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Technische Regeln für Dampfkessel
- Betrieb -
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TRD 611 - Speisewasser und Kesselwasser von Dampferzeugern der Gruppe IV *

Ausgabe Dezember 1996
(BArbBl. 12/1996 S. 84; 8/2001 S. 108aufgehoben)

1 Geltungsbereich

1.1 Diese technische Regel gilt für die Beschaffenheit des Speisewassers und Kesselwassers von Dampferzeugern der Gruppe IV.

Diese technische Regel bezieht sich auf die der DampfkV unterliegenden Teile der Dampfkesselanlage, indem sie Festlegungen für den Bereich zwischen Wassereintritt und Dampfaustritt am Dampferzeuger trifft. ¹

1.2 Diese technische Regel gilt nicht für Schnelldampferzeuger, Lokomotivkessel, elektrisch beheizte Kessel und Dampferzeuger aus Nichteisenmetallen sowie aus austenitischem Stahl im Wasserbereich.

2 Begriffsbestimmungen

2.1 Durchlauf-Dampferzeuger ohne oder mit Abscheidebehälter sind Wasserrohr- Dampferzeuger, bei denen der Durchlauf des Wassers von der Speisepumpe bewirkt und das Wasser bei einmaligem Durchlauf ganz oder größtenteils verdampft wird (TRD 401, Abschnitt 2.1).

2.2 Umlauf-Dampferzeuger sind Wasserrohr-Dampferzeuger, in denen das zu verdampfende Wasser aufgrund des Dichteunterschieds zwischen Wasser und Wasser-Dampfgemisch (Naturumlauf) oder durch Pumpen (Zwangumlauf) umgewälzt wird.

2.3 Großwasserraum-Dampferzeuger sind Flammrohr-, Rauchrohr oder Flammrohr-Rauchrohr-Dampferzeuger, bei denen flammen- oder rauchgasführende Rohre durch einen ganz oder teilweise mit dem zu verdampfenden Wasser gefüllten Raum geführt sind.

2.4 Salzfreies Speisewasser ist Wasser mit einem Elekrolytgehalt entsprechend einer Leitfähigkeit < 0,2 µS/cm, gemessen hinter starksaurem Probenahme-Kationenaustauscher ² und einer Kieselsäurekonzentration < 0,02 mg/l.

2.5 Salzarmes Speisewasser ist Wasser mit einem Elektrolytgehalt entsprechend einer Leitfähigkeit < 50 µS/cm, gemessen ohne starksauren Probenahme-Kationenaustauscher.

2.6 Salzhaltiges Speisewasser ist Wasser mit einem Elektrolytgehalt entsprechend einer Leitfähigkeit> 50 µS/cm, gemessen ohne starksauren Probenahme-Kationenaustauscher.

2.7 Konditionierung im Sinne dieser Regel ist die Verbesserung bestimmter Qualitätsmerkmale des Speisewassers und Kesselwassers durch Anwendung von Konditionierungsmitteln ³, nach deren Art zwischen drei Fahrweisen unterschieden wird.

2.7.1 Konditionierung mit Alkalisierungsmitteln (alkalische Fahrweise) ist der Betrieb mit Speisewasser und Kesselwasser, deren pH-Wert durch Alkalisierungsmittel angehoben ist.

2.7.2 Konditionierung mit Oxidationsmitteln (neutrale Fahrweise) ist der Betrieb mit neutralem salzfreiem Speisewasser, dem als Oxidationsmittel Sauerstoff oder Wasserstoffperoxid zugegeben wird.

2.7.3 Konditionierung mit Alkalisierungs- und Oxidationsmitteln (kombinierte Fahrweise) ist der Betrieb mit salzfreiem Speisewasser, dessen pH-Wert mit Ammoniak angehoben und dem zusätzlich Sauerstoff zudosiert wird.

3 Anforderungen an Speisewasser und Kesselwasser

Speisewasser und Kesselwasser müssen bestimmte Anforderungen erfüllen, um Dampferzeuger schadensfrei und sicher betreiben zu können. Diese Anforderungen werden in der Regel von folgenden Einflußfaktoren bestimmt:

• Bauart
• Betriebsüberdruck
• Betriebsbedingungen

des Dampferzeugers.

Unter Berücksichtigung dieser Faktoren sind in den Tafeln 1 bis 5 die Anforderungen an das Speisewasser und Kesselwasser festgelegt. Dabei wird unterschieden, ob für die Speisung des Dampferzeugers salzfreies, salzarmes oder salzhaltiges Speisewasser verwendet wird.

Salzfreies Speisewasser ist erforderlich für den Betrieb von Durchlaufkesseln und von Einspritzkühlern zur Dampftemperaturregelung (Tafel 1). Abweichungen sind zulässig bei Durchlaufkesseln für die Erzeugung und Verwendung von Dampf mit hohem Wasseranteil, der Salzanreicherung oder -abscheidung weitgehend ausschließt, wie z.B. bei Dampfflutanlagen. Für Umlaufkessel mit> 68 bar zulässigem Betriebsüberdruck sollte die Anwendung salzfreien Speisewassers ebenfalls die Regel sein (Tafeln 2 und 3).

Salzarmes oder salzhaltiges Speisewasser kann bei Großwasserraumkesseln sowie bei Umlaufkesseln bis 87 bar zulässigem Betriebsüberdruck verwendet werden (Tafeln 4 und 5).

In allen Fallen gilt, daß Speisewasser und Kesselwasser klar, farblos und frei von suspendierten Stoffen sein sollen. Zur Verhinderung von Korrosion ist eine Konditionierung des Speisewassers und Kesselwassers notwendig. Sie kann bei Durchlauf-, Umlauf- und Großwasserraumkesseln mit Alkalisierungsmitteln (alkalische Fahrweise), bei Durchlaufkesseln alternativ auch mit Oxidationsmitteln (neutrale Fahrweise) oder mit Ammoniak und Sauerstoff (kombinierte Fahrweise) erfolgen.

Die Anforderungen an Speisewasser und Kesselwasser gelten für den Dauerbetrieb mit den in den Tafeln 1, 2 und 4 angegebenen Grenzwerten für kurzzeitig zulässige Abweichungen bei Anfahrvorgängen.

4 Anforderungen an das Speisewasser für Einspritzkühler zur Dampftemperaturregelung

Das Einspritzwasser zur Dampftemperaturregelung soll die gleichen Reinheitsanforderungen wie das Speisewasser für Durchlaulkessel (Tafel 1) erfüllen. Wo Einspritzwasser dieser Qualität nicht verfügbar ist - beispielsweise in Anlagen, die nicht mit salzfreiem Zusatzspeisewasser betrieben werden -, muß Dampfkondensat verwendet werden. Unter diesen Voraussetzungen nicht vermeidbare Salzablagerungen im Überhitzer sind durch Spülen zu entfernen.

5 Überwachung der Wasserqualität

Die Einhaltung der in dieser technischen Regel gestellten Anforderungen ist nach innerbetrieblicher Anweisung zu überwachen. Dies geschieht entweder, kontinuierlich und registrierend oder diskontinuierlich (5. Spalte "Überwachung" in den Tafeln 1 bis 5). Diskontinuierliche Messungen sind in regelmäßigen Zeitabständen gemäß Betriebsanweisung durchzuführen. Die Ergebnisse sind schriftlich festzuhalten.

6 Wasserkonditionierungsmittel mit organischen Bestandteilen ⁰¹

Beim Einsatz von Wasserkonditionierungsmitteln mit organischen Bestandteilen ist sicherzustellen, dass ein Datenblatt gemäß TRD 611 Anhang 1 vorliegt. Die Forderung gilt auch für bestehende Anlagen.

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Bei Änderung der Zusammensetzung des Produktes verliert das Datenblatt seine Gültigkeit.

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1 Allgemeines

Der in Dampfkesselanlagen überwiegend verwendete Werkstoff ist Stahl. Er wird von Wasser und Dampf angegriffen. Unter geeigneten Bedingungen führt der Angriff jedoch zu einer mit dem Stahluntergrund verwachsenen Schutzschicht, die den weiteren Zutritt des Wassers oder Dampfes zur Stahloberfläche behindert und damit eine Selbsthemmung des Korrosionsvorganges bewirkt. Magnetit- bzw. Hämatitschutzschichten sowie vergleichbare Schutzschichten auf anderen metallischen Werkstoffen sind unerläßlich zur Vermeidung von Korrosion. Korrosionsprodukte verschlechtern die Beschaffenheit von Speise- bzw. Kesselwasser, weil sie Ablagerungen bilden.

Ablagerungen können als Folge der Kristallisation gelöster Stoffe aus übersättigter Lösung oder durch Abscheidung suspendierter Stoffe entstehen.

Unter Ablagerungen bestimmter Morphologie können im Wasser gelöste Elektrolyte in Abhängigkeit von der thermischen Belastung so weit aufkonzentriert werden, daß eine korrosive Schädigung des Rohrwerkstoffes erfolgt.

Suspendierte Feststoffe sowie emulgierte oder gelöste organische Substanzen fördern, vor allem im alkalischen Bereich, die Schaumneigung von Kesselwasser und tragen zur Verunreinigung des Sattdampfes bei, die ihrerseits Ablagerungen bzw. Versalzungen in Überhitzen nach sich zieht.

Organische Substanzen stellen Stoffgemische dar, die bezüglich ihrer Zusammensetzung und ihres Verhaltens unter den Betriebsbedingungen eines Dampfkessels nicht überschaubar sind. Sofern sie im Kessel zu sauren Zersetzungsprodukten aufgespalten werden, ist bei ungenügender Alkalisierung des Kesselwassers Korrosion im Dampferzeuger zu erwarten. Öl kann allein oder gemeinsam mit suspendierten Stoffen - z.B. Korrosionsprodukten, ungelösten Erdalkaliverbindungen - Abscheidungen bilden, die Schäden am Dampferzeuger begünstigen.

Mit dem Dampf sind gasförmige Stoffe flüchtig. Außerdem sind im Wasser gelöste Stoffe zu einem gewissen Betrag in Dampf löslich. Die Löslichkeit ist druck- und temperaturabhängig. Im Sattdampf gelöste Stoffe können ebenfalls in Abhängigkeit von Druck und Temperatur im Überhitzter ausgeschieden werden und Ablagerungen bilden sowie in Gegenwart von Feuchtigkeit Korrosion verursachen.

Bei Umlauf- und Großwasserraumkesseln verbleiben, vom dampflöslichen Anteil abgesehen, alle mit dem Speisewasser eingebrachten Stoffe im Kessel und reichern sich dort an. Zwischen Speisewasser- und Kesselwasserqualität besteht demnach eine direkte Beziehung. Die Stoffanreicherung im Kesselwasser (Eindickung) führt insbesondere beim Betrieb mit salzhaltigem Speisewasser zu hohen Konzentrationen, die jedoch über die Absalzung beeinflußbar sind. Die Inhaltsstoffe des Kesselwassers haben - unter gleichzeitiger Betrachtung des Überhitzers - Einfluß auf Korrosionsvorgänge und auf die Bildung von Ablagerungen. Da die Löslichkeit bestimmter Salze (Sulfate, Phosphate) mit steigender Temperatur abnimmt und damit Ausscheidungen aus übersättigter Lösung begünstigt werden, muß die Anreicherung von Salzen im Kesselwasser druckstufenabhängig in Grenzen gehalten werden.

Für die Entfernung gelösten Sauerstoffes ist die thermische Druckentgasung des Speisewassers die Regel.

2 Behandlung von Speise- und Kesselwasser

Zur Verbesserung der Speise- und Kesselwasserqualität ist eine chemische Konditionierung erforderlich. Hierbei müssen Bedingungen eingehalten werden, unter denen Korrosion bereits in denjenigen Systemen weitgehend unterbunden wird, die dem Dampferzeuger vorgeschaltet sind. Die Konditionierung muß unter Beachtung der nachfolgenden Hinweise demnach so erfolgen, z.B. durch Chemikaliendosierung vor Niederdruckvorwärmern, daß der Gehalt an Korrosionsprodukten im Speisewasser vor Kesseleintritt so gering wie möglich ist.

Bei allen in Frage kommenden Fahrweisen ist die Einhaltung des in den Tafeln angegebenen pH-Bereiches im Speise- bzw. Kesselwasser notwendig. Die obere Begrenzung des pH-Wertes kann zusätzlich durch Anlagenteile bestimmt werden, die außerhalb des Gültigkeitsbereiches der TRD 611 liegen und die aus anderen metallischen Werkstoffen als Stahl, z.B. aus Kupfer- oder Aluminiumwerkstoffen gefertigt sind.

2.1 Konditionierung mit Alkalisierungsmitteln (alkalische Fahrweise)

2.1.1 Betrieb mit salzfreiem Speisewasser

Der pH-Wert im Speisewasser soll > 9 sein. Er darf bei DurchlaufkesseIn nur mit flüchtigen Alkalisierungsmitteln, z.B. mit Ammoniak, eingestellt werden, die gleichzeitig eine Alkalisierung des Kondensates bewirken.

Im Speisewasser von Umlaufkesseln ist ebenfalls ein pH-Wert > 9 einzustellen; der pH-Wert des Kesselwassers soll druckstufenabhängig bei 10,0 ± 0,2 bzw. 9,5 ± 0,2 liegen. Diese Bedingung ist durch Einstellung des pH-Wertes > 9 mit flüchtigen Alkalisierungsmitteln im Speisewasser jedoch nicht erreichbar, sondern sie kann nur durch zusätzliche Dosierung fester Alkalisierungsmittel - z.B. Natriumhydroxid, Trinatriumphosphat - in das Speisewasser hinter der Abnahme des Einspritzwassers für Dampfkühler oder in das Kesselwasser erfüllt werden. Die kombinierte Anwendung flüchtiger und fester Alkalisierungsmittel ist das empfohlene Konditionierungsverfahren für Speise- und Kesselwasser von Umlauf- und Großwasserraumkesseln. Wegen unvermeidbarer Anreicherungsvorgänge bei Großwasserraumkesseln kann bei Dosierung von Natrium- bzw. Kaliumhydroxid infolge hoher lokaler Laugekonzentration Spannungsrißkorrosion auftreten. Deshalb wird als festes Alkalisierungsmittel für Großwasserraumkessel Trinatriumphosphat empfohlen. Die pH-Wert-Grenzen können allein durch entsprechende Dosierung gehalten werden, ohne daß die Absalzrate beeinflußt wird.

Die Anwendung fester Alkalisierungsmittel erlaubt erhöhte Leitfähigkeit des Kesselwassers. Bei Einhaltung extrem niedriger Kesselwasser-Leitfähigkeiten ist die Konditionierung ausschließlich mit flüchtigen Alkalisierungsmitteln möglich, obwohl die angegebenen pH-Werte im Kesselwasser dann nicht erreicht werden.

2.1.2 Betrieb mit salzhaltigem Speisewasser

Der für das Speisewasser erforderliche pH-Wert > 9 muß - wenn er nicht bereits vom Zusatzwasser her vorgegeben ist - durch Dosierung von Alkalisierungsmitteln eingestellt werden. Im allgemeinen sind hierzu feste Alkalisierungsmittel notwendig; sofern der Verwendungszweck des Dampfes es zuläßt, werden im Hinblick auf eine Alkalisierung im Kondensatbereich zusätzlich flüchtige Alkalisierungsmittel, z.B. Ammoniak, empfohlen.

Im Kesselwasser ist eine Mindestalkalität entsprechend einem pH-Wert 9,5 einzuhalten, die über die Speisewasser-Alkalität beeinflußbar ist. Andererseits darf zwecks Verhütung von Laugeanreicherung und Schutzschichtzerstörung sowie Unterdrückung des Kesselwasserschaumens ein maximaler pH-Wert nicht überschritten werden. Die zulässige Höchstgrenze ist um so niedriger anzusetzen, je höher der Betriebsüberdruck ist. Bewirkt das durch Zersetzung von Hydrogencarbonaten aus enthärtetem oder teilentsalztem Zusatzwasser entstehende Natriumhydroxid eine unzulässig hohe Kesselwasseralkalität, so ist die Einhaltung bzw. das Unterschreiten der oberen pH-Wert-Begrenzung durch Absalzen von Kesselwasser sicherzustellen.

Durch lokal unvermeidbare Anreicherungsvorgänge in Großwasserraum-Dampferzeugern kann bei Verwendung salzarmen Speisewassers durch eine zu hohe Konzentration an Natriumhydroxid im Kesselwasser, bevorzugt im Einwalzbereich von Rauchrohren, alkaliinduzierte Spannungsrißkorrosion auftreten. Um dieser Gefahr entgegenzuwirken, ist die genannte Mindestkonzentration an Phosphat im Kesselwasser einzuhalten und der zulässige pH-Bereich eingeschränkt.

2.2 Konditionierung mit Oxidationsmitteln (neutrale Fahrweise)

Die Konditionierung mit Sauerstoff oder Wasserstoffperoxid ist bei Durchlaufkesseln in Verbindung mit dem für diese Kesselbauart erforderlichen salzfreien Speisewasser anwendbar. Die Dosierung von Oxidationsmitteln ermöglicht unter diesen Voraussetzungen den Verzicht auf eine Alkalisierung des Speisewassers.

Der pH-Wert des Speisewassers soll > 6,5 sein. Diese Bedingung ist erfüllt, wenn die Leitfähigkeit des Speisewassers vor und hinter Probenahme-Kationenaustauscher gleich ist und derjenigen von salzfreiem Speisewasser entspricht. Die Dosierung des Oxidationsmittels muß so erfolgen, daß bei Sauerstoffkonzentrationen zwischen 0,050 und 0,25 mg/l die Korrosionsproduktkonzentration im Speisewasser vor Kesseleintritt das Minimum erreicht.

2.3 Konditionierung mit Alkalisierungs- und Oxidationsmitteln (kombinierte Fahrweise)

Die kombinierte Dosierung von Ammoniak und Sauerstoff als Konditionierungsmittel ist bei Durchlaufkesseln in Verbindung mit dem für diese Kesselbauart erforderlichen salzfreien Speisewasser anwendbar. Bei gleichwertigem Korrosionsschutz für Stahl wie bei alternativen Fahrweisen bietet die kombinierte Konditionierung verbesserten Korrosionsschutz für Kupferwerkstoffe in Anlagenteilen außerhalb des Dampferzeugers.

Die Einstellung des pH-Wertes zwischen 8,0 und 9,0 im Speisewasser mit Ammoniak gewährleistet noch keinen hinreichenden Korrosionsschutz für Stahl. Deshalb wird die Sauerstoffkonzentration zwischen 0,03 und 0,15 mg/l so bemessen, daß die Korrosionsproduktkonzentration im Speisewasser vor Kesseleintritt das Minimum erreicht.

ENDE