Transcript STOOMPLATFORM THEMADAG 27-01-11 Gevolgen voor het stoomsysteem bij onvoldoende aandacht voor de waterbehandeling Door: Wessel Hendertink Energie Consult Holland B.V.  Onafhankelijk adviesbureau voor Energie.

STOOMPLATFORM THEMADAG 27-01-11
Gevolgen voor het stoomsysteem bij onvoldoende
aandacht voor de waterbehandeling
Door: Wessel Hendertink
Energie Consult Holland B.V.
 Onafhankelijk adviesbureau voor Energie en Milieu
 Aangewezen KeuringsInstelling (AKI) en Notified
Body (NoBo) voor drukapparatuur
 Opgericht in 1994
 01-2011: 17 werknemers
 Gevestigd in Ede
Toezicht op stoomketels >0,5 barg in Nederland
Wetgeving per 29/05/2002:
Warenwetbesluit Drukapparatuur
(was daarvoor: Stoomwet en Stoombesluit)
Toezicht door AKI’s o.a.:
Bureau Veritas
Det Norske Veritas
Energie Consult Holland
Lloyds Register (voormalig Stoomwezen)
Vinçotte Nederland
Voor stoomketels geldt een 2-jaarlijkse periodieke herkeuring,
uit te voeren volgens de Praktijkregels voor Drukapparatuur
(PRD 2.3)
(was voorheen: Regels voor Toestellen onder Druk Blad T0102)
Doel periodieke herkeuring
Beoordelen of een risicovol drukapparaat veilig kan
worden gebruikt tot de volgende datum van herkeuring,
waarbij in het geval van stoomketels zowel water- als
rookgaszijdig specifiek wordt gelet op:




Afzettingen.
Vervuiling/verstopping.
Materiaaldegradatie
Scheurvorming.
Welke hoofdtypen stoomketels zijn er
Vlampijpketels:
stoomdrukken tot ca. 30 barg (temp. 235 ° C)
stoomcapaciteiten tot ca. 50 ton/uur
medium: verzadigde stoom (soms licht oververhit)
gebruikssector: kleine- / middelgrote industrie,
ziekenhuizen e.d.
Waterpijpketels:
stoomdrukken tot ca. 300 barg (>220 barg = superkritisch)
stoomtemperaturen tot ca. 600 ° C
stoomcapaciteiten tot ca. 5000 ton/uur
medium: oververhitte stoom (soms verzadigd)
gebruikssector: grote industrie,
elektricteitscentrales
Welke hoofdtypen stoomketels zijn er
Stoomgeneratoren:
stoomdrukken in de praktijk tot ca. 30 barg
stoomcapaciteiten tot ca. 10 ton/uur
medium: verzadigde stoom
gebruikssector: kleine- / middelgrote industrie,
ziekenhuizen e.d.
Welke materialen worden toegepast
Vlampijpketels en stoomgeneratoren:
 ongelegeerd en laag gelegeerd staal.
Waterpijpketels:
 laag gelegeerd en hoog gelegeerd staal.
Stoomsysteem voor verwarmingsdoeleinden
verzadigde stoom
direct stoomverbruik
ww
vlampijpketel
spuiwater
condenspot
condensaat
ontgasser
voedingwater
voedingwaterpomp
suppletiewater in
(ontijzerd/onthard of
Reverse Osmose)
Stoomsysteem voor mechanische aandrijving
oververhitte stoom HD
sk
ovo
verzadigde stoom HD
injectiewater
waterpijpketel
turbine
generator
aftapstoom
spuiwater
verzadigde stoom
<Patm. / x% vocht
suppletiewater in
(ontijzerd /
gedemineraliseerd)
condensor
ontgasser
condensaat
voedingwater
voedingwaterpomp
condenswaterpomp
Onderdelen stoomsysteem
Een stoomsysteem is te verdelen in een 4-tal secties, te
weten:




De stoomketel.
Het stoomnet (met de verbruikers).
Het condensaatnet.
Het voedingwatersysteem.
Watersuppletie
In een “open” systeem moet water worden bijgesuppleerd . Dit komt door:
 Direct stoomverbruik .
 Lekverliezen.
 Spuiverliezen.
Ook in een “semi gesloten” systeem moet water worden
bijgesuppleerd als gevolg van (geringe) verliezen.
Onbehandeld water is niet geschikt om te suppleren.
Problemen in stoomsystemen
Water heeft een groot oplossend vermogen waardoor er,
van nature, stoffen in water aanwezig zijn, die de
oorzaak vormen van veel voorkomende problemen in
stoomsystemen, te weten:




Afzettingen.
Vervuiling/verstoppingen.
Onzuiverheid.
Corrosie.
Gevolgen voor de gebruiker
 Verslechtering rendement
 Storingen.
 Lekkages.
 Bezwijken.
 Beschikbaarheid.
 Kosten.
Opgeloste stoffen in water
ZOUTEN
KATIONEN
ANIONEN
2+
CALCIUM
Ca
WATERSTOFCARBONAAT
HCO3-
MAGNESIUM
CHLORIDE
Cl -
NATRIUM
Mg2+
Na+
SULFAAT
SO42-
KALIUM
K+
NITRAAT
NO3-
KIEZELZUUR
SILICAAT
SiO2
GASSEN
ZUURSTOF
O2
KOOLZUUR
CO2
STIKSTOF
N2
OVERIG
IJZER (Fe) / MANGAAN (Mn)
ORGANISCHE STOFFEN
BACTERIEN, ALGEN
b.v. aanwezig in bronwater
b.v. aanwezig in brüdencondensaat
b.v. aanwezig in oppervlaktewater
Afzettingen in de ketel
Afzettingen in de stoomketel kunnen
ontstaan door:
 Slechte kwaliteit suppletiewater.
 Slechte kwaliteit retourcondensaat.
 Onvoldoende spuien.
Afzettingen
 Afhankelijk van de afzettingssamenstelling stijgt
het brandstofverbruik ca. 3% per mm afzetting.
 Afhankelijk van de afzettingssamenstelling stijgt de
metaaltemperatuur ca. 150 °C per mm afzetting.
 Als keuringscriterium geldt dat een laagdikte tot
max. 0,25 mm op de vuurgang nog acceptabel is
voor vuurgangvlampijp-ketels (blad D1102 RToD).
Steen- en slibvorming
Steenvorming:
Zeer dichte, harde en sterk aanhechtende laag als
gevolg van kristallisatie.
Slibvorming:
Neerslag van mineralen die onderling en met het
metaaloppervlak slechts zwak verbonden zijn.
Soorten afzettingen
De volgende afzettingen zijn bij stoomsystemen te
onderscheiden:






Calcium- en magnesiumverbindingen.
Silicaten.
Natriumzouten.
IJzerverbindingen.
Koperverbindingen.
Organische verbindingen en koolstof.
Calcium- en magnesiumverbindingen
Calciumcarbonaat (ketelsteen)
Ca(HCO3)2 → CaCO3 + CO2 + H2O
 Slecht oplosbaar.
 Oplosbaarheid neemt af bij toename van de temperatuur.
 Vormt harde afzetting op de heetste delen van de ketel.
 Bij geringe indikking van het ketelwater vormt zich al afzetting.
Magnesiumhydroxide
Mg(HCO3)2 → Mg(OH)2 + CO2
 Slecht oplosbaar; zet zich in slibvorm af.
Andere verbindingen: Calcium- en magnesiumfosfaat
Praktijkvoorbeeld afzettingen
Fabrikaat stoomketel: Backer & Rueb (Machinefabriek Breda)
Type:
1-treks vuurgangvlampijpketel (N-ketel)
Bouwjaar:
1962
Ontwerpdruk:
10 barg
Medium:
verzadigde
stoom
Capaciteit:
7.000 kg/uur
Inhoud tot LTW:
16 m3
Watervoorbehandeling:
ontharden / ontgassen
Praktijkvoorbeeld afzettingen
Afzetting op vuurgang
(dikte varieert van 3 – 5 mm)
Afzetting op vlampijpen
(dikte varieert van 3 – 5 mm)
Verwijderen afzettingen
 Soms kan, afhankelijk van de afzettingssamenstelling, een
afzetting worden verminderd door een (verhoogde) dosering
van een geschikt dispergeermiddel voor de conditionering van
ketelwater.
 Harde afzettingen kunnen vaak alleen worden verwijderd door
chemische reiniging (het zogenaamde “zuren”).
 Schakel voor het uitvoeren van een dergelijke klus een
gespecialiseerd bedrijf in!!!
Praktijkvoorbeeld reiniging
Vuurgang na chem. reiniging
Resultaat: >95% verwijderd
Vlampijpen na chem. reiniging
Resultaat: >95% verwijderd
Kostenplaatje reiniging
Chemische reiniging:
Afvoer afvalwaterstroom:
Huurketel (1 week):
Totaal:
Aanvullend:
€ 10.000
€ 5.000
€ 5.000
______
€ 20.000
onthardingsinstallatie vervangen.
Praktijkvoorbeeld verstopping (1)
Ketelfabrikaat:
Blohm & Voss
Type:
hoekpijpwaterpijpketel
Bouwjaar:
1996
Ontwerpdruk:
12 barg
Medium:
verzadigde stoom
Capaciteit:
11.000 kg/uur
Waterbehandeling:
ontharden / ontgassen
Praktijkvoorbeeld verstopping (1)
Oververhitting van verdamperpijpen a.g.v. verstopping
Scheurvorming a.g.v.
oververhitting
Praktijkvoorbeeld verstopping (1)
Uitlijnigheid en verkleuring
Verstopte verdamperpijpen
verdamperpijpen
Praktijkvoorbeeld verstopping (1)
Bovenste pijpdelen
verdamperspiralen vernieuwd na Verstopte verdamperspiralen
controle op verstopping
buiten bedrijf gesteld (afgeblind)
Praktijkvoorbeeld verstopping (1)
Oorzaak:
Oplossing:
Kosten:
Aanvullend:
ketel is na revisie vermoedelijk gevuld met
onvoldoende onthard water.
controle van alle verdamperspiralen op verstopping;
verstopte spiralen buiten bedrijf gesteld (afgeblind).
€ 70.000,-- (onderzoek, reiniging en reparatie).
Reverse Osmose-installatie bijgeplaatst.
Praktijkvoorbeeld verstopping (2)
Fabrikaat stoomketel: Koninklijke Machinefabriek Stork (Hengelo)
Type:
3-treks vuurgangvlampijpketel (EVW-ketel)
Bouwjaar:
1974
Ontwerpdruk:
14 barg
Medium:
verzadigde
stoom
Capaciteit:
25.000 kg/uur
Constructiedetail:
buitenliggende
watergekoelde
keerkast met
waterpijpen
Waterbehandeling:
ontharden / ontgassen
Praktijkvoorbeeld verstopping (2)
Oververhitting van keerkastpijpen a.g.v. verstopping
Oververhitting van keerkastpijpen a.g.v. verstopping
Praktijkvoorbeeld verstopping (2)
Keerkastpijp met
afzetting op de wand
Loslatende afzetting zorgt
voor verstopping
Neveneffecten verstopping (2)
Scheurvorming
pijp/pijpplaatverbinding
vlampijpen ingang 2e trek a.g.v.
onvoldoende afkoeling
verbrandingsgassen
Praktijkvoorbeeld verstopping (2)
 Oorzaak: afzetting in de ketel a.g.v. slecht
functionerende onthardingsinstallatie.
 Kosten voor onderzoek, reiniging en
herstelwerkzaamheden: € 15.000,--.
Silicaten (kiezelzuur)
 De oplosbaarheid is groot en neemt toe met een stijgende
temperatuur en pH-waarde.
 De neerslag is hard, sterk isolerend en moeilijk verwijderbaar.
 Silicaat(verbindingen) worden bij hogere drukken enigszins
vluchtig en worden vanuit de ketel met de stoom meegevoerd
(risico vervuiling turbine).
Foto: silicaatafzetting turbineschoepen
Natriumzouten
 Natriumverbindingen zijn met name bij hoge keteldrukken (>40
barg) enigszins vluchtig.
 Natriumverbindingen kunnen in dat geval vervuiling van het
stoomzijdige equipment geven, met name de stoomturbine.
Foto: natriumafzetting op
turbineschoepen
Corrosie
 Corrosie is een ongewenste (elektro)chemische aantasting van
een materiaal, waardoor de eigenschappen nadelig worden
beïnvloed.
 Er wordt onderscheidt gemaakt tussen enerzijds chemischeofwel droge corrosie en anderzijds elektrochemische- ofwel natte
corrosie.
 Elektrochemische corrosie (natte corrosie) komt in de praktijk
het meeste voor, zo ook bij stoominstallaties. We beperken
ons hier tot de meest voorkomende vormen van corrosie die
kunnen optreden in stoom/condensaatsystemen.
Corrosieverschijnselen
De belangrijkste degradatiemechanismen die met name in stoomen condensaatsystemen kunnen optreden zijn:
 Zuurstofcorrosie.
 Koolzuurcorrosie.
 Loogcorrosie.
 Zuurcorrosie.
 Chelaatcorrosie.
 Erosie-corrosie.
 Scheurvormende corrosie (spanningscorrosie).
 Cavitatie (geen corrosie / mechanische aantasting).
IJzerverbindingen
Indien in ketelwater geen zuurstof aanwezig is, maar het wel
voldoende alkaliteit bezit (-basisch is), reageert ijzer bij t >120 °C
met water, onder de vorming van magnetiet, volgens:
3Fe2+ + 6OH- → 3Fe(OH)2
3Fe(OH)2 → Fe2O3.FeO.xH2O + H2 + H2O (>120 °C)
Fe2O3.FeO.xH2O → Fe3O4 + xH2O
Dit zwarte ijzeroxide vormt een harde beschermende huid op het
metaaloppervlak.
Als in een later stadium regelmatig zuurstof wordt aangevoerd,
wordt het magnetiet afgebroken en omgezet in het niet
beschermende hematiet (= roest), volgens:
4Fe3O4 + xH2O + O2 → 6Fe2O3.xH2O
Zuurstofcorrosie
Ontstaat o.a. door aanwezigheid van zuurstof
(O2) in het voedingwater a.g.v. onvoldoende
ontgassing.
Veroorzaakt putvormige aantasting van het
koolstofstaal.
Treedt met name op in het voedingwatersysteem + de economiser, volgens:
2Fe + H2O + O2 → Fe2O3 + 2H↑
Treedt in mindere mate op in de ketel.
Kan in de ketel optreden tijdens
bedrijfsstilstand, indien geen aandacht wordt
geschonken aan doelmatige conservering!!
Treedt ook op in het condensaatnet.
Foto: zuurstofcorrosie op vlampijp
Koolzuurcorrosie
Ontstaat door de aanwezigheid van waterstofcarbonaat (HCO3) in suppletiewater.
Waterstofcarbonaatsplitsing in de ontgasser
(10%) en in de ketel, volgens:
2NaHCO3 → Na2CO3 + CO2↑ + H2O
Sodasplitsing in de ketel (afhankelijk keteldruk
voor 60 – 90%), volgens:
Na2CO3 + H2O → 2NaOH + CO2↑
In condensaatnet lost CO2 op in het
condensaat, volgens:
CO2 + H2O ↔ H2CO3 ↔ HCO3- + H+
Veroorzaakt daar egale aantasting van het
koolstofstaal, volgens:
2H+ + 2HCO3- + Fe2+ → Fe(HCO3)2 + H2
Foto: koolzuurcorrosie in condensaatleiding
Loogcorrosie
Ontstaat door aanwezigheid van verhoogde
concentraties hydroxiden (OH-) = loog in het
ketelwater. Deze lossen de beschermende
oxidehuid (magnetiet) op.
Veroorzaakt afzonderlijke halfronde- of
elipsvormige verdiepingen in het koolstofstaal,
vaak gevuld met corrosieproducten. Het
aangetaste metaaloppervlak heeft over het
algemeen een glad golvend uiterlijk.
Mogelijk oorzaken verhoogde loogconcentratie:
- overdosering loog i.v.m. alkaliteitsverhoging
- alkaliteit-afsplitsende zouten
- plaatselijk sterke indikking ketelwater a.g.v.
filmverdamping
Foto: loogcorrosie in een verdamperpijp
Zuurcorrosie
Ontstaat door aanwezigheid van verhoogde
concentraties zuur in het water. Deze lossen de
beschermende oxidehuid (magnetiet) op.
Veroorzaakt landkaartvormige aantasting, vaal
bedekt met geel/bruine corrosieproducten.
Mogelijk oorzaken zuurinbraak:
- zuuraantasting ketel door ongecontroleerde
chemische reiniging
- zuurintrede met de suppletie (regeneratiezuur van
demi of decarbonatatie)
- zuurintrede retourcondensaat (lekkage)
Foto: zuurcorrosie vlampijpen
Voorkomen is beter dan genezen!
Einde presentatie
Bedankt voor uw aandacht.