyse Allgemeines Der Nachweis der Übereinstimmung mit den in Tabelle 1 (Seite 2 ) und Tabelle 2 (Seite 2) angegebenen Werten hat durch Analysen zu erfolgen. Werden die Analysen nach anderen Normen oder mittels indirekter Methoden durchgeführt, sind die Methoden zu kalibrieren. Zur Durchführung der Analyse sollte eine saubere Arbeitsfläche mit Wasseranschluss und Kanalisationsablauf vorhanden sein. An diesem Arbeitsplatz sind auch die erforderlichen Gerätschaften in einem Schrank aufzubewahren. Analyseverfahren/ Prüfbesteck Im fortlaufenden Kesselbetrieb werden die Kesselwerte hinreichend mit dem Prüfbesteck gemessen. Bei stärkerer Abweichung der Werte sind über die entsprechenden normierten Analyseverfahren die Werte zu bestätigen und Abhilfe zu schaffen. Die Überprüfung der Parameter muss nach den folgenden Normen erfolgen: Säurekapazität EN ISO Leitfähigkeit ISO 7888 Kupfer ISO 8288 Eisen ISO 6332 Sauerstoff ISO 5814 ph-wert ISO Phosphat ISO Kalium ISO Kieselsäure *6 Bei einigen Wasserarten kann die Menge an gelösten Stoffen anhand der Leitfähigkeit abgeschätzt werden. Darüber hinaus besteht eine Korrelation zwischen dem ph-wert und beiden Leitfähigkeiten. Zur kontinuierlichen Überwachung der O 2 - und ph-werte sowie zur Härtekontrolle bietet die Firma Viessmann Wasseranalysekomponenten an. Natrium ISO TOC *7 ISO 8245 Gesamthärte als Ca + Mg ISO 6059 Die Säureleitfähigkeit ist in Form der Wasserstoffionenkonzentration kontinuierlich in der gleichen Weise wie die Leitfähigkeit in Wasserstoffform zu messen, nachdem die Probe einen stark sauren Kationentauscher mit einem Volumen von 1,5 l durchlaufen hat. Der Austauscher wird in einem Zylinder mit einem Durchmesser/ Höhenverhältnis von 1:3 oder darunter, wobei das Austauschermedium mindestens drei Viertel des Zylindervolumens einnimmt, eingebracht. Der Ionenaustauscher ist zu regenerieren, wenn er zu zwei Dritteln erschöpft ist; dies erkennt man, wenn man einen Austauscher mit Farbanzeige und transparentem Zylinder verwendet. Stillstandzeiten/Frostschutz Werden Kesselanlagen für längere Zeit außer Betrieb genommen, so wird empfohlen, die Anlagen komplett mit Wasser zu füllen und das Wasser mit einem Sauerstoffbindemittel zu versetzen, damit der im Wasser befindliche Sauerstoff gebunden wird. Der Dampfkessel muss dabei unter Druck gehalten werden. Eine weitere Möglichkeit ist die Trockenkonservierung, die für Stillstandzeiten über 4 Wochen zu empfehlen ist. Detaillierte e hierzu siehe Betriebsvorschrift Wasser- und heizgasseitige Konservierung *6 Derzeit ist noch keine Europäische oder Internationale Norm vorhanden, siehe z. B. DIN Deutsche Einheitsverfahren zur Wasser-, Abwasser- und Schlammuntersuchung; Anionen (Gruppe D); Photometrische Bestimmung von gelöster Kieselsäure (D 21). *7 Alternativ kann die Bestimmung des Permanganat-Index nach ISO 8467 gemessen werden, wenn die Werte spezifiziert sind. Wasserbeschaffenheit für Dampfkesselanlagen VIESMANN 5

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