VINÇOTTE IT’S ABOUT YOU. AND YOUR WORLD. ENERGIK 5 mei 2015 Safety, Quality & Environmental services

Waterbehandeling van stoomgeneratoren. Wat is water ? Noodzaak van waterbehandeling. Waterbehandeling. Normen en opvolging. Many need it, a few see it…. Frans Slaets 6BW

Wat is water ? Wikipedia : Het watermolecuul is een dipool: omdat de waterstofatomen niet symmetrisch liggen ten opzichte van het zuurstofatoom is één kant van het watermolecuul elektrisch geladen ten opzichte van de andere kant. In overeenkomst met de octetregel heeft het zuurstofatoom in water zijn elektronen als volgt verdeeld: twee keer twee elektronen voor de binding met de twee waterstofatomen, en twee keer een vrij elektronenpaar. Door de polariteit van het watermolecuul, trekken deze moleculen elkaar dus sterk aan, wat het ten opzichte van andere stoffen lage smeltpunt, hoge kookpunt en de hoge smeltwarmte en verdampingswarmte verklaart. De polariteit van water verklaart ook waarom zouten (ionen) en polaire stoffen (zoals suiker) zo goed in water oplossen. Watermoleculen kunnen opsplitsen in (zure) H+-ionen en (basische) OH--ionen. Deze reactie wordt autoprotolyse genoemd. In zuiver water bij een temperatuur van 298 K zijn de activiteiten van beide ionen 10-7 molair. De zuurgraad van het water is dan pH=7. Frans Slaets 6BW

Wat is water ? H2O Dissociatie – pH Water splitst zich gedeeltelijk in H+ en OH- ionen Uitgedrukt in mol per liter is [H+] x [OH-] = 10-14 pH = - log [H+] Bij neutrale pH is [H+] = [OH-] = 10-7 Bij neutrale pH is - log [H+] = 7 Zuur : pH lager dan 7 Basisch : pH hoger dan 7 Frans Slaets 6BW

Wat is water ? Een zout dat opgelost wordt in water dissocieert in ionen. Kationen Vb. : Monovalent : Na+ (natrium) K+ (kalium) NH4+ (ammonium) … Bivalent : Mg++ (magnésium) Ca++ (calcium) … Anionen Vb. : Monovalant : Cl- (chloride) NO3- (nitraat) HCO3- (bicarbonaat) .. Bivalent : SO4-- (sulfaat) … Frans Slaets 6BW

Wat is water ? Electrische geleidbaarheid De electrische geleidbaarheid van water is een maat voor de ionenactiviteit in water of voor de aanwezigheid van gedissocieerde stoffen in een waterige oplossing De geleidbaarheid is afhankelijk van : De aard van de ionen De concentratie van de ionen De lading van de ionen De temperatuur van het water De viscositeit van het water (minder belangrijk voor onze toepassingen) Oplossingen van sterke zuren, basen en zouten zijn goede geleiders (electrolyten). Frans Slaets 6BW

Wat is water ? Kationgeleidbaarheid: De term kationgeleidbaarheid wordt gebruikt om de geleidbaarheid aan te geven van een waterstaal nadat dit water doorheen een ionenwisselaar gestuurd is waarin zich een sterke kationenwisselaar bevindt. In deze kolom worden al de kationen tegengehouden. Ammoniak wordt volledig tegengehouden NH4OH ->HOH Een zout wordt omgezet naar zijn zuur NaCl -> HCl Frans Slaets 6BW

Wat is water ? Zuiver water Zuiver water met ammoniak Rechtstreekse geleidbaarheid = kationgeleidbaarheid, met minimum in funktie van de temperatuur rond 0.04 µS/cm Zuiver water met ammoniak Rechtstreekse geleidbaarheid is een maat voor de ammoniakconcentratie Kationgeleidbaarheid is een maat voor de zuiverheid Zuiver condensaat, met ammoniak, maar ook lichtjes vervuild met minerale zouten Rechtstreekse geleidbaarheid is een maat voor het totale zoutgehalte zonder onderscheid tussen conditionering of vervuiling Kationgeleidbaarheid is een maat voor de vervuiling Frans Slaets 6BW

Wat is water ? Dipoolmoment Frans Slaets 6BW

Wat is water ? Hoge verdampingsenergie 1 kg water 1°C opwarmen vraagt 1 kcal 1 kg water van 0°C opwarmen naar 100 °C vraagt 100 kcal 1 kg water van 100 °C omzetten naar stoom bij 100 °C vraagt ongeveer 538 kcal !!! Frans Slaets 6BW

Noodzaak van waterbehandeling Oorzaken van averijen: 1. In oplossing gaan van materiaal. 2. Afzettingen. 3. Zuurstofcorrosie. 4. Stoomzuiverheid. Many need it, a few see it…. Frans Slaets 6BW

Noodzaak van waterbehandeling 1. In oplossing gaan van materiaal. 1. Zure corrosie (algemene corrosie). Oorzaken. Zure produkten uit de produktie, vooral bij stilstand en wegvallen van de stoomdruk. CO2 wegens ontbinden van bicarbonaten (aantasting condensleidingen). Aanzuren van ketelwater wegens afbraakvan organische stoffen. Problemen. Materiaalverlies (tot en met lekken) en stilstanden. Terugvoer van corrosieprodukten naar de ketel. Frans Slaets 6BW

Noodzaak van waterbehandeling Frans Slaets 6BW

Noodzaak van waterbehandeling 1. In oplossing gaan van materiaal. 1. Zure corrosie (algemene corrosie). 3. Remedies. Dichtheid en materiaalkeuze, monitoring van condensaten. Decarbonatatie met atmosferische ontgassing en neutralisatie. Demineralisatie / omgekeerde osmose. Conditionering. In de ketel : vaste alkaliseringsmiddelen. In de stoom : neutraliserende amines, filmvormende amines (niet overal toepasbaar, voeding, melkerijen). Frans Slaets 6BW

Noodzaak van waterbehandeling 1. In oplossing gaan van materiaal. 2. Alkalische corrosie (loogbrosheid). 1. Oorzaken. Hoge pH. Restspanningen in het materiaal. Underdeposit corrosie. Conditionering. 2. Problemen Barsten en scheuren zonder dikteverlies. Frans Slaets 6BW

Noodzaak van waterbehandeling 1. In oplossing gaan van materiaal. 2. Alkalische corrosie (loogbrosheid). 3. Remedies. Beperken van de pH. Beperken van de indikking (spuien). Decarbonatatie. Keuze alkaliseringsmiddel (Na3PO4 in plaats van NaOH). Beperken van afzettingen. Beperken van restspanningen : constructie. Nagloeien na bewerkingen (koud - bewerking of lassen). Vroeger vooral ter hoogte van klinknagels. Frans Slaets 6BW

Noodzaak van waterbehandeling 2. Afzettingen. 1. Oorzaken : oplosbaarheid van zouten en andere produkten. Oplosbaarheid bij temperatuursverhoging. Verschil tussen keukenzout en hardheid. Tijdelijke en blijvende hardheid. Concentratie van zouten (indikking). Speciale gevallen (oplosbaarheid silicium in functie van temperatuur en alkaliteit). Corrosieprodukten van buiten de ketel. Frans Slaets 6BW

Noodzaak van waterbehandeling 2. Afzettingen. 2. Problemen. Rendementsverlies. De thermische geleidbaarheid van gewone ketelsteen (kalk) ligt ongeveer 20 maal lager dan die van staal. Corrosie onder neerslag. Vorming van een concentratiecel waardoor er corrosie onder neerslag optreed. Frans Slaets 6BW

Noodzaak van waterbehandeling 2. Afzettingen. 3. Problemen. 3. Oververhitting. 1 mm ketelsteen komt overeen met ongeveer 2 cm staal. 1 mm silicaten komt overeen met ongeveer 30 à 40 cm staal. De ketelpijp wordt minder goed afgekoeld met in uiterste gevallen stijging van de temperatuur tot boven het vloeipunt (randen zijn verdund en niet wegens corrosie). Frans Slaets 6BW

Noodzaak van waterbehandeling 2. Afzettingen. 3. Remedies. Zo weinig mogelijk zouten inbrengen. Geen zouten inbrengen die kunnen precipiteren. Voldoende alkaliteit om silicaten in oplossing te houden. Conditionering om afzettingen te vermijden. Concentraties beperken door voldoende te spuien. Frans Slaets 6BW

Noodzaak van waterbehandeling 3. Zuurstofcorrosie. 1. Oorzaken. Luchtintrede in de voedingstank, leidingen, eventueel in economiser bij slecht ontgast water. In de ketel, nabij de intrede van het voedingswater in een vlampijpketel, of in de spiraal. Bij stilstand : op al de plaatsen waar metaal, vocht en zuurstof tesamen aanwezig zijn. 2. Problemen. Zuurstofcorrosie is een putvormige corrosie, welke op korte tijd tot perforaties kan leiden. Frans Slaets 6BW

Noodzaak van waterbehandeling 3. Zuurstofcorrosie. 3. Remedies. Zuurstof verwijderen. Thermisch ontgassen van het voedingswater. Oplosbaarheid van lucht in water daalt bij stijgende temperatuur. De partieeldruk van een gas in de gasfase boven een vloeistof is proportioneel met de concentratie van dit gas in de vloeistof. Chemisch ontgassen met zuurstofbinders. Frans Slaets 6BW

Noodzaak van waterbehandeling 3. Zuurstofcorrosie. 3. Remedies. 2. Metaal beschermen. Voedingstanks Vb beschermlaag. Ketels bij stilstand : droog of geconditioneerd. Condensaatleidingen eventueel met filmvormende amines. Frans Slaets 6BW

Noodzaak van waterbehandeling 4. Stoom(on)zuiverheid. 1. Oorzaken. Meesleuring van ketelwater. Schuimvorming. Vetten en olïen. Conditionering. Mechanische meesleuring (constructie). Slechte kwaliteit van tussenkoelingswater bij oververhitters. Oplosbaarheid van silicium in de stoom. Frans Slaets 6BW

Noodzaak van waterbehandeling 4. Stoom(on)zuiverheid. 2. Problemen. Vervuiling van oververhitter en turbineschoepen. Afzettingen op kranen en kleppen. Afzettingen van zouten in collectoren na eventuele stoomkoelers. Zuurstofcorrosie in condensleidingen bij slecht ontgast water. Frans Slaets 6BW

Noodzaak van waterbehandeling 4. Stoom(on)zuiverheid. 3. Remedies. Gebruik van thermisch ontgast water zonder zouten Beperken van de zoutconcentraties in de stoomketel door spuien. Vermijden van schuimvorming (aanpassen conditionering en vermijden intredes). Constructie. Mechanische stoomafscheiders. Stoomdebiet t.o.v. wateroppervlak. Stoomdebiet t.o.v. stoomruimte. Frans Slaets 6BW

Waterbehandeling VOORBEREIDING CONDITIONEREN ZUIVEREN CONTROLE Waarom : corrosie tegengaan afzettingen tegengaan in oplossing gaan van metalen zuiverheid stoom verzekeren Frans Slaets 6BW

Waterbehandeling 1. Omgekeerde osmose 2. Electrodialyse 3. Demineralisatie – ontharding 4. Thermische ontgassing Frans Slaets 6BW

Waterbehandeling 1. Omgekeerde osmose. Osmotische druk Prestatie. Druk (kwaliteit membraan en prijs pompen). Temperatuur. Percentage permeaat. Concentratie aan de ingang. Frans Slaets 6BW

Waterbehandeling 2. Electrodialyse Frans Slaets 6BW

Waterbehandeling 3. Demineralisatie - ontharding Frans Slaets 6BW

Waterbehandeling KATIONHARS STERK KATION ZWAK KATION ANIONHARS Alle kationen gebonden aan zwakke zuurrest HCO3- Alle kationen Ca, Mg, Na ANIONHARS ZWAK ANION STERK ANION Zouten van sterke zuren Cl-, SO4-- Alle zuren ook CO2 en SiO2 Frans Slaets 6BW

Waterbehandeling Frans Slaets 6BW

Waterbehandeling Frans Slaets 6BW

Waterbehandeling 4. Thermische ontgassing Oplosbaarheid van zuurstof in funktie van temperatuur Concentratie van een gas in een vloeistof is proportioneel met de partieeldruk van dat gas in de gasfase in contact met deze vloeistof Frans Slaets 6BW

Waterbehandeling Frans Slaets 6BW

Waterbehandeling Frans Slaets 6BW

Conditionering Indien de samenstelling van water niet ideaal is voor de gebruikte toepassing, dan kunnen wij stoffen toevoegen om de samenstelling van het water aan te passen aan onze noden. Frans Slaets 6BW

Waterbehandeling Frans Slaets 6BW

Normen en opvolging K.B. van 18/10/1991, art. 10.2.2. NBN Normen. Klassering van stoomgeneratoren. NBN Normen. NBN I01-002 uitrusting van stoomgeneratoren. NBN I01-003 waterkwaliteit voor waterpijpketels. NBN I01-004 waterkwaliteit voor spiraalketels. NBN I01-005 waterkwaliteit voor vlampijpketels. Frans Slaets 6BW

Normen en opvolging 3. EN normen. 4. TRD normen. NBN EN 12952-12 waterkwaliteit waterpijpketels. NBN EN 12953-10 waterkwaliteit vlampijpketels. 4. TRD normen. Indeling in groepen. TRD 601 algemene bepalingen voor stoomketels van groep IV. TRD 604 bijkomende uitrusting onbewaakt bedrijf 24h 72 h. TRD 611 Richtwaarden voor voedings- en ketelwater voor stoomgeneratoren van groep IV. Frans Slaets 6BW 41

Normen en opvolging K.B. van 18/10/1991, art.10.2.2. Klassering van stoomgeneratoren in groep 1,2 of 3. Voorwaarden voor klassering. Technische punten art.10.2.2. Waterbehandeling aanwezig. Aard van deze waterbehandeling goedgekeurd door erkend organisme belast met de periodieke keuringen. Aard en frequentie van de uitgevoerde metingen goedgekeurd door erkend organisme. Minstens 1maal per jaar voert het erkend organisme zelf de nodige metingen uit. Frans Slaets 6BW 42

Normen en opvolging NBN normen. NBN I01-002. Uitrusting van stoomgeneratoren. Verplichting van een waterbehandeling,waarbij verwezen wordt naar de normen NBN I01- 003, 004 en 005. 3. Geen automatische metingen vermeld, wel frequentie van metingen Frans Slaets 6BW 43

Normen en opvolging NBN normen. 2. NBN I01-003 waterpijpketels in dienst. Berperkt tot ketels met maximumdruk van 80 bar. Boven 80 bar in samenspraak met het erkende organisme. Limieten. Voedingswaterkwaliteit. Ketelwaterkwaliteit. Niet-gedemineraliseerd water met vaste conditionering. Gedemineraliseerd water met vluchtige conditionering. Kwaliteit van tussenkoelingswater. Stoomkwaliteit voor turbines. Frequentie van de metingen. Frans Slaets 6BW 44

Normen en opvolging Frans Slaets 6BW 45

Normen en opvolging NBN normen. 3. NBN I01-004 spiraalketels in dienst. Berperkt tot ketels met maximumdruk van 40 bar. Boven 40 bar refereert men naar NBN I01-003. Limieten. Voedingswaterkwaliteit (= ketelwater). Frequentie van de metingen. Frans Slaets 6BW 46

Normen en opvolging Frans Slaets 6BW 47

Normen en opvolging Frans Slaets 6BW 48

Normen en opvolging NBN normen. 3. NBN I01-005 vlampijpketels in dienst. Berperkt tot ketels met maximumdruk van 35 bar en kringen met oververhit water. Limieten. Voedingswaterkwaliteit. Ketelwaterkwaliteit (demin water met vluchtige conditionering is eigenlijk niet besproken). Frequentie van de metingen. Frans Slaets 6BW 49

Normen en opvolging Frans Slaets 6BW 50

Normen en opvolging 2. EN normen. 1. NBN EN 12952-12 waterpijpketels in dienst. Limieten tot 100 bar voor ketelvoedingswater voor stoomgeneratoren en kringen met oververhit water. Limieten voor ketelwater. Met voedingswater > 30 µS/cm tot 60 bar. Met voedingswater < 30 µS/cm tot 100 bar. Met voedingswater na kationwisselaar < 0.2 µS/cm met Vluchtige conditionering. Vaste alkaliën < 100 bar en > 100bar. Voor kringen met oververhit water. Limieten voor voedingswater en tussenkoelingswater monotubulaire ketels. Figuren. Geleidbaarheid / druk in functie van soort voedingswater. Siliciumgehalte / druk. Zuurstofgehalte voeding monotubulaire ketels. Frans Slaets 6BW 51

Normen en opvolging Frans Slaets 6BW 52

Normen en opvolging Frans Slaets 6BW 53

Normen en opvolging 2. EN normen. 2. NBN EN 12953-10 vlampijpketels in dienst. Limieten tot 20 bar en boven 20 bar ketelvoedingswater voor stoomgeneratoren en kringen met oververhit water. Limieten voor ketelwater. Met voedingswater > 30 µS/cm tot <20 bar en >20 bar. Met voedingswater < 30 µS/cm van > 0.5 bar. Voor kringen met oververhit water. Figuren. Geleidbaarheid / druk. Siliciumgehalte / alcaliteit en druk. Frans Slaets 6BW 54

Normen en opvolging Frans Slaets 6BW 55

Normen en opvolging 3. TRD normen. Indeling in groepen. Groep I : < 10 liter. Groep II : > 10 liter en < 1 bar of warm water < 120°C. Groep III : tussen 10 en 50 liter en > 1 bar en P x V < 1000 barliter of warmwaterketel > 120 °C en P x V < 1000 barliter. Groep IV : niet in groep I, II of III ingedeelde stoomgeneratoren. TRD 601 algemene bepalingen voor stoomketels van groep IV. De controle van het voedingswater dient uitgevoerd conform met de TRD 611. Frans Slaets 6BW 56

Normen en opvolging TRD normen. TRD 604 bijkomende uitrusting. Onbewaakt bedrijf 24 uur. Bij risico van intrede van vet : automatische en continue detectie met audio-visueel alarm vanaf 3 mg/l en vergrendeling van de brander vanaf 5 mg/l. Bij risico op intrede van vreemde stoffen zoals zuren, basen, zeewater : automatische en continue bewaking van het voedingswater die de brander vergrendelt in functie van de waarden van TRD 611. Frans Slaets 6BW 57

Normen en opvolging TRD normen. TRD 604 bijkomende uitrusting. 2. Onbewaakt bedrijf 72 uur nog extra. Bij risico van intrede van vet : tweede automatische en continue detectie met audio-visueel alarm vanaf 3 mg/l en vergrendeling van de brander vanaf 5 mg/l. Automatische controle op voedingswater of deelstromen (condens …), met stopzetten en vergrendelen van de brander. Bij zouthoudend verzacht voedings water : meten van de residuele hardheid niet verplicht indien controle op capaciteit van de installatie en onderbreken van toevoer naar voedingsvat bij uitputting. Bij zoutvrij water : geleidbaarheid indien risico ook deelstromen (condens). Onafhankelijke bewaking van geleidbaarheid met aktie op warmtetoevoer. Frans Slaets 6BW 58

Normen en opvolging TRD normen. 4. TRD 611 richtwaarden. Zoutvrij voedingswater voor “Durchlaufkessel” (AVT, neutrale en O2 – NH3). Zoutvrij voedingswater voor waterpijp- en vlampijpketels. Ketelwater van waterpijp- en vlampijpketels bij zoutvrij voedingswater (< 68 bar , > 68 bar , met pH apart >136 bar). Zoutarm en zouthoudend voedingswater voor waterpijp- en vlampijpketels (hardheid <68 bar of >68 en >87 bar). Ketelwater van vlampijpketels bij zoutarm of zouthoudend voedingswater (< 22 bar en > 22 bar). Ketelwater van waterpijpketels bij zoutarm of zouthoudend voedingswater; geleidbaarheid en pH voor ketels van <22 bar , >22 en <44 bar , >44 en <68 bar evenals >68 en <87 bar (de laatste enkel met zoutarm water). Noot : zoutvrij : < 0.2 µS/cm na kation en < 20 µg/l SiO2. zoutarm : < 50 µS/cm direct. Frans Slaets 6BW 59

Normen en opvolging Normen: - Voor al de ketels : condities bij stilstand zijn niet beschreven in de normen of codes. - EN norm stelt heel duidelijk dat de limieten enkel gelden voor wat betreft bescherming tegen corrosie en niet voor economische uitbating. - In NBN worden frequenties opgegeven voor het uitvoeren van staalnamen en ontledingen, in de EN normen refereert men naar de instructies van de ketelbouwer, wel wordt aangeraden om voor de belangrijkste parameters continu meettoestellen te plaatsen Frans Slaets 6BW

Kation-geleid-baarheid Normen en opvolging Continu metingen : Staalpunt pH Geleid-baarheid Kation-geleid-baarheid Hardheid en/of volume Opgeloste zuurstof Vetten en oliën Ontharding X Osmose Deminwater Voedingswater Ketelwater Stoom Condensaat Frans Slaets 6BW

Normen en opvolging Periodieke metingen: Al wat niet gemeten wordt door de automaten : Fosfaat Silicium Koper Ijzer Zuurstof Frans Slaets 6BW

Contactpersonen Vinçotte. Frans Slaets : 0479 / 95 08 91 Frans Slaets 6BW

Bedankt voor uw aandacht.