Embed Size (px)
Citation preview
Avställning och konservering av pannanläggningar
MATERIAL OCH KEMITEKNIK 1005
Mats Hellman
Avställning och konservering av pannanläggningar
Boiler system lay-up
Mats Hellman
M06-612
VÄRMEFORSK Service AB 101 53 STOCKHOLM · Tel 08-677 25 80
April 2007 ISSN 1653-1248
VÄRMEFORSK
i
Förord
Projektet har finansierats av Värmeforsk, forskningsgruppen för material och kemiteknik. Ett stort tack till alla medarbetare på de anläggningar som har deltagit i undersökningen. Kontakterna har genomgående varit positiva och många har tackat för att de fått vara med i undersökningen. Värmeforsk har deltagit i projektets referensgrupp med: Roger Lundberg Mälarenergi AB Jüri Tavast Siemens Industrial Turbomachinery AB Lena Lilienberg Göteborg Energi AB Bengt Jönsson Öresundskraft AB Hans Wettergren Renova AB Anders Eklund ÅF-Process AB Anders Wik på Vattenfall Utveckling AB har ansvarat för kvalitetsgranskning av projektet och även varit ett värdefullt bollplank under projektets gång. Stockholm februari 2007 Mats Hellman Hellman Vatten AB
VÄRMEFORSK
ii
VÄRMEFORSK
iii
Abstract
Felaktiga rutiner vid avställning och konservering står för en stor andel av korrosions-skadorna på svenska energianläggningar. Varje anläggning är unik, med unika förutsättningar och krav. Väl fungerande konserveringsrutiner kan bara erhållas genom att upprätta rutiner individuellt för varje enskild anläggning. Övervakning av såväl torr- som våtkonserverade system är en väsentlig del av dessa rutiner.
VÄRMEFORSK
iv
VÄRMEFORSK
v
Sammanfattning
En stor andel av de korrosionsskador som drabbar vatten/ång-cykeln i svenska energianläggningar går att härleda till felaktiga avställnings- och konserveringsrutiner. Det gäller skador i avställda pannor, turbiner, kondensorer och värmeväxlare. Konservering av pannor är i teorin ett ganska enkelt förfarande. Det handlar i princip om att undvika kombinationen vatten och syre på stålytorna i systemet. Vid torrkonservering gäller det att åstadkomma en torr och fuktfri miljö. Stålet kan inte korrodera i den syrerika miljön (luft) utan närvaro av vatten (fukt). Alternativt kan systemet fyllas med kvävgas för att ersätta luften och på så vis eliminera närvaro av syre. Vid våtkonservering gäller det att åstadkomma en syrefri miljö. Det kan erhållas genom att man håller ett övertryck i systemet, hela tiden, för att undvika att syre (luft) kan tränga in eller genom att tillsätta syrereducerande kemikalier. Svårigheten att upprätta dessa förhållanden är sällan tekniska. Problemet är snarare brist på kunskap och engagemang eller ett kortsiktigt ekonomiskt tänkande. Rapporten sammanfattar de erfarenheter som kommit fram vid besök av ett antal utvalda anläggningar samt diskussioner med brukare, leverantörer och konsulter i branschen. Vidare har riktlinjer från erkända branschorganisationer, i såväl Sverige som internationellt, studerats. Många anläggningsägare tror att de har bra rutiner för avställning och konservering av sina anläggningar. I många fall omfattar rutinerna endast långa planerade stopp. Det kan kanske tyckas vara viktigast då det rör sig om en lång period. Men även frekvensen av stoppen har stor betydelse. Med felaktiga rutiner kan ett antal kortare stopp ge minst lika allvarliga korrosionsskador som ett längre stopp. I litteraturen finns en uppsjö med riktlinjer och scheman som ska underlätta vid val av konserveringsmetod. Ett heltäckande schema, som kan appliceras på alla system och alla typer av pannor blir lätt väldigt komplext eller bara övergripande och diffust. De flesta är överens om att väl fungerande konserveringsrutiner bara kan erhållas genom att upprätta rutiner individuellt för varje enskild anläggning. Varje anläggning är unik, med unika förutsättningar och krav. Fungerande rutiner bygger på kännedom om den egna anläggningen och vilka följder en felaktig avställning kan innebära. Bästa förutsättningarna för en anläggning med lång livslängd erhålls när man systematiskt arbetar med att förbättra och utvärdera arbetet utifrån de behov och förutsättningar som finns. Övervakning av såväl torr- som våtkonserverade system är en viktig del av dessa rutiner. Rapporten bör kunna ge nödvändig kunskap om problemställningen samt tips och idéer vid upprättande av anläggningsspecifika rutiner för konservering och avställning.
VÄRMEFORSK
vii
Summary
Corrosion in power plant equipment is to a large extent a result of poor lay-up procedures. This applies for all equipment on the water and steam side e.g. condensers, boilers, turbines, heat exchangers etc. In theory, lay-up procedures are quite straightforward. The main objective is to avoid a combination of water and oxygen on the steel surfaces within the system. When using dry lay-up procedure, a totally dry environment is essential. The corrosion of steel cannot take place if there is no humidity; in spite of the abundance of oxygen i.e. air. As an alternative the steam side system can be purged with nitrogen so that no air ingress can take place. When using wet lay-up procedures it is important to achieve an oxygen free environment. Creating a slight over-pressure thus avoiding air in leakage can achieve this. Oxygen scavengers might be used as an alternative. Usually problems of maintaining the above mentioned conditions are rarely of technical art. More likely it is due to a lack of knowledge and commitment or short sighted economical considerations. This report summarises the experiences gathered at several visits at plants and discussions with vendors, users and consultants in the power industry. In addition to that, guidelines from well-reputed organisations, international and domestic, have been studied. In many cases the power plant managers believe they have proper lay-up routines but often the routines just regard long time lay-up. This may be regarded as the most important case. However, a number of shorter plant outages in combination with poor lay-up routines can result in severe damages. There is a consensus that a proper lay-up can only be achieved by plant specific lay-up procedures. Each unit is unique in terms of needs and requirements. In order to have as low corrosion as possible a systematic review to evaluate and revise lay-up procedures is preferred. A high in-house knowledge of the power plant enhances the possibility to maintain the equipment in good condition. Lay-up control is an important part of the life extension of the plant. In the literature there are many guidelines regarding lay-up procedures. However an overall scheme that applies to all kind of boilers will either become very complex or too superficial to be user friendly. The objective of this report is to give information and know-how of current lay-up practices. Furthermore the report describes the considerations to be taken when designing a plant specific guideline for lay-up.
VÄRMEFORSK
viii
VÄRMEFORSK
ix
Innehållsförteckning
1 INLEDNING ......................................................................................................... 1
1.1 BAKGRUND .......................................................................................................... 1 1.2 MÅL OCH MÅLGRUPP.............................................................................................. 2 1.3 PROJEKTBESKRIVNING........................................................................................... 3 1.4 FÖRVÄNTAT RESULTAT, RAPPORTERING .................................................................... 4 1.5 RESERVATION ...................................................................................................... 4 1.6 AVGRÄNSNINGAR.................................................................................................. 4
2 LITTERATURSTUDIE ........................................................................................... 5 2.1 VÄRMEFORSKS HANDBOK I VATTENKEMI FÖR ENERGIANLÄGGNINGAR ............................. 5 2.2 VGB................................................................................................................... 6 2.3 ELSAM............................................................................................................... 7 2.4 EPRI .................................................................................................................. 8 2.5 ASME .............................................................................................................. 10 2.6 KOMMENTARER................................................................................................... 12
3 TEORI ............................................................................................................... 13 3.1 KORROSION ORSAKAD AV SYRE.............................................................................. 14 3.2 KORROSION ORSAKAD AV LÅGT PH-VÄRDE............................................................... 16 3.3 INVERKAN AV HÖG SALTHALT................................................................................. 17 3.4 LUFTFUKTIGHET.................................................................................................. 18 3.5 LUFTFUKTIGHET OCH AVFUKTNING ......................................................................... 20
4 METODER FÖR KONSERVERING....................................................................... 22 4.1 TORRKONSERVERING........................................................................................... 22 4.2 UPPFYLLNING ..................................................................................................... 26 4.3 VÅTKONSERVERING............................................................................................. 27
5 PRAKTISKA ERFARENHETER FRÅN ANLÄGGNINGSÄGARE ............................. 32 5.1 ALLMÄNT........................................................................................................... 32 5.2 INSTRUKTIONER.................................................................................................. 33 5.3 UPPSTART ......................................................................................................... 35 5.4 LÅNGVARIGA STOPP ............................................................................................ 36 5.5 KORTA STOPP..................................................................................................... 39 5.6 UPPLEVDA PROBLEM OCH STÖRNINGAR ................................................................... 40 5.7 UPPFÖLJNING OCH ÖVERVAKNING .......................................................................... 42
6 DISKUSSION..................................................................................................... 43
7 SLUTSATSER OCH REKOMMENDATIONER ....................................................... 45 7.1 NY ANLÄGGNING ................................................................................................. 46 7.2 PANNOR ............................................................................................................ 46 7.3 ÖVERHETTARE.................................................................................................... 49 7.4 MATARVATTENSYSTEM ......................................................................................... 49 7.5 TURBIN ............................................................................................................. 50 7.6 VARMKONDENSORER OCH HETVATTENVÄXLARE ........................................................ 51 7.7 KALLKONDENSORER ............................................................................................ 51 7.8 KONDENSATSYSTEM ............................................................................................ 52 7.9 SPÄDVATTENRENING ........................................................................................... 52 7.10 ÖVRIGT ............................................................................................................. 53
VÄRMEFORSK
x
8 ÖVERVAKNING OCH RIKTVÄRDEN................................................................... 54 8.1 TORRKONSERVERING........................................................................................... 54 8.2 VÅTKONSERVERING............................................................................................. 55 8.3 UPPSTART ......................................................................................................... 56
9 LITTERATURREFERENSER ............................................................................... 57
Bilagor
A FÖRKLARING TILL ASME´S MODELL I FIGUR 2
B IX-DIAGRAM
C ÅTGÄRDSNIVÅER
VÄRMEFORSK
1
1 Inledning
1.1 Bakgrund
En stor andel av de korrosionsskador som drabbar vatten/ång-cykeln i svenska energianläggningar går att härleda till felaktiga avställnings- och konserveringsrutiner. Det gäller skador i kondensorer, avställda pannor, etc. som orsakas av syrekorrosion pga. av brist på rutiner och kunskap. De metoder som finns att tillgå, för att konservera de olika delarna i en pannanläggning när den inte är i drift, är torrkonservering, som innebär att systemet töms på vatten, eller våtkonservering som innebär att vattnet är kvar i systemet. Båda metoderna kan sedan tillämpas på flera olika sätt. Det saknas i dagsläget dokumenterade riktlinjer för hur man kan eller bör konservera en pannanläggning. Det gäller framför allt vid kortare driftstopp, från några timmar upp till ett par dagar. Den litteratur som finns inom området beskriver konservering av pannor i allmänna ordalag och gäller främst konservering under längre perioder t.ex. sommarstopp eller revision. Generellt rekommenderas hydrazin vid våtkonservering, vilket inte är tillåtet längre i Sverige. Hydrazin flyttades den 1 juli 1997 till den så kallade B-listan[1]. Det innebär att man måste ha tillstånd från Arbetsmiljöinspektionen för att få använda produkten. Tillstånd ges inte om det finns alternativa produkter som är mindre hälsovådliga. Arbetsmiljöinspektionen är mycket restriktiv i sin bedömning. På marknaden har det senare år kommit ut flera nya syrereducerande kemikalier som marknadsförs som alternativ till hydrazin. Dessa finns inte omnämnda i samband med konservering av pannor. Konservering av pannor med tillhörande system har beskrivits i två tidigare Värmeforskrapporter. I Handbok i vattenkemi för energianläggningar[2], utgiven 2001, finns en kortfattad beskrivning av konservering av pannor. Det är främst en förklaring av de metoder som finns att tillgå. Vid kortare stopp eller kort startberedskap rekommenderas t.ex. våtkonservering med tryckhållning eller hydrazindosering. Detta är exempel på två metoder som inte alltid går att använda. Tryckhållning är inte möjlig i samband med ett haveri eller driftstopp där man snabbt måste in i pannan för att reparera en tubläcka eller åtgärda en fluidiserad bädd som sintrat. Pannan måste snabbt kylas ner för att servicepersonal ska kunna gå in i pannan. Här saknas som regel rutiner för hur pannan ska ställas av för att undvika syrekorrosion. I Värmeforskrapporten Konservering och åtgärder vid stillestånd[3], 1995, redogörs för hur konservering av pannor med tillhörande systemdelar görs vid 10 olika anläggningar. I sammanfattningen konstaterar författaren att konserveringarna inte baseras på skrivna
VÄRMEFORSK
2
riktlinjer, även om de i stort stämmer överens med danska och tyska riktlinjer, och föreslår en översättning av de tyska riktlinjerna för att sprida kunskap. Ingen av de nämnda rapporterna tar upp övervakning av eller riktvärden för konserverade anläggningar. I de båda Värmeforskprojekten Bästa möjliga övervakning av vattenkemin i anläggningar med ångturbin[4] och Riktvärden för vatten och ånga vid svenska energianläggningar[5] har övervakning respektive riktvärden för avställda anläggningar inte tagits med då det ansetts vara en fråga stor nog för ett eget projekt. Det finns ett stort intresse från anläggningsägarna att det sammanställs riktlinjer för hur man utformar avställningsrutiner på bästa sätt.
1.2 Mål och målgrupp
Målet är en rapport: • där anläggningsägare kan jämföra den egna anläggningen med andras i syfte att
nå en ”best practice” vid avställning och konservering av anläggningen. • som ger riktliner för hur avställning och konservering av anläggningen bäst kan
utformas för att erhålla en säker och ekonomisk drift. • med riktvärden och rekommendationer för övervakning.
VÄRMEFORSK
3
1.3 Projektbeskrivning
Avställning och konservering sker på olika sätt på olika anläggningar. Genom att jämföra och sammanställa arbetssätt och omfattning samt göra en bedömning av dessa, kan man ta tillvara det bästa från ett stort antal anläggningar. Självklart finns det lokala förutsättningar som sätter begränsningar men troligen kan man komma fram till någon ”best practice” som tar hänsyn till både ekonomi och teknik. Projektet har genomförts på ett liknande sätt som Värmeforskprojektet Bästa möjliga övervakning av vattenkemin i anläggningar med ångturbin[4] där ett tjugotal anläggningar besöktes och ansvarig personal intervjuades varpå insamlade erfarenheter sammanställdes och jämfördes. Ett flertal anläggningar i olika delar av Sverige samt några företag i branschen har besökts inom ramen för projektet för att få ett stort och representativt underlag. Såväl kraftvärmeanläggningar som fjärrvärmeanläggningar har ingått. Krav på redundans medför att alla värmeverk har pannor som inte är i drift. Det är pannor står i reserv eller i någon form av startberedskap. De anläggningar/företag som besökts eller på annat sätt deltagit i projektet är:
Mälarenergi AB, Kraftvärmeverket, Västerås E.ON, Åbyverket, Örebro Öresundskraft AB, Västhamnsverket, Helsingborg Sandviken Energi AB, Kraftvärmeverket, Sandviken Karlshamn Kraft AB, Karlshamnsverket, Karlshamn Fortum AB, Värtaverket, Stockholm SSAB, Domnarvets Stålverk, Borlänge Stora Enso AB, Hylte Bruk Fortum AB, Högdalenverket, Stockholm Fortum Värme AB, Ludviksbergs Värmeverk, Stockholm Fortum Värme AB, Farsta Värmeverk, Stockholm Fortum Värme AB, Södersjukhuset, Stockholm Holmen Paper AB Hallsta Pappersbruk, Hallstavik Eskilstuna Energi & Miljö AB, Kraftvärmeverket, Eskilstuna Stora Enso AB, Grums Sågverk, Grums Ingenjörsfirman Wistrands AB, Borås Ashland Chemicals AB, Göteborg Nalco Chemical AB, Stockholm Garnsviken Fukt och Energiteknik AB, Stockholm
Dessutom har diskussioner förts med ett stort antal personer i branschen och representanter från olika anläggningar.
VÄRMEFORSK
4
1.4 Förväntat resultat, rapportering
Slutrapporten förväntas enligt projektbeskrivningen innehålla: – litteraturstudie. – teoretisk beskrivning av olika tillvägagångssätt. – utvärdering med kommentarer om vad som är bra och vad som kan göras bättre vid
de besökta anläggningarna. – förslag på hur olika pannor och systemdelar kan konserveras. – vägledning hur konservering och avställning kan (bör) utformas vid såväl korta som
långa stopp. – rutiner vid driftstörningar och haverier – övervakning av avställda pannor – riktvärden
1.5 Reservation
Det finns inga garantier för att skador inte kan uppstå även om de rekommendationer som anges i rapporten följs då varje anläggning är unik. Risken för störningar bör dock vara liten om angivna rekommendationer följs. Värmeforsk och författaren frånsäger sig allt ansvar för skador som uppkommer vid eventuella driftstörningar.
1.6 Avgränsningar
Rökgassidan. Besöken som gjordes i samband med projektet visar att de flesta anläggningar inte har några rutiner för konservering och de flesta anser inte heller att det behövs. Vid eldning av bränslen med t.ex. högt svavel och/eller kloridinnehåll kan det vara motiverat att ta fram rutiner för konservering av rökgassidan. Val av metod för konservering av pannans rökgassida är främst beroende på bränslemix och tas inte upp i denna rapport.
VÄRMEFORSK
5
2 Litteraturstudie
I litteraturstudien har handböcker och guidelines från erkända organisationer och framstående företag studerats. Syftet har varit att se om det fanns material som vi kunde ta del av och eventuellt anpassa till svenska förhållanden. Någon generell sökning i högskolebibliotek eller liknande har inte genomförts.
2.1 Värmeforsks Handbok i vattenkemi för energianläggningar
I Värmeforsks Handbok i vattenkemi för energianläggningar[2] redogörs kortfattat för olika metoder för konservering av pannor. I handboken sägs att torrkonservering har sådana tekniska och ekonomiska fördelar att metoden rekommenderas i största möjliga utsträckning. Författaren framhåller att mätning av relativ fuktighet i början konserveringsperioden skall utföras dagligen och efter det att acceptabla värden erhållits, en gång per vecka. Avsnittet om konservering sammanfattas med nedanstående rekommendation. Varje anläggning bör ha sitt eget konserveringsprogram där hänsyn har tagits till:
• vilka systemdelar som skall omfattas av konserveringen • konserveringsperiodens längd • anläggningens startberedskap • systemets mekaniska förutsättningar • fastställande av konserveringsmetod • att den valda miljön och proceduren kan kontrolleras och mätas • att man har instruktioner för stopp av anläggningen, konservering av systemet
samt återstart av anläggningen
Vidare sägs att man bör ha en kontinuerlig revision av konserveringsprogrammet. Vunna erfarenheter samt personalens förslag måste tas tillvara. Några praktiska rekommendationer hur detta bör genomföras är dock inte omnämnda.
VÄRMEFORSK
6
2.2 VGB
VGB gav ut riktlinjer för konservering av kraftanläggningar 1981, ”Konservierung von Kraftverksanlagen”[6]. I riktlinjerna beskriv olika metoder för torr- och våtkonservering. Riktlinjerna beskriver torrkonservering med torkad luft, adsorptionsmedel (kiselgel) och hetluft. Vid all torrkonservering rekommenderas att den relativa luftfuktigheten är <50%. I praktiken bör man dock sträva mot <30% för att säkerställa en miljö som inte är korrosiv. Det är viktigt att allt vatten töms ur systemet och att inga vattensamlingar blir kvar i lågpunkter etc. VGB rekommenderar att pannan töms när panntrycket sjunkit ner mot 20 bar för att energin (värmen) i godset ska torka pannan. I riktlinjerna beskrivs ett par olika sätt att våtkonservera anläggningen:
• Tryckhållning med ånga, kvävgas eller via pumpar. • Dosering av kemikalier, såsom hydrazin och natriumsulfit. • Riktlinjerna omfattar även metoder för konservering av anläggningar som körs i
en oxiderande miljö, dvs. anläggningar där syrgas eller väteperoxid doseras till matarvattnet.
Riktlinjerna är skrivna på tyska och någon officiell version på engelska (eller svenska) har inte getts ut. Någon uppdatering har inte gjorts sedan 1981. De nya riktlinjer[7] VGB gav ut 2004 omfattar endast vattenkemin vid drift. Riktvärden etc. vid konservering och avställning omnämns inte.
VÄRMEFORSK
7
2.3 ELSAM
I Danmark gav ELSAM år 1991 ut riktlinjer med titeln ”Kemiske anbefalinger til konservering af kraftværksanlæg”[8]. Dessa riktlinjer är anpassade för Elsams anläggningar för att underlätta val av avställningsmetod för olika delar av vatten/ång-cykeln. Figuren nedan visar rekommenderade konserveringsmetoder för systemets olika delar beroende på längden av den förväntade avställningsperioden. De olika tillvägagångssätten beskrivs vidare kortfattat i riktlinjerna.
stopptid korta stop
anläggningsdel < 2 veckor
pannans rökgassida varmhållning
kondensat och matarvattensystem våtkonservering
mellanöverhettare, turbin och kondensor torrkonservering
kondensor och saltvattenkylare
kontinuerligt genomströmmande
pannans högtrycksdel våtkonservering
uppvärmning till 70° uppvärmning till 70° torr luft
torrkonservering
blindas, töms och fylls med sötvatten
våtkonservering
våtkonservering med cirkulation torrkonservering
via KRA utan N2H4 utan KRA med N2H4
långa stopp
>2 veckor
Figur 1. Schema för tillvägagångssätt vid avställning
Figure 1. Lay-up scheme
Om man använder både våt- och torrkonservering samtidigt i olika delar av systemet uppstår gränssnitt mellan våta och torra anläggningskomponenter. Det är viktigt att avgränsningen mellan de två konserveringsformerna är fullständig, annars är risken stor att konserveringen i bägge anläggningsdelarna omintetgörs. Ett exempel på ovanstående problem kan vara en våtkonserverad matarvattentank och en torrkonserverad turbin. Ett läckage i avstängningsventilen på ledningen till matarvattentanken kan medföra att torkluften till turbin tar upp fukt vilket i sin tur innebär att den relativa luftfuktigheten blir för hög i turbin. Ett sätt att undvika detta problem är att installera dubbla ventiler med mellanliggande dränering. Vid våtkonservering fylls systemet med vatten med låg salthalt och pH-justeras med ammoniak. Systemet tryckhålls med ånga från matarvattentanken.
VÄRMEFORSK
8
2.4 EPRI
Inom EPRI´s, Electric Power Research Institutes, program för vattenkemi i vatten/ång-cykeln i fossilbränsleeldade pannor[9] har följande mål satts upp:
• Eliminera tubläckor orsakade av felaktig vattenkemi. • Eliminera problem i turbiner orsakade av felaktig vatten/ångkemi. • Utveckla en optimerad matarvattenbehandling i syfte att eliminera erosions-
korrosion och erhålla låga järn och kopparhalter (<2 ppb) i matarvattnet. • Eliminera behovet av kemisk rengöring av pannor, • Tillhandahålla enkel, pålitlig övervakning av vattenkemin genom
rekommenderad minimal instrumentering för alla anläggningar, vara sakkunnig rådgivare mm.
• Förkorta tiden för uppstart av pannor genom optimering av vattenkemin vid nedsläckning, avställning och uppstart.
• Ta fram riktvärden med åtgärdsnivåer för alla typer av anläggningar. • Tillhandahålla hjälp för driftledningen att angripa vattenkemifrågor på ett
optimalt sätt. Programmet initierades 1986 och har resulterat i en samling rapporter som är tillgängliga för EPRI´s medlemmar. Rapporterna går att köpa men priserna, i storleksordningen $50 000, är tyvärr oöverkomliga för de flesta icke medlemmar. En undersökning[10] vid ett 60-tal anläggningar visade att behovet av riktlinjer för avställning och konservering av pannor var stort. Några resultat från undersökningen:
• 13 % använde kvävgaskudde på kondensorer och förvärmare. • 35 % tryckhöll pannor med kvävgas. • Endast några få % skyddade turbin vid avställning. • 49 % visste inte vilka järn- och kopparhalter man hade i matarvattnet vid
uppstart. • 46 % använde oavgasat vatten vid uppstart av anläggningen. • 66 % förvarade spädvatten i öppna tankar. • Hydrazin var det vanligaste syrereduktionsmedlet. • 28 % använde inte syrereduktionsmedel vid konservering. • Korta avställningsperioder var det största problemet. • Panntubläckage, kondensorläckor och skador i lågtrycksdelen av turbin var
skador som direkt kunde härledas till felaktiga avställningsrutiner. • 58 % ansåg att riktlinjer för avställning och konservering hade hög prioritet. • 38 % tyckte att behovet av riktlinjer var akut.
Resultaten ska ses mot bakgrund av att de flesta el-producerande anläggningar i USA har en intermittent drift styrd av elbehovet. Den vanligaste konserveringsmetoden är våtkonservering då startberedskapen ofta medför en kort tid för uppstart.
VÄRMEFORSK
9
Undersökningen resulterade i en EPRI-rapport som kom 1998, ”Cycling, Startup. Shutdown and Layup Fossil Plant Cycle Chemistry Guidelines for Operators and Chemists”[11]. Rapporten inleds med ett kapitel som behandlar metallurgi, design och driftförhållanden. Många av de problem som kan uppstå i samband med avställning och konservering kan åtgärdas redan på ritbordet när en ny anläggning ska byggas genom att ta hänsyn till materialval och design av komponenter och system.
Vidare tar rapporten upp de speciella förutsättningar som gäller vid olika sätt att behandla pannvattnet, dosering med enbart ammoniak och/eller alkaliserande aminer, pH-justering av pannvattnet med lut respektive fosfat i kombination med ammoniak och/eller alkaliserande aminer. Pannor med oxiderande miljö, doserade med syrgas eller väteperoxid, behandlas i ett eget kapitel. EPRI rekommenderar följande riktvärden för matarvattnet före ekonomisern i samband med uppstart efter en avställningsperiod.
Dompannor Genomströmningspannor Restsyre < 100 ppb <100 ppb Järn < 100 ppb < 30 ppb Koppar < 10 ppb De vanligaste konserveringsmetoderna i USA, om man går efter det som beskrivs i litteraturen, är våtkonservering med ammoniak och hydrazin i kombination med kvävgaskudde eller torrkonservering med kvävgasfylld panna. EPRI konstaterar att torrkonservering med ren torkad luft rutinmässigt praktiseras utomlands och är en metod som vinner allt fler anhängare även i USA.
VÄRMEFORSK
10
2.5 ASME
ASME, The American Society of Mechanical Engineers, är en organisation som aktivt arbetar med att sprida kunskap inom sina teknikområden och regelbundet ger ut rapporter, ordnar konferenser etc. I ”The ASME Handbook on Water Technology for Thermal Power Systems”[12] som gavs ut 1989 finns ett kapitel som handlar om avställning och konservering av pannor. I huvudsak rekommenderas våtkonservering med höga halter syrereduktionsmedel, där hydrazin och sulfit är de enda syrereduktionsmedel som namnges. Tre metoder att åstadkomma förutsättningar för lyckad torrkonservering i en panna nämns; kvävgas, torkad luft eller fuktabsorberande kemikalier. Större fossilbränsle eldade pannor och nukleära generatorer utgörs av komplexa system och risken för inläckage via backventiler är stor. Det gör det mycket svårt, för att inte säga omöjligt, att helt tömma och torka dessa system eller att hålla alla ytor i systemet fria från fukt. Torrkonservering används därför endast i undantagsfall för denna typ av anläggningar utom vid mycket långa stilleståndsperioder. I stället rekommenderas våtkonservering med höga halter syrereduktionsmedel och pH-justering med eller utan tryckhållning med kvävgas. År 2002 gav ASME ut ”Consensus for the Lay-up of Boilers, Turbines, Turbine Condensers and Auxiliary Equipment”[13] som ger en detaljerad beskrivning av olika sätt att ställa av och konservera pannor och kringutrustning. I texten påpekar man flera gånger vikten av en korrekt avställning för att undvika kostsamma skador orsakade av korrosion. ASME presenterar ett generellt schema för att underlätta val av avställningsmetod beroende på anläggningstyp och om anläggningen kommer att tömmas på vatten för underhåll eller reparation. Det finns gott om den här typen av scheman eller beslutsträd, för att underlätta val av förfarande, i litteraturen. Modellen tas med i rapporten för att visa hur ett beslutsträd kan utformas. Det betyder inte att föreslagna metoder rekommenderas för svenska anläggningar. Det är t.ex. inte aktuellt att dosera höga halter hydrazin. Vid upprättande av rutiner och instruktion för den egna anläggningen kan det vara till hjälp att upprätta ett liknande beslutsträd.
VÄRMEFORSK
11
I figuren nedan visas schemat och därefter följer en kortfattad beskrivning av de olika metoder man föreslår i schemat.
Figur 2. Beslutsträd för att välja tillvägagångssätt vid avställning
Figure 2. Lay-up Decision Tree
I modellen skiljer ASME på enkla och komplexa system. Enkla system är pannor utan överhettare eller med dränerbara överhettare medan komplexa system är pannor med hängande överhettare som inte går att dränera. ”Breach” betyder att luft kommer att tränga in i systemet eftersom systemet kommer att öppnas på vattensidan. Observera att modellen visar ett exempel på ett amerikanskt beslutsträd och att föreslagna metoder inte alltid är att rekommendera för svenska anläggningar. Beskrivning av de olika metoderna (procedures) finns i bilaga A. Se även figur 15 för ett beslutsträd anpassat till svenska förhållanden.
VÄRMEFORSK
12
2.6 Kommentarer
Det finns mycket dokumentation om konservering av pannor i såväl svensk som utländsk litteratur. Syftet med konservering är att minimera stilleståndskorrosion och därmed minska risken för läckage samt förlänga anläggningens livslängd. Grundprincipen vid all konservering är att undvika kombinationen vatten och syre på stålytorna i systemet. Filosofin för hur man bäst uppnår detta skiljer dock ganska mycket i svensk och utländsk litteratur. I USA är det vanlig med våtkonservering, ofta i kombination med höga halter hydrazin medan man ofta är skeptisk mot torrkonservering. Detta märks ibland när utländska pannleverantörer presenterar avställningsrutiner och konserveringsmetoder för nyinstallerade pannor här i Sverige. Det finns många exempel på konserveringsscheman och beslutsträd för att underlätta val av konserveringsmetod. De täcker dock i de flesta fall bara pannan och inte kringutrustning som turbin, kondensorer, kondensatsystem och matarvattensystem etc. Det är svårt att konstruera ett heltäckande beslutsträd som gäller för alla typer av anläggningar, pannor och komponenter utan att göra grova generaliseringar. Då varje anläggning är unik, med unika förutsättningar och krav, kan väl fungerande konserveringsrutiner bara erhållas genom individuellt upprättade rutiner för varje enskild anläggning.
VÄRMEFORSK
13
3 Teori
Avsikten med konserveringen av t.ex. en panna är att skydda anläggningen mot korrosion på vatten- och ångsidan av tuberna. Konservering omfattar i varierande grad också rökgassidan men detta behandlas inte i denna rapport. Kolstål och låglegerat stål korroderar i närvaro av vatten och syre. Vid syrekorrosion måste alla tre ämnena finnas närvarande för att korrosionsprocessen ska kunna fortgå. Genom att eliminera en av komponenterna (stål, vatten eller syre) kan korrosionsprocessen förhindras. • Stål i torr luft korroderar inte. • Stål i syrefritt vatten korroderar inte. • En målad stålyta korroderar inte även om både syre och vatten finns närvarande. Det finns två grundprinciper för konservering av avställda pannor; torrkonservering och våtkonservering. Vid torrkonservering försöker man avlägsna vattnet som är en av förutsättningarna för att korrosion ska kunna uppstå. Vid våtkonservering försöker man i stället undvika att syre (luft) läcker in i pannan genom att på något sätt hålla ett övertryck i pannan. Alternativt kan en syrereducerande kemikalie eller en inhibitor doseras till vattnet för att reagera med eventuellt inläckande syre och skydda mot korrosion. Korrosion i vattenfyllda system kan lite förenklat sägas orsakas av antingen syre eller vätejoner (lågt pH-värde) eller en kombination av dessa. Vid våtkonservering är det därför viktigt att även vara vaksam på pH-värdet i vattnet.
VÄRMEFORSK
14
3.1 Korrosion orsakad av syre
Reaktionen för korrosion är likvärdig med den reaktion som sker i ett våtcellsbatteri. Den neutrala elektrolyten i batteriet sluter kretsen. När detta händer kommer metallen vid anoden att gå i lösning och lämna ifrån sig negativt laddade partiklar, s.k. elektroner. Dessa elektroner dras nu till pluspolen, katoden, genom metallisk ledning. Där reagerar dessa elektroner med syre och vatten och bilda negativt laddade hydroxidjoner. Hydroxidjonerna går i sin tur tillbaka till anoden via elektrolyten och sluter kretsen.
(-)(+)
anodkatod
elektroner
joner
anodreaktion:
Fe → Fe2+ + 2 e-
katodreaktion:
½ O2 + H2O + 2 e- → 2 OH-
Figur 3. Galvanisk cell
Figure 3. Galvanic cell
Två elektrokemiska reaktioner sker samtidigt. Vid anoden omvandlas järn till järnjoner, dvs. metallen löses upp, och två elektroner frigörs:
Fe → Fe2+ + 2 e-
Vid katoden reduceras syre i närvaro av vatten och de två elektronerna, som frigjordes vid anoden, varpå hydroxidjoner bildas.
½ O2 + H2O + 2 e- → 2 OH-
De två reaktionerna sker samtidigt och sätter vi ihop dem får vi:
Fe + ½ O2 + H2O → Fe2+ + 2 OH-
VÄRMEFORSK
15
Figuren nedan visar vilken kraftig påverkan syret har på korrosionen.
Figur 4. Förhållandet mellan korrosion och tryck i en hetvattenpanna
Figure 4. Relation between corrosion and pressure in a water boiler
Den gröna kurvan visar trycket i en ångdom. Pannan är vattenfylld och tryckhållen med ångkudde. Så fort övertrycket försvinner (grön kurva) ökar korrosionen (röd kurva). När övertrycket återkommer sjunker korrosionen igen. I figuren anges domtrycket med timmedelvärden medan korrosionen anges med 5-minutersmedelvärden vilket medför en viss förskjutning på tidsaxeln.
VÄRMEFORSK
16
3.2 Korrosion orsakad av lågt pH-värde
Korrosion på stål, och andra metaller förekommer även vid låga pH-värden. pH-värdet är ett mått på halten vätejoner i vattnet. Ju lägre pH-värdet är desto högre är halten vätejoner i vattnet. Även här sker två reaktioner samtidigt. Vid anoden går järnet i lösning på samma sätt som vid korrosion orsakad av syre.
Fe → Fe2+ + 2 e-
Vid katoden reduceras vätejonerna till vätgas:
2 H+ + 2 e- → H2
De två reaktionerna sker samtidigt och sätter vi ihop dem får vi:
Fe + 2 H+ → Fe2+ + H2
Katodreaktionen minskar med stigande pH-värde eftersom halten fria vätejoner minskar med stigande pH-värde. Samtidigt minskar lösligheten av järnjoner med stigande pH-värde. Resultatet blir att korrosionen på stål ofta kan försummas vid pH-värden över ca pH 9,3. Genom att pH-justera vattnet kan den korrosion som orsakas av låga pH-värden därför elimineras. Riktvärdena för framför allt pH-värde är beroende på vilka material som finns i systemet. Vanliga material i vatten-ångcykeln är kolstål och rostfria stål. I framför allt äldre anläggningar kan det finnas koppar eller kopparlegeringar i kondensat- och matarvattensystem. Koppar är känsligt för komplexbildande föreningar, t.ex. ammoniak, som vid höga halter medför risk för förhöjd korrosionsnivå, speciellt vid närvaro av syre och koldioxid. Det är därför extra viktigt att ha kontroll på pH-värdet och syrehalten i system med värmeväxlare i koppar.
VÄRMEFORSK
17
3.3 Inverkan av hög salthalt
Båda korrosionsförloppen som beskrivs ovan gynnas av en högre salthalt i elektrolyten beroende på att motståndet för korrosionsströmmen vattenfasen minskar med ökande salthalt, dvs. när vattnets ledningsförmåga ökar. Saltutfällningar, i t.ex. ångsystem eller turbin, orsakade av en bristfällig ångkvalitet ökar risken för korrosionsangrepp vid stillestånd. Saltutfällningarna kan utgöra hygroskopiska beläggningar som drar åt sig fukt och den då bildade salthaltiga elektrolyten ger förutsättningar för olika typer av korrosionsangrepp. Anledningen till att rostfritt stål, även kallat 18/8-stål, har ett bra motstånd mot korrosion är att ytan täcks av ett tunt kromhaltigt oxidskikt som skyddar mot vidare korrosion. Liknande skyddsskikt av oxid bildar också på andra metaller, t.ex. koppar och aluminium. Kolstål och låglegerade stål bildar ett skyddande oxidskikt i form av magnetit och/eller hematit: Användningen av dessa material i t.ex. pannor är helt beroende av att förutsättningarna är sådana att ett skyddsskikt med tillräckligt goda egenskaper kan bildas. Skiktet ska vara tätt och förhindra eller åtminstone kraftigt reducera fortsatt korrosion under de rådande förhållandena. I närvaro av höga salthalter innehållande halogener, t.ex. klorider, kan det skyddande oxidskiktet penetreras och en frätgrop bildas. I frätgropen uppstår en kemisk miljö som medför att korrosionen accelererar. Det inledande förloppet sker oftast i de försvagade zoner som kan finnas i oxidskiktet och där angreppen lättast får fäste. När gropen väl har bildats så fortsätter korrosionen autokatalytiskt, dvs. korrosionsförloppet genererar de ämnen som behövs, bl.a. vätejoner, för att kunna fortgå. Vid rostfria stål måste vanligtvis halogenider, främst klorider, närvara for att punktfrätning skall kunna uppstå. Bland katjonerna framkallar de oxiderande metalljonerna det största angreppet genom att underhålla katodprocessen. Korrosionsmiljöer, som innehåller reducerbara metalljoner är därför ytterst aggressiva med avseende på punktfrätning, även i frånvaro av luftsyre. Vid lösningar, som innehåller Cu(II) eller Fe(III)joner, är katodreaktionen:
Cu2+ + e- → Cu+ Fe3+ + e- → Fe2+
Alla kloridlösningar förmår framkalla punktfrätning vid närvaro av löst syrgas. Vid en höjning av temperatur och elektrolytkoncentration erhålls, då katodreaktionen är en metalljonreduktion, en starkt stegrad punktfrätningshastighet. Utgörs däremot katodreaktionen av syrgasreduktion får man först en stegring och sedan åter en sänkning av korrosionshastigheten.
VÄRMEFORSK
18
3.4 Luftfuktighet
Om elektrolyten, d.v.s. fukten, avlägsnas från metallen bildas inga anod- eller katodytor och korrosionen uteblir. Vid torrkonservering strävar man efter att reducera fukten i en sådan grad att förutsättningen för korrosion försvinner. Korrosionshastigheten hos stål avtar med minskad relativ luftfuktighet och är vid ca 60 % praktiskt taget försumbar. Ofta sätts riktvärdet till <40% relativ luftfuktighet vid torrkonservering. Figuren nedan visas korrosionshastigheten som funktion av relativ luftfuktighet.
Figur 5. Korrosionshastigheten som funktion av relativ fuktighet
Figure 5. Corrosion rate vs. relative humidity
Det bör påpekas att vid lokala ansamlingar av hygroskopiska salter och andra föroreningar, t.ex. sot, kan korrosionsangrepp uppstå vid betydligt lägre nivåer på den relativa luftfuktigheten än vad figur 5 visar.
VÄRMEFORSK
19
Det mest kända fuktighetsmåttet är den relativa luftfuktigheten. Den uttrycks i procent och som talar om hur stort ångtrycket är i förhållande till mättnadsångtrycket. Den relativa luftfuktigheten är alltså förhållandet mellan den aktuella mängden vattenånga i luften och den mängd som maximalt kan finnas där vid en viss temperatur. Det betyder att samma mängd vattenånga ger olika relativa fuktigheter vid olika lufttemperaturer. I mättad luft är relativa luftfuktigheten 100 %. Ju varmare det är desto mer vattenånga kan luften innehålla. Den relativa luftfuktigheten är därför ofta hög på vintern och lägre sommartid, då luften kan innehålla mycket mer vatten än på vintern. Den kan vara 100 % vid dimma eller regn. Absolut fuktighet uttrycks i gram vatten per kilo luft och är låg på vintern och hög på sommaren. Daggpunktstemperaturen är den temperatur som har det rådande ångtrycket som mättnadsångtryck. Ju torrare luften blir desto lägre blir daggpunkten, vilket innebär att det krävs allt lägre temperaturer för att vattenångan skall kondenseras. I mättad luft sammanfaller daggpunkten med den rådande lufttemperaturen. Figuren nedan visar typiska värden på relativ och absolut luftfuktighet för sommar och vinter i Sverige.
Figur 6. Relativ och total luftfuktighet (källa SMHI).
Figure 6. Relative and total humidity (courtesy of SMHI)
VÄRMEFORSK
20
3.5 Luftfuktighet och avfuktning
Det går att styra och påverka luftfuktigheten. Den relativa luftfuktigheten kan sänkas genom att temperaturen på luften höjs. Vid ett vatteninnehåll på 9 g H2O/g torr luft och 18°C är den relativa luftfuktigheten 70 %. Om temperaturen höjs till 32°C sjunker den relativa luftfuktigheten till 30 %. När temperaturen åter sjunker ökar den relativa luftfuktigheten. Genom att avlägsna vatten ur luften kan både den absoluta och relativa luftfuktigheten sänkas. I ett Mollierdiagram, eller ix-diagram, beskrivs sambandet mellan luftfuktighet, vatteninnehåll, temperatur och energi. Se figuren nedan. Ett mer omfattande schema finns i bilaga B.
Figur 7. ix-diagram (källa DST)
Figure 7. ix-diagram (courtesy of DST)
Avfuktning av luft kan i princip ske på två olika sätt, genom kondensation eller adsorption av fukten som finns i luften. I ett kondenseringsaggregat kyls luften ner och fukten får kondensera ut varpå luften återuppvärms till rumstemperatur. Den vanligaste metoden att avfukta luft inom den svenska energibranschen är den så kallade adsorptionsmetoden. I ett avfuktningsaggregat består adsorptionsdelen av en fuktadsorberande rotor som innehåller ett hygroskopiskt ämne, vanligtvis ett silicatmaterial. Rotorn roterar sakta, 30-40 rph, inuti aggregatet medan två separerade luftströmmar passerar genom rotorn.
VÄRMEFORSK
21
Figur 8. Funktionsprincipen hos adsorptionsavfuktare (källa DST)
Figure 8. The working principle of sorption technology (courtesy of DST)
I den ena luftströmmen avfuktas luften genom att vattnet i luften adsorberas på rotorns yta. Vid en lufthastighet på 4 m/s och ett rotordjup på 200 mm adsorberas ca 4g H2O/ m³ luft, vid normala förhållanden. För att adsorptionsmaterialet inte ska bli mättad med vatten måste vattnet avlägsnas. Den andra luftströmmen utgörs av uppvärmd torkluft som kontinuerligt regenererar adsorptionsmedlet. Ett torkluftaggregat för konservering av en pannanläggning bör normalt dimensioneras för ett vatteninnehåll på 14 g/kg torr luft på inkommande luft. Luftomsättningen kan anges i systemvolymer per timme (SV/h). Vid torrkonservering av pannanläggningar dimensioneras ofta torkaggregatet för 2 SV/h.
VÄRMEFORSK
22
4 Metoder för konservering
Som tidigare nämnts finns två huvudsakliga metoder att konservera en avställd panna, torrkonservering eller våtkonservering. Vid torrkonservering töms systemet på vatten och vid våtkonservering behålls vattnet i systemet. Båda metoderna kan genomföras på flera olika sätt och vilket som är bäst måste avgöras från fall till fall utifrån de förutsättningar som gäller vid den aktuella anläggningen. Det är även vanligt med olika konserveringsförfaranden i olika delar av systemet. Innan man kan ta fram instruktioner för hur pannan ska konserveras måste pannans konstruktion ses över. Det är inte alla pannor som går att torrkonservera. Hängande överhettare eller andra lågpunkter som inte går att dränera kan medföra att pannan måste våtkonserveras. Vidare finns det pannor som inte är förberedda för konservering under stillestånd, alltså pannor som enligt de ursprungliga förutsättningarna alltid skulle vara i drift. Ändrade driftförhållanden medför då problem om en längre stilleståndsperiod med utebliven konservering blir aktuell. I samband med upphandling av en ny anläggning bör även problematiken kring avställning och konservering av anläggningen diskuteras. En ny anläggning bör vara förberedd för att konserveras på bästa möjliga sätt.
4.1 Torrkonservering
Torrkonservering bygger på att avlägsna fukt (vatten) ur systemet och därmed eliminera förutsättningen för korrosion. När pannan ska stoppas för att torrkonserveras måste man tömma pannan på vatten medan den fortfarande är varm och under tryck. I litteraturen rekommenderas vanligtvis att pannan töms när trycket sjunkit till 2-10 bar beroende på anläggning och/eller tillverkarens instruktion. Tömningen måste ske under kontrollerade former och inte för snabbt för att undvika vakuum. Den energi (värme) som finns lagrad i godset bidrar till att vattnet som blir kvar i pannan vid tömning förångas. Kvarstående vatten kan ge allvarliga problem vid torrkonservering om det inte kan avlägsnas. Det är viktigt att den relativa luftfuktigheten i en torrkonserverad panna är mindre än 40%.
4.1.1 Torkad luft
Det bästa sättet att torrkonservera en panna är att låta torkad (avfuktad) luft strömma genom vatten- ångsidan av anläggningen. Förutom att skapa en bra miljö ur korrosionssynpunkt kan den torkade luften även ta upp eventuellt kvarvarande vatten eller fukt och transportera ut det ur systemet.
VÄRMEFORSK
23
En tumregel vid dimensionering av ett torksystem, för t.ex. en ångpanna eller turbin, är att flödet bör vara ca 2 systemvolymer i timmen. Genom att förse torkaggregat med en fläkt som ökar tryckuppsättningen kan ofta ett mindre aggregat användas. Det är som regel inte flödet utan trycket som är avgörande för att den torra avfuktade luften ska kunna strömma genom hela det konserverade systemet. Vid torrkonservering med torrluftsaggregat är det viktigt med en regelbunden uppföljning av luftfuktigheten i systemet. Lämpligen kontrolleras luftfuktigheten vid utblåsningspunkterna, manuellt eller med fast monterade hygrometrar, för att dokumentera och övervaka effekten av konserveringen. Luftfuktigheten måste övervakas regelbundet under hela konserveringsperioden, inte bara veckorna efter det att anläggningen har konserverats. Eventuella inläckage av vatten eller fukt via läckande ventiler eller läckage i värmeväxlare och kondensorer kan orsaka allvarliga skador då fuktig luft kan spridas i hela systemet.
4.1.2 Tryckluft
I en anläggning där det finns tillgång till torr oljefri tryckluft (instrumentluft) kan det ersätta luft från ett torkaggregat. Det är dock i de flesta fall ett dyrt alternativ.
4.1.3 Inomhusluft
Vid kortare stilleståndsperioder kan det räcka med att leda luft från pannrummet genom systemet med hjälp av en fläkt eller ejektor. En förutsättning är att pannan töms varm och under tryck för att största möjliga mängd vatten ska kunna avdunsta och sedan transporteras bort med hjälp av den inblåsta luften Vid kortare reparationsstopp på ett par dagar kan det vara ett intressant alternativ då det ofta inte finns tid att koppla in torkluftaggregat. Det måste påpekas att detta körsätt innebär en risk då luftfuktigheten i vårt land ofta ligger över riktvärdet på 40 % relativ luftfuktighet. Samtidigt är det oftast bättre att blåsa bort den fukt som finns kvar i pannan än att inte göra så.
4.1.4 Torkmedel
En äldre metod, som främst används utomlands, är att använda torkmedel för att åstadkomma en torr miljö inne i pannan vid konservering. Som torkmedel kan kiselgel, bränd kalk, litiumklorid eller något annat hygroskopiskt ämne användas. Efter att pannan tömts på vatten placeras torkmedel inne i domen och eventuellt även i utvalda samlingslådor varpå pannan luckas på igen. Torkmedlet kontrolleras regelbundet med avseende på fuktupptagningsförmåga och byts ut vid behov. Det är viktigt att behållarna med torkmedel tas bort när pannan åter ska tas i drift.
VÄRMEFORSK
24
4.1.5 Kemikalier
Ångfas-korrosionsinhibitorer, även kallade VCI (Vapour phase Corrosion Inhibitors), har funnits en längre tid på marknaden. De har dock inte slagit igenom som ett alternativ för konservering av pannanläggningar i Sverige. Det finns ett flertal olika kemikalier som fungerar som ångfas-korrosionsinhibitorer. Gemensamt för kemikalierna är att de förångas och sprids via diffusion i systemet. Därefter kondenserar kemikalien ut på metallytan och bildar ett tunt skikt som ger ett korrosionsskydd. En ny ångfas-korrosionsinhibitor, baserad på ammoniumbensoat, för att torrkonservera pannanläggningar har lanserats på den svenska marknaden under namnet Protecsol. Konservering med ammoniumbensoat används på ett flertal anläggningar i USA och Europa. I Italien finns referenser på kraftverk upp till 800 MW. Vid konservering töms pannan på vatten varpå kemikalien placeras i den tömda pannan som sedan luckas på. Ammoniumbensoaten förångas varpå den sprids via diffusion och kondenserar ut på ytorna i systemet. Se även våtkonservering med ammoniumbensoat, kapitel 4.3.2.
4.1.6 Kvävgas
En annan metod är att tömma pannan med hjälp av kvävgaskudde. Konserveringsmetoden är relativt vanlig utomlands och i USA den kanske vanligaste metoden för torrkonservering. Metoden går ut på att kvävgas kopplas till pannan, som inte behöver vara varm, och får trycka ut vattnet ut pannan. När pannan tömts på vatten appliceras ett övertryck, ca 0,5 bar, i pannan med hjälp av kvävgasen. Det gör inget om det blir en del vatten stående i kvar i lågpunkter då kvävgasen förhindrar luft (syre) att komma in i pannan. En förutsättning för att metoden ska fungera är att övertrycket upprätthålls, i alla delar av systemet som ska konserveras, hela tiden under såväl tömning av pannan som avställningsperioden. En fördel med denna metod är att man kan tömma pannan under kalla förhållanden. En svensk applicering av metoden är i kombination med våtkonservering av pannan. Den vattenfyllda pannan tryckhålls med en kvävgaskudde som även omfattar överhettare och ångsystem fram till huvudångventilen. Det är viktigt att vara medveten om att risk för personskada vid läckage av kvävgas, framför allt vid arbete på pannans rökgassida, men även i pannhallen. Kvävgasen kan tränga bort luftens syre och kan bidra till kvävningsolyckor.
VÄRMEFORSK
25
4.1.7 Riskinventering vid torrkonservering
Provtrycka kallt och tömma varmt. Vid en del anläggningar finns behov av att provtrycka pannan före avställningen. Orsaken kan t.ex. vara att man har frekvent återkommande problem med tubläckage. Det kan vara anläggningar som eldas med aggressiva bränslen eller har en historik med felaktigt avställda pannor etc. Genom att provtrycka pannan i kallt tillstånd kan man göra en invändig inspektion i samband med provtryckningen för att kunna upptäcka även mycket små läckor. Ett förfarande att elda på pannan, efter den kalla provtryckningen, för att därefter tömma pannan varmt och under tryck är att rekommendera. Det är kostsamt att elda på bara för att tappa ner pannan på vatten, det kräver en extra arbetsinsats och är tidskrävande men på sikt lönar det sig. Pannan skärs upp för tidigt Ett inte helt ovanligt problem vid torrkonservering i anläggningar är att allt kortare revisionsperioder medför att reparations- och underhållsarbetena på anläggningen måste komma igång allt snabbare. Det tar en viss tid att avlägsna den fukt som finns systemet även om man använder torrluftsaggregat. Om arbetena på anläggningen påbörjas för tidigt, dvs. innan all fukt avlägsnats, finns risk att den torra luftströmmen inte kommer åt alla delar av systemet. Luften tar lättaste vägen ut ur systemet och när säkerhetsventiler plockas ner för översyn, rörsystemen kapas etc. uppstår utblåsningspunkter som inte var avsedda när konserveringsproceduren planerades. Kvarstående vatten. Om vatten blir stående kvar i delar av anläggningen ger det en utmärkt miljö för korrosion. En kubikmeter rumstempererat vatten innehåller ca 10 g syre medan en kubikmeter luft innehåller ca 200 g syre. Syret i luften löser sig i vattnet allt eftersom korrosionsprocessen förbrukar det syre som finns i vattnet. Det är viktigt att snabbt avlägsna allt vatten vid torrkonservering av en anläggning. Där det inte går eller är svårt bör andra konserveringsmetoder övervägas. Tömning av varm panna under tryck minskar risken för att vatten blir stående kvar i systemet. Vatteninläckage. Inläckage av vatten via läckande ventiler eller läckage i kondensorer eller växlare kan medföra allvarlig korrosion i övriga delar av systemet om fukten sprids med torkluften. Bästa sättet att upptäcka eventuella inläckage är att regelbundet övervaka luftfuktigheten vid utblåsningspunkterna under hela avställningsperioden. Övervakning. Övervakning av avställda och konserverade anläggningar får inte försummas. En regelbunden kontroll och övervakning av fukthalten på torkluften vid utblåsningspunkterna är bästa sättet att undvika korrosion orsakad av fuktig luft. Luftfuktigheten kan med fördel övervakas kontinuerligt med hygrometrar på de viktigaste punkterna i systemet.
VÄRMEFORSK
26
Fuktig luft kan vara resultatet av inläckage av vatten, trasigt torkaggregat, felaktiga avställningsrutiner, felaktigt utfört eller pågående reparations- och underhållsarbete etc. I anläggningar där man använder både våt- och torrkonservering samtidigt i olika delar av systemet uppstår gränssnitt mellan våta och torra anläggningskomponenter. Genom att använda dubbla avstängningsventiler med mellanliggande dränering kan en säker avskiljning säkerställas. Tillfredsställande funktion förutsätter regelbunden kontroll av eventuellt läckage i dränageledningen. Glömma torkmedlet. Vid avfuktning med torkmedel kan det tyckas självklart att det är viktigt att komma ihåg att ta bort behållarna med torkmedel när pannan åter ska tas i drift, men det finns flera rapporten med driftstörningar orsakade av kvarglömt torkmedel. Redan små mängder kiselgel kan ge kraftigt ökade kiselhalter i systemet, vilket medför risk för förorenad ånga och turbinproblem. Bränd kalk som glöms kvar i pannan medför hög hårdhet i pannvattnet med risk för kalkutfällning på värmeöverförande ytor i pannan.
4.2 Uppfyllning
Den i vissa fall långa tid det tar att fylla pannan med vatten igen vid driftsättning kan ibland upplevas som en nackdel vid torrkonservering. Det skapar utrymme för diverse ”kreativa” lösningar som omfattar att fylla pannan med andra vattenkvalitéer än avgasat matarvatten. Normalt rekommenderas att panna och övriga delar av systemet fylls med avgasat vatten med bästa möjliga vattenkvalitet vid uppfyllning efter ett stillestånd. Tillvägagångssätt som innebär uppfyllning med oavgasat spädvatten för att snabbare komma igång är inte att rekommendera. Det finns dock undantag, se kapitel 5.3.2. Det kan vara en bra idé att installera en hjälpångpanna i anläggningar där man inte har tillgång till ånga när pannan eller pannorna är avställda. Hjälpånga kan användas för att avgasa matarvatten inför uppfyllning och idrifttagning samt för tryck- eller varmhållning vid avställd vattenfylld panna.
VÄRMEFORSK
27
4.3 Våtkonservering
Vid våtkonservering behåller man pannan fylld med vatten. Det finns många fördelar med detta under förutsättning att man inte behöver öppna panna för reparations- eller underhållsarbeten. Främsta fördelen är den korta uppstartstiden. Framför allt inom industrin där en reservpanna måste kunna startas med mycket kort varsel är det ofta det enda rimliga alternativet.
Våtkonservering går ut på att eliminera närvaro av syre (luft) för att därigenom minimera korrosionen i systemet. Den syrefria miljön kan åstadkommas med tryckhållning med ång- eller kvävgaskudde, genom uppvärmning eller via en extern tryckkälla, alternativt med hjälp av kemikalier.
4.3.1 Tryckhållning
Tryckhållning av anläggningen är en effektiv metod för att utestänga luft (syre). Figur 4 visar syrets inverkan på korrosionshastigheten. Så fort övertrycket i pannan försvinner tar korrosionen i systemet fart. Det behöver inte vara något högt övertryck utan det räcker med ett övertryck på 0,5 bar.
4.3.1.1 Tryckhållning genom uppvärmning
Genom att värma upp vattnet i pannan till över 100°C erhålls ett övertryck i pannan som förhindrar att syre tränger in i systemet. Uppvärmningen kan ske på flera olika sätt. Vanligaste sättet att varmhålla pannan är troligtvis att man använder ånga från ångnätet till domen. Det är ett enkelt och okomplicerat sätt att tryckhålla pannan. En nackdel är att ånga kondenserar ut i pannan och vattennivån i domen stiger. För att hålla rätt nivå i domen måste pannan bottenblåsas varpå halten av eventuella doseringskemikalier, som t.ex. fosfat sjunker. Även pH-värdet kan bli lågt med tiden beroende på val av alkaliseringsmedel. Lågtrycksånga kan även tas från matarvattentanken för att lägga en ångkudde i domen. (OBS, inte avdragsånga!) Vattnet i pannan kan också värmas med ånga i en slinga i botten på pannan för att erhålla ett övertryck. I och med att ångan går i en rörslinga genom bottenlådan och kondensatet leds iväg påverkas varken vattennivå eller vattenkemi i pannan. En termisk cirkulation av vattnet erhålls också då uppvärmningen sker i botten av pannan. Ett alternativ, till att värma med ånga i en rörslinga i bottenlådan, kan vara att ersätta ångan med hetvatten eller bottenblåsningsvatten från en annan panna. Pannvattnet kan även värmas via värmeväxlare mot ånga eller hetvattensystem. Vid mindre anläggningar varmhålls pannan ofta genom intermittent eldning. Det är ett relativt kostsamt sätt att varmhålla anläggningen på men kan kanske vara enda alternativet.
VÄRMEFORSK
28
4.3.1.2 Tryckhållning av kall panna
Med vatten Det finns flera sätt att tryckhålla en avställd panna som är fylld med kallt vatten genom att utnyttja något annat vattensystem med tillräckligt tryck. Vid mindre anläggningar går det utmärkt att använda fjärrvärmenätet för tryckhållning genom att dra en klenare ledning mellan nätet och pannans matarvattenledning. Fjärrvärmevattnet är syrefritt vilket är en förutsättning för att det ska gå att använda för tryckhållning utan att riskera korrosionsskador. Enda förbehållet är egentligen att vattenkvalitén i fjärrvärmevattnet inte får avvika för mycket från kravet på pannvattenkvalitet. Ett annat alternativ kan vara att använda matarvatten via en separat tryckhållningspump eller ledning. Matarvattnet har rätt vattenkvalitet för anläggningen och är syrefritt. Det förutsätter givetvis att matarvattentanken är i drift. I anläggningar där kvalitén på fjärrvärmevattnet är otillräcklig så att det inte går att använda för tryckhållning och det av någon anledning inte går att använda matarvatten kan ett expansionskärl ovanför pannan användas för tryckhållning. Expansionskärlet kan eventuellt fyllas med oavgasat vatten under förutsättning att pannan är fri från läckage. Vid ett eventuellt läckage kommer syrerikt vatten in i pannan via vattnet i expansionskärlet. Med kvävgas Pannan och andra delar av systemet kan också tryckhållas med hjälp av en kvävgaskudde. Kvävgasen ska kopplas in innan pannan blir trycklös. Kvävgas för tryckhållning levereras flytande med tankbil eller på gasflaskor. Med en kvävgasgenerator kan man producera sin egen kvävgas där den förbrukas. Kvävgasen produceras ur tryckluft och kan erhållas med en renhet från 95% upp till 99,999%. Detta eliminerar behovet av flaskgas eller flytande kvävgas och hantering av dessa samt ger en avbrottsfri tillgång på kvävgas. En kvävgasgenerator fungerar genom att syre tas bort från tryckluft antingen genom en selektiv filtrering av gaser genom ett membran eller med hjälp av adsorbenter i kammare. Vid tryckhållning av anläggningsdelar i energiproducerande anläggningar är det viktigt att kvävgasen är så ren som möjligt, helst 99,999%. Redan mycket små mängder föroreningar i form av syrgas kan ge allvarliga korrosionsskador. Det är lika mycket syre i 10 m³ kvävgas, med en renhet på 99,9%, som i 1 m³ oavgasat spädvatten. Det är viktigt att vara medveten om att risk för personskada vid läckage av kvävgas, framför allt vid arbete på pannans rökgassida, men även i pannhallen. Kvävgasen kan tränga bort luftens syre och kan bidra till kvävningsolyckor.
VÄRMEFORSK
29
4.3.2 Kemikalier
Hydrazin har historiskt sett varit det mest dominerande syrereduktionsmedlet. I nästan all litteratur om avställning och konservering av pannor och kringsystem anges dosering av hydrazin som ett alternativ. Hydrazin är en otrevlig kemikalie att hantera. Den är HKS-klassad vilket innebär att den är Hudgenomträngande, Kancerogen och Sensibiliserande. Fr.o.m. 1 juli 1997 flyttades hydrazin till den så kallade B-listan[1]. Det innebär att man måste ha tillstånd av Arbetsmiljöinspektionen för att få använda produkten. Tillstånd ges inte om det finns alternativa produkter som är mindre hälsovådliga. Rent tekniskt är hydrazin dock en utmärkt produkt för anläggningen varför den fortfarande används på många anläggningar runt om i världen. Det finns alternativa kemikalier som kan vara aktuella för konservering av avställda pannor. Val av kemikalie är beroende på förutsättningarna vid den aktuella anläggningen och måste avgöras från fall till fall. Några exempel på kemikalier som används vid konservering av pannor är: Karbohydrazid som säljs under handelsnamnet EliminOx, är ett av flera alternativ till hydrazin som har kommit ut på marknaden i samband med att hydrazin fasas ut. Karbohydrazid har bra syrereducerande egenskaper och påminner en hel i strukturen om hydrazin utan att ha hydrazinets hälsovådliga egenskaper. Karbohydrazid är ett flyktigt syrereduktionsmedel vilket innebär att den även kan ge ett korrosionsskydd i ångfasen. Nedbrytningsprodukterna är koldioxid, ammoniak och kvävgas. Karbohydrazid används på många anläggningar i samband med våtkonservering där den förutom att reducera inläckande syre även bidrar till att passivera metallytan. Då Karbohydrazid är en flyktig kemikalie kan halterna i pannvattnet relativt lätt sänkas vid uppstart genom att blåsa ånga över tak. Natriumsulfit är ett salt med bra syrereducerande egenskaper. Sulfit är inte flyktigt och ger därmed inget skydd i ångfasen av systemet. I de vattenberörda delarna av systemet erhålls dock ett bra korrosionsskydd. Sulfiten reagerar med syre varpå det bildas sulfat. Natriumsulfit är att det är en billig och förhållandevis harmlös kemikalie. Den höjer dock salthalten i pannvattnet och vid höga tryck kan det sönderdelas till svavelväte. Det är därför främst lämpligt som syrereduktionsmedel i mindre ång- och hetvattenpannor med låga tryck. Natriumsulfit kan inte användas för hängande, odränerbara överhettare. Vid dosering av saltbaserade syrereduktionsmedel, som t.ex. natriumsulfit, finns det en risk att salthalten (konduktiviteten) i systemet blir mycket hög. Det gäller framför allt när doseringsnivån är hög p.g.a. syreinläckage under konserveringsperioden. Det kan t.o.m. bli så att doseringen förvärrar situationen då vattnets korrosivitet ökar p.g.a. ökad konduktivitet. Det kan även vara aktuellt med vattenbyte under stilleståndet, p.g.a. hög
VÄRMEFORSK
30
salthalt, i system som våtkonserveras med saltbaserade kemikalier vid långa konserveringsperioder. Ammoniumbensoat är en korrosionsinhibitor som bildar ett tunt anodiskt skyddsskikt på ytor av svart stål. Bensoat som korrosionsinhibitor har används sedan länge och är bl.a. effektiv mot korrosion i vattenlinjen. Vid låg inhibitorkoncentration erhålls, till skillnad mot de flesta andra anodiska inhibitorer, snarare en allmän korrosion än de farliga lokala angreppen. Ammoniumbensoat kan användas vid både torr- och våtkonservering av pannanläggningar. Det finns endast ett fåtal referenser på den svenska marknaden men där produkten testats är erfarenheterna goda. Se även kapitel 4.1.5. Filmbildande aminer är en grupp korrosionsinhibitorer som bl.a. kan användas vid konservering. Dessa bildar ett tunt skyddsskikt på tuberna och förhindrar därmed att syre och/eller vätejoner (lågt pH-värde) kommer i kontakt med stålet. Det är viktigt att man är säker på vad man gör när man använder filmbildande aminer då dessa är vad man kallar en farlig inhibitor eftersom de aggressiva ämnena är kvar i vattnet. Om man har syre i vattnet och det blir en mikroskopisk blotta i skyddsfilmen angrips stålet på denna lilla yta av t.ex. allt syre. Det kan resultera i ett allvarligt korrosionsangrepp på kort tid.
4.3.3 Riskinventering vid våtkonservering
Kalldrag. I anläggningar som står varmhållna kan inläckage orsakas av kalldrag som lokalt ger låga temperaturer och trycksänkning i systemet. Oavsett om varmhållningen görs direkt med ånga eller via en värmeslinga måste systemet dimensioneras för att klara av alla störningar som kan uppstå under avställningsperioden. Recirkulation. Pannor och andra systemdelar som är våtkonserverade med syrereducerande kemikalier bör recirkuleras regelbundet för att doseringsnivån ska bli densamma i hela systemet. Det finns risk att ett inläckage av syre i en punkt förbrukar de tillsatta kemikalierna lokalt i anslutning till inläckaget. De vattenprov som tas ut för kontroll av halten syrereduktionsmedel görs troligtvis inte i denna punkt varpå ett felaktigt resultat erhålls och övervakningen blir långt ifrån den optimala. Höga kemikalienivåer i vattnet kan resultera i förorenad ånga. Vid uppstart måste halterna sänkas innan ånga kan tas till turbin. Halterna kan sänkas genom t.ex. utblåsning, ångblåsning eller med cirkulation över ett kondensatfilter beroende på förutsättningarna vid den aktuella anläggningen och vilka kemikalier som använts. Reglerna för utsläpp av vatten varierar mellan olika anläggningar. Kontrollera vilka regler som gäller vid den aktuella anläggningen innan vatten med höga halter kemikalier tappas ut ur systemet. Övervakning. Det är inte säkert att övervakning av vattenkvalitén med online-instrumentering fungerar när anläggningen är våtkonserverad. Trycket vid konservering
VÄRMEFORSK
31
är ofta betydligt lägre än vid drift vilket kan medföra att det inte kommer fram tillräckligt med vatten till instrumenten. I de flesta fall är manuell provtagning att föredra för övervakning av avställda pannor. Det kan innebära att separata provuttag för manuella vattenprover måste monteras. Frysrisk. Frysrisken vintertid får inte försummas.
VÄRMEFORSK
32
5 Praktiska erfarenheter från anläggningsägare
En utvald del av erfarenheterna som kom fram vid de intervjuer som gjordes i samband med besöken på anläggningarna samt de diskussioner förts med personer i branschen och representanter från olika anläggningar redovisas i detta kapitel. Resultaten ligger även till grund för rekommendationerna i kapitel 7. Bemötandet på anläggningarna var genomgående positivt och diskussionerna blev i flera fall långa och djupgående eftersom upptäckta brister helst skulle lösas vid sittande bord. En del erfarenheter från anläggningsägarna presenteras under ”Övriga synpunkter” i kapitel 4.1.7. och 4.3.3. där de på ett naturligt sätt passar in i sammanhanget.
5.1 Allmänt
Vid några anläggningar hade nya avställningsrutiner tagits fram p.g.a. skador orsakade av stillståndskorrosion. På många anläggningar är den krassa verkligheten tyvärr så att det måste till en driftstörning eller skadefall för att avställningsproblematiken ska tas på allvar. Gemensamt för nästan alla kraftvärmeanläggningar var att avställningsrutinerna för de långa stoppen, i samband med revision sommartid, var väl genomtänka och fungerade tillfredsställande. Efterfrågan på energi från många fjärrvärmeanläggningar varierar kraftigt under året. Lasten varierar med utetemperaturen och en del pannor kan t.ex. stå avställda vissa tider på dygnet eller när utetemperaturen stiger över en viss temperatur. Avställningsrutiner för dessa driftsfall saknas på flera anläggningar. Inom industrin är de flesta pannor i drift jämt. På vissa anläggningar finns reservpannor med mycket kort startberedskap för att inte produktionen ska äventyras vid en eventuell driftstörning. Det är vanligt förekommande att dessa pannor står varma och tryckhålls via ångnätet. Dessa rutiner är också oftast väl genomtänkta och fungerande. När det gäller avställningsrutiner för kortare stopp pga. av reparationer eller driftstörningar saknas ofta bra avställningsrutiner såväl inom industrin som inom kraftvärmebranschen.
VÄRMEFORSK
33
5.2 Instruktioner
Vid en tredjedel av anläggningar som besöktes saknades skrivna instruktioner för avställning och konservering. Endast tre anläggningar hade instruktioner som var uppdaterade på 2000-talet. Man tyckte att det räckte med sunt förnuft. Ventillistor som visar vilka ventiler som öppnats respektive stängts fanns inte heller vid alla anläggningar. De skrivna rutinerna omfattade i allmänhet bara avställning och konservering av anläggningen i samband med sommarstopp eller revisionsperioder. Rutiner och instruktioner för korta stopp, pannor i startberedskap eller stopp i samband med driftstörningar och haverier saknas på de flesta anläggningarna. Vid Värtaverket i Stockholm tillämpas en konserveringstrappa för torrkonservering av pannorna i KVV6. Varje steg är detaljerat beskrivet i instruktionen med ventillistor och steg för steg handledning.
DAG 1 2 3 4 5 6 7 8 9
Driftfall 1
Driftfall 2
Driftfall 3
Driftfall 4
Driftfall 5
Driftfall 6a
Driftfall 6b
Driftfall 7
Driftsfall 1 tar ca 1,5 dygn Driftsfall 5 tar ca 5 dygnDriftsfall 2 tar ca 1,5 dygn Driftsfall 6a tar ca 2 dygnDriftsfall 3 tar ca 2,5 dygn Driftsfall 6b tar ca 2 dygnDriftsfall 4 tar ca 2 dygn Driftsfall 7 tar ca 2 dygn
P4/P5
P4/P5
MP, nödmavaledningar
Clayton
Hjälpånga med flera system
Huvudånga/ nmavaledningar
KRA
KONDENSAT
Figur 9. Översikt av olika moment i konserveringen
Figure 9. Lay-up step-by-step overview
Varje år uppdateras instruktionen utifrån de erfarenheter som erhålls vid konserveringen i syfte att förbättra rutinerna och korta ner tiden för avställning.
VÄRMEFORSK
34
Karlshamnsverket är ett oljeeldat kondenskraftverk som körs intermittent beroende på elbehovet på marknaden. Det innebär att verket ofta är konserverat men med kort startberedskap, 2 - 48 h. Vid startberedskap över 24 h är anläggningen torrkonserverad. I kontrollrummet sitter scheman med nålar i olika färger, som marker status på ventiler och pumpar, för att ge bra överblick av anläggningen.
Figur 10. Schema över anläggningen
Figure 10. Plant lay-out
Vid kraftvärmeverket i Västerås konserveras vissa anläggningsdelar torrt medan andra våtkonserveras. I kontrollrummet finns scheman som täcker hela pannan med kringliggande system där ledningarna färgkodats beroende på konserveringsmetod. Det ger en bra och tydlig överblick över anläggningen som minskar risken för missförstånd.
VÄRMEFORSK
35
5.3 Uppstart
5.3.1 Ny anläggning
En ny ångpanna provtrycks i regel flera månader före idrifttagning. I samband med den första fyllningen av en panna är det av största vikt att det finns ett genomtänkt konserveringsprogram. Vattenkvalitet, doseringskemikalier och hur vattnet pumpas in i systemet m.m. måste planeras. Det rekommenderas att man använder avsaltat och avgasat vatten som är pH-justerat med ett flyktig alkaliseringsmedel. Till vissa delar, t.ex. hängande överhettare bör man också tillsätta ett syrereduktionsmedel. Ångfas-korrosionsinhibitorer har använts med bra resultat vid ombyggnader, för att skydda lösa panndelar efter betning tills de monterats i pannan, vid ett par anläggningar i Sverige. I USA och Europa förkommer det att man använder denna typ av kemikalier för at skydda systemet från det att pannan betats fram till dess att pannan kan köras i kontinuerlig drift. För kontroll av kemikaliekoncentrationer är det en fördel (ofta en förutsättning) att systemet går att cirkulera. Det är tyvärr inte ovanligt att denna möjlighet saknas. Vid upphandling av en ny panna bör man se till att det finns ett system, eller åtminstone mekaniska anslutningar, för detta. Felaktiga rutiner i samband med uppstart av en ny anläggning ger korrosionsangrepp som i framtiden kan utgöra den svaga punkt där korrosion, vid driftstörningar och avställning, kommer att fortsätta.
5.3.2 Uppstart efter avställning
Vid ett par anläggningar fylldes pannorna med oavgasat vatten. Orsaken var vid den ena anläggningen att matarvattentemperaturen var så hög, 160°C, att man fick problem med kokning vid uppfyllning med matarvatten. Medveten om konsekvenserna hade man kommit fram till att det trots allt var bättre att fylla med oavgasat spädvatten. Det gjordes ju bara en gång per år. Vid en annan anläggning resonerade man som så att när anläggningen fylldes med varmt matarvatten blev temperaturspänningarna i pannan onödigt stora. Pannan fylls med oavgasat spädvatten med en temperatur på 30°C vilket ger en jämnare temperaturbelastning på pannan. Detta visar att det finns undantag till den allmänna rekommendationen att alltid fylla systemet med avgasat matarvatten. Det förutsätter dock att man vet vad man gör och att det finns kunskap på företaget att bedöma riskerna för och emot. Det finns även anläggningar där man fyller pannan med oavgasat vatten bara för att vinna tid utan att ha tänkt igenom vad man gör. Det resulterar ofta i en försämrad vattenkvalitet och korrosionsproblem.
VÄRMEFORSK
36
Vid en anläggning sköljdes kondensorerna 2-3 gånger med rent vatten, på ångsidan, för få ett renare kondensat vid uppstart efter varje revisionsperiod. Det är vanligt med hjälpångpannor på anläggningar som inte har tillgång på ånga när anläggningen står. Det räcker ofta med en liten el-ångpanna för att kunna avgasa matarvattnet inför uppstarten. Vid Karlshamnsverket finns två hjälpångpannor på vardera 25 MW för att snabbt kunna ta den torrkonserverade anläggningen i drift. Vid ett kraftvärmeverk motiverade man en ny precoatfilteranläggning med att det innebär att man snabbare kan komma igång efter en turbintripp och samtidigt minska risken för att få in föroreningar i matarvattnet. Vid återstart efter en turbintripp måste kondensatet dumpas under 2-4 h innan kvalitén är tillräckligt bra för att återföra till matarvattentanken. Med ett kondensatfilter kan tiden minskas till mindre än 30 minuter. Det tar som regel ett par dygn innan vattenkemin kommer i balans efter uppstart av anläggningen. Analysvärde avseende järn, kisel och sur konduktivitet är högre. Det är viktigt att påpeka att en hög järnhalt i pannvattnet måste sänkas genom ökad bottenblåsning. Vid oförändrad bottenblåsning kommer järnhalten också att sjunka i pannvattnet men det innebär inte att järnet avlägsnats ur systemet utan att det fastnat på de värmeöverförande ytorna i pannan.
5.4 Långvariga stopp
På många platser står det mindre pannor för fjärrvärmeproduktion i stand-by för att användas om baslastpannorna fallerar. Dessa pannor kan stå mycket långa perioder utan att vara i drift. Direktkopplade pannor, dvs. pannor som saknar värmeväxlare, kan med fördel tryckhållas via fjärrvärmenätets tryck, med eller utan cirkulation av fjärrvärmevatten genom pannan. Pannor med primärkrets och värmeväxlare kan också med fördel tryckhållas med fjärrvärmevatten via en ledning mellan fjärrvärmesystemet och matarvattenledningen. Det gäller såväl hetvattenpannor som ångpannor. Vid Farsta Värmeverk har man kopplat bort vattenreningsanläggning och matarvattentank och använder fjärrvärmevatten såväl för tryckhållning då pannorna inte är i drift som för spädmatning vid drift. Det förutsätter dock att spädmatningen till nätet sker från en annan anläggning. Konstruktionen i många äldre anläggningar medför att de inte kan torrkonserveras. Vissa delar av systemet går inte att dränera eller hålla tömda under hela avställningsperioden. Vid Kraftvärmeverket i Västerås finns två pannor med högtrycksförvärmare som inte går att dränera. De konserveras genom att vattnet får vara kvar i förvärmaren och pH-värdet justerar upp med ammoniak till pH ~10,5. Vattnet cirkuleras i en egen krets
VÄRMEFORSK
37
under doseringen. Därefter stoppas cirkulationen och vattnet får stå kvar i högtrycksförvärmaren. Erfarenheterna är goda, första läckan uppstod först efter 35 år. När Västhamnsverket Helsingborg togs i drift 1982 saknades avställningsrutiner för vissa anläggningsdelar. Efter endast ett par år uppstod läckage i värmekondensorerna som behövde tubas om. Nya rutiner togs fram och sedan dess våtkonserveras sekundärsidan av varmkondensorerna genom att natriumsulfit doseras till fjärrvärmevattnet på sekundärsidan och ventilerna mot fjärrvärmenätet stängs. Det sulfitdoserade vattnet cirkuleras genom kondensorn. Efter att dessa åtgärder genomförts har inga kondensorläckor uppstått.
Natriumsulfit
Figur 11. Våtkonservering av värmekondensorns sekundärsida
Figure 11. Condenser secondary side wet lay-up
VÄRMEFORSK
38
5.4.1 Gruvöns Sågverk
Vid Stora Enso Timber Gruvöns Sågverk kopplades fjärrvärme in för 6-7 år sedan. Det innebar att pannorna, en barkpanna och en mindre oljepanna, konserverades för att köra 1-2 veckor per år då pappersbruket har revision. Barkpannan är på 10 MW och producerar 10 barsånga till en kondensor som värmer hetvattensystemet. De första åren konserverades pannorna genom att toppfyllas, sedan fick de fick stå trycklösa. En hel del korrosion kunde ses i pannorna i samband med revision. För tre år sedan provade man att dosera Protecsol, dvs. ammoniumbensoat. Efter ett års konservering gjordes en invändig inspektion av DNV. Besiktningsmannen trodde att pannan blivit kemiskt rengjord. Beläggningar och krustor var borta och vattensidan av pannan var täckt av ett till synes bra magnetitskikt. De positiva resultaten har resulterat i att man fortsatt att konservera med ammoniumbensoat. Pannan överfylls så att ång- och kondensatsystemet och matarvattentank fylls med uppdoserat vatten. Det går åt ca 50 liter kemikalie till hela systemet. Vid uppstart efter konservering tappas systemet på vatten till normal nivå varpå pannan startas. En ökad bottenblåsning är allt som behövs för att av nå bra driftvärden på vattenkemin. Uppstarten tar ca 5 h till ångproduktion. Inför den årliga invändiga besiktningen eldas pannan upp till ca 2 bar varpå pannan töms. Det räcker för att allt vatten i systemet ska avdunsta och pannan blir torr under stoppet. Någon torkluft appliceras inte.
VÄRMEFORSK
39
5.5 Korta stopp
På kraftvärmeanläggningarna är det vanligt förekommande med tryckhållning med kvävgas, framför allt i samband med kortare stopp. Det anses som en enkel och kostnadseffektiv metod. Tidigare har våtkonservering med höga halter hydrazin använts flitigt. I och med att användningen av hydrazin inte längre är ett alternativ, har våtkonservering utan kemikalier med kvävgas för tryckhållning blivit den vanligaste konserveringsmetoden för kortare avställningsperioder. Det är tyvärr inte ovanligt att pannor får stå avställda utan tryck eller kemikaliedosering i samband med kortare stopp eller reparationsarbete. Vid en anläggning med hetvattenpannor har korrosionsmätsonder installerats efter panncirkulationspumparna. När trycket försvinner läcker syre (luft) in i pannan och korrosionen tar fart. Kurvan nedan visar tydligt hur korrosion och tryck hänger ihop. Vid trycklös pannan är korrosionen mycket hög. Redan vid en liten ökning i tryck sjunker korrosionsnivån rejält.
Figur 12. Förhållandet mellan korrosion och tryck i en hetvattenpanna
Figure 12. Relation between corrosion and pressure in a water boiler
VÄRMEFORSK
40
Det förekommer att pannor och matarvattentankar fylls med kallt oavgasat spädvatten i samband med ett haveri för att snabbt sänka temperaturen så man snabbt ska kunna komma in i panna eller matarvattentank och göra de reparationer som är nödvändiga. Detta är inte något som rekommenderas. En gång kan det kanske vara enda lösningen om resten av fabriken är beroende av ångproduktion men vid anläggningar där det är gängse rutin för att det anses som det enklaste förfarandet kommer korrosionsproblemen att bli ödesdigra med tiden. Detsamma gäller tryckhållning med kallt oavgasat spädvatten. All tryckhållning med vatten måste göras med avgasat vatten som matarvatten, fjärrvärmevatten eller i vissa fall kondensat.
5.6 Upplevda problem och störningar
I samband med avställning och konservering av pannanläggningarna uppstår problem och störningar. Några av de som framkom vid besöken på anläggningarna redovisas här. Inläckage i kondensorer gav fukt upp i turbin med korrosion som följd. Bättre övervakning har införts vid anläggningen för att det inte ska ske igen. Bilden nedan visar stilleståndskorrosion i en turbin vid en anläggning i Sydeuropa. Det är ett exempel på en skada i en avställd anläggning orsakade av saltutfällningar.
Figur 13. Stilleståndskorrosion i en turbin
Figure 13. Lay-up turbine corrosion
VÄRMEFORSK
41
Det kunde konstateras att angreppen i skovlarna och i motsvarande mellanvägg orsakats av en aggressiv beläggning innehållande klorider och sulfater. Beläggningen var resultatet av en olämplig ångkemi och bristande övervakning. Materialet i skovlar och ledskenor var ett ferritiskt rostfritt stål med 12 % krom. Tilläggas bör att det här turbinsteget var i kontakt med torr överhettad ånga vid drift så angreppen måste ha tillkommit under stillestånd. Läckage i kondensorer och värmeväxlare är vanligt förekommande. Det finns anläggningar där kondensorer och värmeväxlarna bytts med ca 10 års mellanrum samtidigt som det finns anläggningar där första läckan uppstått efter 30 års drift. Det kan konstateras att vid de anläggningar där det finns bra avställningsrutiner och där driftledningen är engagerad i vattenkemifrågorna håller kondensorerna längst. När en baslastpanna vid ett kraftvärmeverk togs ur drift p.g.a. att det inte fanns tillräckligt värmeunderlag upptäcktes att det inte gick att tryckhålla pannan. Den var helt enkelt inte konstruerad för stillestånd utan man hade förutsatt att den alltid skulle vara i drift. Köldbryggor i rökgaskanalen gav kondens på ytan inne i kanalen med korrosion som följd. Ett sätt att åtgärda problemet är att måla de utsatta ytorna eller belägga dem med ett rostfritt material.
VÄRMEFORSK
42
5.7 Uppföljning och övervakning
Övervakning av torrkonserverade pannor görs på flera olika sätt, mer eller mindre bra. En vanligt förekommande rutin är att en gång i månaden rondera och mäta luftfuktigheten i de punkter där den torra luften blåses ut ur systemet. Mätning av luftfuktigheten en gång i månaden är i minsta laget, speciellt om man inte reagerar redan vid små avvikelser från det normala. Anläggningen kan då utsättas för en hög relativ luftfuktighet under en lång period innan någon reagerar. Genom att mäta fukthalten regelbundet, dokumentera värdena och utvärdera trenderna kan man upptäcka inläckage av vatten på ett tidigt stadium. Bilden nedan visar dokumentation av luftfuktighet vid ett värmeverk.
Fuktmätning i luften och vid Munthertorkar i Pannhallen HVCMätes 1 ggr/vecka
DatumOP1, AH00-501V-019 OP1, AH00-501V-022 OP2, AH00-502V-019
Avluftning Pannvatten Avluftning Pannvatten Avluftning PannvattenVäxlare OP1 Returväxlare OP1 Växlare OP22-a vänster 3-e vänster 2-a vänster
2006-09-22 38 38 402006-10-05 44 37 352006-10-13 38 36 332006-10-20 38 36 342006-10-27 41 37 352006-11-03 27 32 302006-11-10 30 33 302006-11-14 30 34 322006-11-22 34 36 32
Figur 14. Fuktmätning på en torrkonserverad anläggning
Figure 14. Dry lay-up relative humidity control
På några anläggningar hade man installerat fasta hydrometrar för att lätt upptäcka förhöjd luftfuktighet i vid rondering. Det ger en bra funktion under förutsättning att alla vet vilket riktvärde som gäller för anläggningen och vad man ska göra om riktvärdet överskrids. Ingen av de besökta anläggningarna hade on-linemätning av luftfuktigheten på utgående luft. Provtagning på våtkonserverade pannor kan många gånger inte göras via samma provuttag som vid drift. Andra tryckförhållanden, ofta betydligt lägre än vid drift, medför att det kan vara svårt att få ut vatten vid de provtagningskylare som används vid drift. Det medför också att eventuella on-lineinstrument inte kan användas. På en anläggning togs prov ut regelbundet på de våtkonserverade pannorna i anläggningen. Vattnet cirkulerades dock inte vilket i praktiken innebar att man inte hade kontroll över vattenkemin och konserveringen trots en relativt stor arbetsinsats.
VÄRMEFORSK
43
6 Diskussion
Konservering av pannor är i teorin ett ganska enkelt förfarande. Det handlar i princip om att undvika kombinationen vatten och syre på stålytorna i systemet. Vid torrkonservering gäller det att åstadkomma en torr och fuktfri miljö. Stålet kan inte korrodera i den syrerika miljön (luft) utan närvaro av vatten (fukt). Alternativt kan systemet fyllas med kvävgas för att ersätta luften och på så vis eliminera närvaro av syre. Vid våtkonservering gäller det att åstadkomma en syrefri miljö. Det kan erhållas genom att man håller ett övertryck i systemet, hela tiden, för att undvika att syre (luft) tränger tränga in eller genom att tillsätta syrereducerande kemikalier. Svårigheten att upprätta dessa förhållanden är sällan tekniska. Problemet är snarare brist på kunskap, engagemang eller ett kortsiktigt ekonomiskt tänkande. Det framkommer tydligt vid intervjuerna att driftledningens engagemang spelar stor roll. I anläggningar där man tar frågorna om avställning och konservering på allvar är störningar och skador orsakade av stillståndskorrosion mindre förekommande. Många anläggningsägare tror att de har bra rutiner för avställning och konservering av sina anläggningar. I många fall omfattar rutinerna endast långa planerade stopp. Det kan kanske tyckas vara viktigast då det rör sig om en lång period. Men även frekvensen av stoppen har stor betydelse. Med felaktiga rutiner kan ett antal kortare stopp ge minst lika allvarliga skador som ett lägre stopp. Några missuppfattningar som framkommit vid besöken på anläggningarna är att: • Det är väl inte så noga med tryckhållningen. Om vi håller pannan trycksatt större
delen av tiden för avställningen så räcker det väl. • Vår panna är inte tryckhållen. Vi varmhåller pannan, ca 70°C, istället. Som nämnts tidigare i rapporten är det viktigaste, vid våtkonservering utan kemikalier, att hålla pannan trycksatt hela tiden. Så fort trycket försvinner läcker syre in och korrosionsangrepp påbörjas. Se figur 12. Temperaturen däremot har ingen betydelse ur korrosionsskydds synpunkt. Så länge pannan är trycksatt spelar det ingen roll om pannan är varm eller håller rumstemperatur. Övervakningen av konserverade anläggningar är i många fall bristfällig, ofta pga. okunskap eller bristfällig information. Rutiner finns ofta men följs inte alltid på ett korrekt sätt. Genom att installera hygrometrar on-line med larmfunktion skulle en bra övervakning av torrkonserverade pannor kunna erhållas.
VÄRMEFORSK
44
Våtkonserverade pannor som står tryckhållna bör ha en larmfunktion på lågt tryck. Tryckmätare finns som regel redan i domen så det borde vara ett enkelt sätt att få en bra kontroll över konserveringen. Att det är viktigt att ta ut prov på pannvattnet även på konserverade pannor vet de flesta. Däremot kan det vara lite si och så med hur provet tas ut. Vikten av representativ provtagning anses tyvärr inte alltid lika viktigt då pannan inte är i drift. Vid flera anläggningar tas prov ut från avluftningar eller avtappningar som inte är lämpade för representativ provtagning. Ska bara pH-värde, konduktivitet eller överskott av ett syrereduktionsmedel kontrolleras är det kanske ok. I de fall järn- och kopparhalt ska bestämmas eller milliporefiltrering göras måste provtagningsutrustningen vara utförd på samma sätt som för pannor vid drift. Fungerande rutiner med avseende på konservering bygger på kännedom om den egna anläggningen och vilka följder en felaktig avställning kan innebära. Bästa förutsättningarna för en anläggning med lång livslängd erhålls när man systematiskt arbetar med att förbättra och utvärdera arbetet utifrån de behov och förutsättningar som finns. Ett bra exempel är KVV 6 Värtaverket. Där görs en årlig uppföljning av hur arbetet med sommarens konservering gått, vad som kan förbättras etc. Undersökningen visar att det finns undantag till den allmänna rekommendationen att alltid fylla upp systemet med avgasat matarvatten efter ett stopp som inneburit att systemet tömts på vatten. Det förutsätter dock att man vet vad man gör och att det finns kunskap på företaget att bedöma riskerna för och emot. Intressant att notera är att när hydrazin inte längre kan användas för konservering är det inte nya syrereduktionsmedel som ersatt hydrazinet. Andra lösningar såsom tryckhållning med kvävgas eller syrefritt vatten (matarvatten eller fjärrvärmevatten) har fått en allt större användning. Torrkonservering av anläggningar har också ökat i och med att hydrazin inte längre kan användas.
VÄRMEFORSK
45
7 Slutsatser och rekommendationer
Felaktiga rutiner vid avställning och konservering står för en stor del av korrosionsskadorna på svenska energianläggningar. Övervakning av såväl torr- som våtkonserverade system är en essentiell del av dessa rutiner. Vid all torrkonservering med torkad luft är det viktigt hitta rätt anslutningspunkter för torkaggregaten. En felaktig installation kan medföra att fukt sprider sig i systemet och ger värre skador än om inget torkaggregat skulle ha använts. Hänsyn måste tas till förutsättningarna vid den aktuella anläggningen. Nedan presenteras ett generellt schema för att underlätta val av avställningsmetod beroende av bl.a. stilleståndets längd, startberedskap och om anläggningen kommer att tömmas på vatten för underhåll eller reparation.
JA
NEJ
JA
JAJA
JA
Ska anläggningen stå längre än 2 h?
Är det rimligt med tanke på tiden för
uppstart?
Behövs ingrepp som innebär att luft kan
tränga in i systemet?
Går systemet att tömma helt på
vatten?
Välj våtkonservering
och tryckhåll med kvävgas eller vatten.
Välj torrkonservering
töm varmt och torka med torrluftaggregat
Välj våtkonservering
med syrereducerande kemikalier
Välj våtkonservering
och tryckhåll genom uppvärmning
Går det att upprätthålla övertryck
i systemet?
Ska anläggningen kunna startas påmycket kort tid?
JA
Någon konservering behövs normal inte.
NEJ
Val av konserveringsmetod
JA NEJ
•Töm pannan varm• Gör ingreppet snabbt •Fyll upp snarast•Fortsätt
JA
JA
NEJ
NEJ
NEJ
Figur 15. Beslutsträd för att välja tillvägagångssätt vid avställning
Figure 15. Lay-up Decision Tree
I rekommendationerna som följer ges förslag på hur vald konserveringsmetod kan genomföras. Se även kapitel 4 för mer information om respektive konserveringsmetod.
VÄRMEFORSK
46
7.1 Ny anläggning
En ny ångpanna provtrycks i regel flera månader före driftsättningen. Det är tyvärr nödvändigt med frekventa start och stopp av pannan med trycklöst system däremellan i samband med driftsättning av en ny pannanläggning. I samband med den första fyllningen av en panna är det av största vikt att det finns ett genomtänkt konserveringsprogram som täcker tiden från första uppfyllningen och fram tills dess att pannan är klar för provdrift. Felaktiga rutiner i samband med uppstart av en ny anläggning ger korrosionsangrepp som i framtiden kan utgöra den svaga punkt där korrosion, vid driftstörningar och avställning, kommer att fortsätta. Hängande överhettare samt överhettare utan avluftare är i princip omöjliga att både fylla och tömma. I samband med provtryckning bör de fyllas så gott det går med avsaltat vatten pH-justerat med ammoniak till pH 10 och lämpligt syrereduktionsmedel. Ett sätt att skydda systemet i samband med driftsättning kan vara att dosera en ångfaskorrosionsinhibitor, t.ex. ammoniumbensoat, som ger ett korrosionsskydd i såväl de vatten- som ångberörda delarna av systemet. Se även kapitel 4.3.2.
7.2 Pannor
7.2.1 Avställning
Tömning av pannor bör i största möjliga utsträckning ske med varm panna och under tryck för att säkerställa att så lite vatten som möjligt blir kvar i pannan. Det gäller alla pannor oavsett om det är små direktkopplade hetvattenpannor på ett fjärrvärmenät, industriångpannor eller stora kraftverkspannor. Pannor som stått våtkonserverade med kallt vatten bör eldas på innan vattnet töms ur. Det medför ett extra arbetsmoment och kostnad för bränsle men lönar sig i längden. Torkluftaggregat bör kopplas in så snart pannan är tömd på vatten för att utnyttja energiinnehållet i pannan till att förånga kvarstående vatten och därmed snabbt torka ur systemet. Eventuella reparationsarbeten eller underhållsarbeten som innebär ingrepp i rörsystem eller liknande får inte påbörjas innan det kan dokumenteras att pannan är fri från fukt. I de fall pannan inte kan tömmas varm och under tryck tar torkningen betydligt längre tid då all fukt måste tas upp av den torkade luften för att transporteras ut ur systemet. Eventuella vattensamlingar kan hindra den strömmande torra luften och det kan ta lång tid innan allt vatten avdunstat. Detta är i praktiken omöjligt i de flesta fall.
VÄRMEFORSK
47
Vid t.ex. en tubläcka eller annan driftstörning som kräver en snabb insats med tömd panna kan åtgärderna påbörjas så snart pannan är tömd och därefter återfyllas och driftsättas så fort som möjligt. Pannor som ställs av för att våtkonserveras bör bottenblåsas kraftigt, under drift, timmarna innan nedeldningen påbörjas. Genom att avlägsna slam och sänka konduktiviteten på pannvattnet, som kommer stå kvar i pannan, under konserveringen minskar risken för stilleståndskorrosion. Kravet på ökad bottenblåsning i samband med avställning ökar med lägre kvalitet på spädvattnet och är störst vid hög salthalt och/eller höga halter organiskt material i spädvattnet. Det gäller även anläggningar med höga järnhalter i pannvattnet.
7.2.2 Konservering
Hur en panna ska konserveras avgörs av en rad faktorer, t.ex: • konstruktion • vilka systemdelar som skall omfattas av konserveringen • avställningsperiodens längd • startberedskap • reparations- och underhållsbehov
Torrkonservering med inkopplat torrluftsaggregat är att föredra i de flesta fall där det är tekniskt möjligt att genomföra. Luftfuktigheten är lätt att övervaka och risken för störningar är liten. En rätt utförd våtkonservering med tryckhållning är också ett bra alternativ. Det är dock viktigt att inte tappa övertrycket i systemet. Så fort övertrycket försvinner tränger syre in med korrosion som följd. Jmf. figur 12. Vissa pannor står i startberedskap och måste kunna startas på kort tid. Det kan t.ex. vara industripannor som snabbt måste kunna startas för att inte äventyra produktionen i fabriken eller hetvattenpannor kopplade till ett fjärrvärmesystem. Här är det bästa alternativet varmhållning med ånga eller annan värmekälla. Pannor som inte kan tömmas helt på vatten p.g.a. konstruktion med hängande tuber eller lågpunkter som inte kan dräneras måste våtkonserveras. Reparationer etc. som innebär att pannan måste tömmas på vatten bör genomföras så fort som möjligt varpå pannan återfylls med vatten direkt för att återstarta eller våtkonservera pannan. Eventuellt kan pannan doseras upp med lämpligt syrereduktionsmedel före tömning för att försöka minska korrosionen under tiden arbetet pågår. Vid våtkonservering under längre perioder bör det finnas möjlighet att cirkulera vattnet i pannan. Det kan åstadkommas antingen med hjälp av panncirkulationspumpen eller med en särskild cirkulationspump i en egen krets. Det finns flera exempel på kraftverkspannor, med en startberedskap på mindre än 8 h, som står torrkonserverade med inkopplade torkaggregat.
VÄRMEFORSK
48
7.2.3 Uppstart
Rutiner för uppstart av anläggningen efter ett stopp får inte försummas. Risken för korrosion är ofta betydligt större vid uppstart än vid normal drift. Flera faktorer ger en negativ inverkan:
• Vibrationer och temperaturförändringar ger en ökad mekanisk och termisk påverkan på materialet
• Transport av korrosionsprodukter är högre än vid drift vilket bidrar till utfällning i systemet.
• Korrosionsprodukter från kondensatsystemet transporteras till pannan. • Ångkvalitén är sämre innan konstanta driftförhållanden uppnåtts. • Inte ovanligt med syre i vattnet. • Ofta för hög eller för låg kemikaliedosering. • Vattenkemin är inte i balans.
Uppstart av en avställd panna kräver ökad övervakning av vattenkvalitén. Under stilleståndet kan föroreningar ha släppt i systemet eller trängt in från den omgivande atmosfären via kondensorläckage eller via luftinläckage i samband med arbeten i systemet etc. I anläggningar med kondensatrening måste jonbytesfilter regenereras och precoatfilter beläggas i god tid före idrifttagning. Det är som regel i samband med uppstart som kondensatfiltren fyller störst funktion. Vattenfyllda pannor kan som regel startas direkt. Om höga halter kemikalier tillsats under konserveringen kan det vara aktuellt med ökad bottenblåsning och/eller omfattande friblåsning av ånga över tak för att sänka halterna innan anläggningen kopplas in på ångnätet. Torrkonserverade pannor eller pannor som tömts för reparation eller underhåll bör fyllas med avgasat matarvatten, eventuellt kan kondensat från en annan panna användas. Vid lite större anläggningar, där det inte finns tillgång på ånga för avgasning av matarvatten när pannan är avställd, bör en hjälpångpanna installeras. Hjälpångan kan även användas för tryckhållning etc. Generellt rekommenderas att pannan fylls med avgasat matarvatten efter ett stopp med tömd panna. Det finns undantag men dessa förutsätter att man vet vad man gör och att det finns kunskap på företaget att bedöma riskerna för och emot. Se kapitel 5.3.2 Järnhalten i pannvattnet är ofta hög efter ett stopp. Det kan behövas en rejält förhöjd bottenblåsning av pannan i samband med uppstart för att snabbt sänka järnhalten till normal driftsnivå.
VÄRMEFORSK
49
Även järnhalten i kondensatet blir hög i samband med uppstart. I anläggningar utan kondensatrening måste kondensat med höga järnhalter dumpas, dvs. släppas till avlopp, tills järnhalten sjunkit under ett acceptabelt värde. Se riktvärden, kapitel 8. Installation av ett kondensatfilter förkortar uppstartstiden och mängden kondensat som måste dumpas. Vid större kraftverksanläggningar pumpas ofta matarvattnet, via en mindre cirkulationskrets, över kondensatfiltret för att erhålla ett vatten av bra kvalitet.
7.3 Överhettare
Överhettarna torrkonserveras som regel. Den lilla mängd vatten som kan stå kvar i överhettarna torkar som regel av energin (värmen) som finns kvar i pannan. Fuktig luft eller felaktiga avställningsrutiner kan medföra att vatten kondenserar ut i överhettartuberna med korrosion som följd. Torkad luft kan tas från pannan eller turbinen och ledas genom överhettarna för att säkerställa att ingen fukt kondenserar ut här vid torrkonservering. Vid våtkonservering där pannan tryckhålls med kvävgas kan med fördel även överhettaren fyllas med kvävgas. I en panna som tryckhålls med ånga kan även överhettaren tryckhållas på detta sätt.
7.4 Matarvattensystem
Det är inte ovanligt att matarvattentanken måste vara vattenfylld under perioden då panna och övriga anläggningsdelar ställs av och torrkonserveras. Matarvattentanken kanske även försörjer andra pannor eller ett fjärrvärmenät och kan därför inte tömmas annat än vid lagstadgad besiktning. Det är viktigt att tänka på gränsdragningen mellan torr- och våtkonserverade anläggningsdelar. Dubbla ventiler med mellanliggande dränering säkerställer att vatten från den vattenfyllda delen av systemet inte kommer in i den torrkonserverade delen. Även matarvattentanken bör tömmas från varmt tillstånd vid torrkonservering eller tömning i samband med besiktning eller liknande. Vatten blir ofta stående kvar i botten av matarvattentanken och bör avlägsnas så fort som möjligt. Eventuellt slam eller korrosionsprodukter som kan finnas på botten av matarvattentanken måste givetvis avlägsnas innan tanken återfylls med vatten. En tömd matarvattentank kan torrkonserveras genom att torkad luft leds från pannan via ekonomiser och matarvattenledning. Detta ger ett bra skydd även av matarvattenförvärmarens vattensida. Eventuellt måste en eller flera backventiler tas bort eller vändas för att inte hindra luftströmmen.
VÄRMEFORSK
50
Matarvattentanken kan givetvis även våtkonserveras. Det görs lämpligen genom att lägga på en kvävgaskudde i tanken. Ångsidan på matarvattenförvärmaren får inte glömmas bort.
7.5 Turbin
Turbinen kan inte fyllas med vatten utan måste torrkonserveras. Vid avställningsperioder som är längre än ett par dagar rekommenderas att ett torkluftsaggregat kopplas in. Vid torrkonservering är det viktigt att det är tätt mot ett eventuellt mottryckssystem. Fukt kan annars komma in via avtappning eller mottrycksledning. Beläggningar innehållande klorider och sulfater, orsakade av en undermålig ång- och/eller vattenkemi och bristande övervakning, kan ge allvarliga skador i turbinen vid stillestånd. Under drift är betingelserna vanligtvis sådana att korrosion inte uppstår i de delar som är i kontakt med torr överhettad ånga, men då turbinen stoppas kommer luft in i systemet vilket kan ge en fuktig syrerik miljö också i dessa områden. Salthaltiga hygroskopiska beläggningar kan dessutom ta upp fukt ur luften, speciellt om ett torrluftsaggregat inte är inkopplat, vilket medför korrosionsangrepp också i komponenter av högre legerade material. Se figur 13. Det finns även möjlighet att skydda en ångturbin vid stillestånd genom att hålla vakuum. Det tillämpas ibland och kan t.ex. vara aktuellt om man startar och stoppar ofta. Det förutsätter att spärrångsystemet och ejektorn är i drift. Spärrångan utgörs av överhettad ånga, vanligtvis med ett tryck på minst 7 bar. För en ångturbin på 50-70 MW uppskattas ångförbrukningen till 0,1-0,2 kg/s. En fördel, framför allt vid kortare stopp, är att förfarandet håller turbinen varm vilket medför att den går snabbare att starta upp. Systemet kan kylas för att det inte ska bli för varmt. Det kan t.ex. ske via läckagekondensorn, via kylning från mincirkulationen i kondensatsystemet och/eller sprayvattnet till LT-turbinen. Ett alternativ som inte använts så ofta, men som borde kunna vara en intressant metod, är kvävgasfyllning. Denna metod innebär att man släcker vakuumet i turbinen med kvävgas i samband med avställningen. Detta skulle eliminera stilleståndskorrosionen av turbinen och ångsidan av kondensorn. Kvävgasförbrukningen kommer till stor del att bero på volymen av turbinen och ångsidan av kondensorn. Ett måttligt övertryck, ca 0,5 bar, med kvävgas skulle medföra ett visst läckage genom axeltätningarna men läckaget skulle antagligen vara relativt litet och nästan försumbart, utom vid långa stopp, även om spärrångsystemet inte är i drift. Ejektorn ska naturligtvis inte vara igång.
VÄRMEFORSK
51
7.6 Varmkondensorer och hetvattenväxlare
Primärsidan av varmkondensorn eller hetvattenväxlaren behandlas lämpligast på samma sätt som pannan eller ångsystemet i den aktuella anläggningen. Sekundärsidan i hetvatten - och fjärrvärmeväxlare kan behandlas på flera olika sätt beroende på lokala förutsättningar. Vid kortare stopp är det inte aktuellt med någon konservering utan systemvattnet får stå kvar på sekundärsidan. Vid längre stillestånd bör dock varmkondensorer och hetvattenväxlare konserveras. En våtkonservering kan t.ex. göras genom att:
• upprätthålla flödet på sekundärsidan. • växlaren tryckhålls på sekundärsidan av systemtrycket utan flöde. • vatten i en avskiljd krets, som tryckhålls och/eller doseras med syrereducerande
kemikalier, kan cirkuleras genom värmeväxlaren på sekundärsidan. Vid torrkonservering rekommenderas en forcerad torkning genom att systemet tappas under tryck medan vattnet fortfarande är varmt. Torrluftaggregat rekommenderas vid all torrkonservering. Det är viktigt att kontrollera så att det inte står vatten kvar i rörledningarna till och från värmeväxlaren vid torrkonservering. Det är viktigt att alla dränageventiler öppnas. Dränageventilerna måste givetvis vara monterade så att de verkligen tömmer systemet i de punkter där de är tänkta att tömma systemet.
7.7 Kallkondensorer
Kallkondensorer kan som regel stå med vattnet kvar på sekundärsidan vid kortare stopp. Vid längre stopp bör de tömmas på vatten och renspolas med kommunalt vatten eller motsvarande. En varning för saltavlagringar kan vara på sin plats då vattnet på sekundärsidan ofta utgörs av saltrika vatten. Kvarstående vatten, som uppkoncentreras, kan resultera i lösningar med höga saltkoncentrationer som kan ge upphov till galvaniska korrosionsangrepp. I kondensorer kylda med havsvatten eller bräckt vatten kan sulfider, som bildats av mikroorganismer i den syrefria miljön, ge korrosion på koppar och mässingsmaterial. Vid korta stopp rekommenderas därför att ett litet flöde upprätthålls genom kondensorn. I sötvattenkylda kallkondensorer kan organiskt material som bryts ned ge lokalt höga halter kväveföreningar med spänningskorrosion på koppar- och mässingstuber som följd.
VÄRMEFORSK
52
I alla system där bräckt vatten eller ytvatten används för kylning finns risk för mikrobiell tillväxt när vattnet blir stillastående i samband med längre stilleståndsperioder.
7.8 Kondensatsystem
Kondensatsystemet omfattar vattensidan av lågtrycksförvärmare och lågtrycksförvärmare samt rörsystemet fram till matarvattentanken. Om övriga delar av anläggningen torrkonserveras bör även kondensatsystemet torrkonserveras. Det förutsätter dock att det går att dränera ut allt vatten. Om det är svårt att tömma kondensatsystemet helt på vatten bör det våtkonserveras vid både långa och korta stopp. Det kan innebära stora investeringar att göra hela kondensatsystemet helt dränerbart. Om förvärmarna är gjorda av koppar eller i rostfritt material är risken för skador orsakade av stilleståndskorrosion liten. I anläggningar med förvärmare av kolstål måste systemet spolas rent innan kondensat kan tas tillbaka till matarvattentanken i samband med uppstart. Kondensatsystemet fylls med kondensat eller matarvatten och pH-justeras med ammoniak till ett pH-värde på 9,1 för system i koppar och 9,6 för system i kolstål. Systemet bör tryckhållas med kvävgas eller syrefritt vatten. Systemkomponenter i höglegerat (rostfritt) stål behöver som regel inte konserveras. Generellt rekommenderas att reparationer och/eller andra ingrepp som innebär att kondensatsystemet måste tömmas läggs sist i stilleståndsperioden. I system där spädmatningen sker till kondensatsystemet vill man dock ofta färdigställa dessa arbeten tidigt då de anses viktiga för hela systemet. En riskanalys med för och nackdelar ger underlag för prioriteringarna vid den aktuella anläggningen.
7.9 Spädvattenrening
Någon konservering av jonbytesfiltren i en avhärdnings- eller avsaltningsanläggning brukar inte behövas om det inte finns speciella skäl till detta. I avsaltningsanläggningar som bygger på membranteknik är det däremot viktigt att skydda RO-membran mot mikrobiell tillväxt under avställningsperioden. Ett sätt kan vara att låta anläggningen producera vatten en halvtimme per dygn för förhindra att vatten blir stående i membranen. Ofta konserveras RO-membranen med natriumbisulfit eller glykol. I driftinstruktionerna till RO-aggregatet finns rekommendationer om lämplig konserveringsvätska och hur man ska gå tillväga vid både konservering och avkonservering. EDI-aggregat (ElectroDeIonisation) kan fyllas med en koksaltlösning vid längre stilleståndsperioder för att förhindra mikrobiell tillväxt.
VÄRMEFORSK
53
7.10 Övrigt
Frysrisken i avställda anläggning får inte försummas. Det kan bli kallt vintertid i vårt land och ett öppet fönster eller en glömd port kan ge lokalt låg temperatur även inomhus. Rostfritt syrafast material i varmkondensorer kan ofta betala sig relativt fort. De främsta fördelarna är:
• inte ovanligt med ett stort antal pluggade tuber vilket försämrar verkningsgraden • bättre värmeöverföring genom att magnetit inte har samma tendens att falla ut
och bilda beläggningar på en rostfri yta som på ytor av svart stål • risken för stilleståndskorrosion blir i stort sett försumbar
Vid tryckhållning med syrerika vatten kommer syre in i systemet, även om vattenförbrukningen är lika med noll, dvs. inget syrerikt vatten kommer in i pannan, via diffusion. Ficks lag säger att ”då vi har en koncentrations gradient i ett visst system, kommer ämnena att diffundera från det ställe med högre koncentration till det med lägre koncentration och detta fortsätter till jämvikten uppnås, och då är koncentrationen densamma över hela lösningen”(Källa Wikipedia). Då syre förbrukas i systemet tillförs ständigt nytt syre och korrosionen fortskrider.
VÄRMEFORSK
54
8 Övervakning och riktvärden
Övervakning av anläggningen är viktig även under stilleståndsperioder. Vid torrkonservering måste placeringen av provtagningspunkter för kontroll av luftfuktigheten vara genomtänkt för att ge en representativ övervakning. Vattnet måste cirkuleras i samband med provtagning på en våtkonserverad panna för att ett representativt prov ska erhållas. Det finns endast ett fåtal riktvärden att hitta i litteraturen. Nedan anges de viktigaste riktvärdena för konserverade pannor samt värden som bör gälla i samband med uppstart. De angivna värdena är främst att betrakta som stöd vid upprättande av riktvärden anpassade till den egna anläggningen.
8.1 Torrkonservering
Vid torrkonservering är den relativa luftfuktigheten den viktigaste kontrollparametern. Genom att upprätthålla ett minimiflöde av torkad luft genom systemet säkerställs att ingen fukt blir stående i systemet. Tabellen nedan visar riktvärden för de viktigaste parametrarna vid torrkonservering. En förklaring till åtgärdsnivåerna finns i bilaga C.
parameter åtgärdsnivå alla delar i systemetrelativ luftfuktighet R <40% ÅN1 50
ÅN2 60ÅN3
torrluftflöde R 1 - 10 SV/h ÅN1
ÅN2ÅN3
SV = Systemvolymer
Figur 16. Riktvärden vid torrkonservering
Figure 16. Dry lay-up target values
VÄRMEFORSK
55
8.2 Våtkonservering
Vid all våtkonservering som innebär att pannan är trycksatt är övertrycket i systemet den viktigaste parametern att övervaka. Kontinuerlig mätning där trycket loggas och larm erhålls vid lågt tryck ger den bästa övervakningen. Ett högre pH-värde i såväl pannvatten som övriga vattenfyllda delar av systemet rekommenderas vid våtkonservering för att minimera korrosionsnivån. Ett undantag är pannor, som spädmatas med avhärdat spädvatten, där pH-värdet vid drift ofta kan vara högre än pH 11. I dessa pannor är även konduktiviteten vid drift ofta en bra bit över 2 000 µS/cm. Dessa pannor bör bottenblåsas så att konduktiviteten blir åtminstone < 2 000 µS/cm, helst under 1 000 µS/cm. Vid blåsningen sjunker även pH-värde. I samtliga vattenfyllda delar av systemet, som inte doseras med syrereduktionsmedel, är det viktigt att kontinuerligt hålla ett övertryck. Så fort trycket sjunker till atmosfärstryck tränger syre (luft) i in vattnet med korrosion som följd.
Under speciella förhållanden kan andra riktvärden vara aktuella. Rekommendationer från leverantörer av kemikalier, system och/eller komponenter måste givetvis följas även om de strider mot ovanstående riktvärden. Angivna riktvärden för sulfit och EliminOx gäller endast pannor doserade med respektive syrereduktionsmedel.
parameter åtgärds-vattenkvalitet nivåpH Rsystem UTAN ÅN1 9,2 10,0 1) 10,2 11,2 9,4 10,2 1) 9,2 10,0 1)
komponenter i koppar/ ÅN2kopparlegeringar ÅN3pH Rsystem MED ÅN1 8,5 9,4 8,5 9,4komponenter i koppar/ ÅN2kopparlegeringar ÅN3konduktivitet RµS/cm ÅN1
ÅN2ÅN3
sulfit Rmg/l ÅN1 200 -
ÅN2ÅN3
EliminOx Rmg/l ÅN1 800 2000 800 2000
ÅN2ÅN3
tryck Rbar ÅN1
ÅN2ÅN3
1) Vid pH-justering med ammoniak är övre gränsen på pH-värden 10,5.
lägsta möjliga
övriga systemdelaravsaltat
> 0,5 > 0,5 > 0,5 > 0,50,2 0,20,2 0,2
1200-16001200-1600
400-600
2000lägsta möjliga
9,5 - 9,6 1)
9,0 - 9,3
10,5-11,0
lägsta möjliga < 1000
pannvattenpannvattenmatarvatten
9,0 - 9,3
avhärdat avsaltat9,5 - 10,0 1) 9,5 - 9,6 1)
Figur 17. Riktvärden vid våtkonservering
Figure 17. Wet lay-up target values
VÄRMEFORSK
56
Vid våtkonservering med kemikalier som inte nämns i rapporten kan det vara aktuellt med andra riktvärden än de som anges här. I de fall där andra kemikalier används vid konserveringen hänvisas till kemikalieleverantörens rekommendationer. Några generella riktvärden för järn och koppar anges inte utan avgörs från fall till fall.
8.3 Uppstart
Vid all uppfyllning av pannor rekommenderas avsaltat vatten som ska vara så rent som möjligt. Returkondensat ska ledas till avlopp eller motsvarande och inte tas tillbaka till matarvattentanken förrän det är tillräckligt rent. Regelbunden provtagning och analys av kondensatet avgör när det kan tas tillbaka till systemet. Vid våtkonservering med höga halter doseringskemikalier i pannvattnet måste halterna ofta sänkas innan ångproduktionen kan påbörjas. Det görs lämpligast genom kraftig bottenblåsning i kombination med spädmatning med avgasat matarvatten. Höga halter kemikalier i pannvattnet medför ökad risk för förorenad ånga.
parameter åtgärds-pannatyp nivåpH Rsystem UTAN ÅN1 8,5 10,0 8,8 10,0 8,8 10,0komponenter i koppar/ ÅN2 8,0 10,5 8,0 10,5 8,0 10,5kopparlegeringar ÅN3pH Rsystem MED ÅN1 8,5 9,4 8,5 9,4 8,5 9,4komponenter i koppar/ ÅN2 8,2 9,5 8,2 9,5 8,2 9,5kopparlegeringar ÅN3konduktivitet RµS/cm ÅN1
ÅN2ÅN3
restsyre Rµg/l ÅN1
ÅN2ÅN3
järn Rµg/l ÅN1
ÅN2ÅN3
koppar Rµg/l ÅN1
ÅN2ÅN3
sulfit Rmg/l ÅN1 40,0
ÅN2ÅN3
EliminOx Rmg/l ÅN1 5,0
ÅN2ÅN3
0,8-1,2
10 - 20
genomströmningmatarvatten kondensat
< 10
9,0 - 9,3 9,0 - 9,3 9,0 - 9,3
pannvattenkondensatdompanna dompanna
9,2 - 9,69,0-9,6 9,2 - 9,6
< 10
< 100< 10
< 100 < 30< 30
< 5
Figur 18. Riktvärden vid uppstart efter konservering
Figure 18. Target values at plant start-up
VÄRMEFORSK
57
9 Litteraturreferenser
[1] “Hygieniska gränsvärden och åtgärder mot luftföroreningar” Arbetarskydds-styrelsen, ASF 2005:17
[2] H. Bjurström och B. Carlsson, ”Handbok i vattenkemi för energianläggningar”, Värmeforsk, rapportnummer 729, juni 2001.
[3] B. Goldschmidt, ”Konservering och åtgärder vid stillestånd”, Värmeforsk, rapportnummer 551, oktober 1995.
[4] M. Hellman, ” Bästa möjliga övervakning av vattenkemin i anläggningar med ångturbin”, Värmeforsk, rapportnummer 893, november 2004.
[5] M. Hellman, ” Riktvärden för vatten och ånga vid svenska energianläggningar”, Värmeforsk, rapportnummer 958, februari 2006.
[6] “VGB-Richtlinie für Kesselspeisewasser, Kesselwasser und Damp von Dampferzeugern über 68 bar zulässigem Betriebsuberdruck”, (VGB-R 450L) Essen, Ausgabe 1988.
[7] ”VGB Guidelines for Feed Water and Steam Quality for Power Plants/Industrial Plants” (VGB-R 450Le), december 2004
[8] R. Blum, K. Daucik, J. Hinnerskov Jensen, ” Kemiske anbefalinger til konservering af kraftværksanlæg”, Elsam, September 1989.
[9] R.B. Dooley, ”Interim Consensus Guideline on Fossil Plant Chemistry” EPRI CS-4629, Project 2712-1, June 1986.
[10] R.B. Dooley, J. Mathews, “Proceedings: Fifth International Conference on Fossil Plant Cycle Chemistry”EPRI TR-108459, november 1997.
[11] R.B. Dooley, “Cycling, Startup, Shutdown and Layup Fossil Plant Cycle Chemistry Guidelines for Operators and Chemists”, EPRI TR107754, augusti 1998.
[12] Cohen P; ”The ASME Handbook on Water Technology for Thermal Power Systems”, The American Society of Mechanical Engineers, USA 1989.
[13] Holloway R. T. ”Consensus for the Lay-up of Boilers, Turbines, Turbine Condensers and Auxiliary Equipment”, The American Society of Mechanical Engineers, New York 2002.
VÄRMEFORSK
1
Bilagor
VÄRMEFORSK
2
A Förklaring till ASME´s modell i figur 2
Observera att modellen visar ett exempel på ett amerikansk beslutsträd och att föreslagna metoder inte alltid är att rekommendera för svenska anläggningar. Se även figur 15 i rapporten. Metod 1 - Kvävgaskudde Kort tid - ingen öppning av systemet på vattensidan - enkla och komplexa system 1. Håll åtminstone samma halt syrereduktionsmedel och pH-höjande kemikalie i vattnet som
vid drift. 2. Håll 5 psig (0,34 bar) övertryck med hjälp av en kvävgaskudde. 3. Turbin, kondensorer och matarvattensystem hanteras separat. Metod 2 - ”Vattenkudde” Kort tid - ingen öppning av systemet på vattensidan - endast enkla system 1. Håll samma halt syrereduktionsmedel och pH-höjande kemikalie i vattnet som vid drift. 2. Toppfyll pannan med matarvatten. Överhettarna fylls bakvägen med avgasat matarvatten
doserat med ett flyktigt syrereduktionsmedel. Ett expansionskärl monteras över den högsta punkten i systemet för tryckhållning och för att hantera variationer i vattenvolymen.
3. Turbin, kondensorer och matarvattensystem hanteras separat. Metod 3 - Kvävgaskudde Kort tid - öppning av systemet på vattensidan - enkla och komplexa system Eftersom systemet kommer att öppnas är torrkonservering det bästa sättet att konservera anläggningen efter det att underhållsarbetena är utförda. Om pannan fylls bör följande metod för våtkonservering genomföras: 1. Töm pannan och öppna endast de sektioner som ska underhållas. 2. Lägg en kvävgaskudde på övriga systemdelar. 3. Behåll samma halt av syrereduktionsmedel och pH-nivå som vid drift. 4. När underhåll och provtryckning är klar toppfylls pannan med avgasat vatten (eller vatten
med extra tillsats av syrereduktionsmedel). 5. Applicera en kvävgaskudde i domen, 0,3 bar. Metod 4 - Kemikaliedosering och kvävgaskudde Lång tid - ingen öppning av systemet på vattensidan - komplexa system 1. Dosera pannvattnet med hydrazin 200 mg/l och justera pH-värdet till pH >10. Pannor med
koppardetaljer doseras med 100 mg/l hydrazin och pH 9,3-9,5. Eventuellt kan andra syrereduktionsmedel användas.
2. Det är viktigt att doseringen utförs på ett sådant sätt att koncentrationen blir jämn i hela systemet.
3. Pannvattentemperaturen får inte överstiga 200°C då det finns risk för termisk nedbrytning av kemikalierna.
4. Överhettarna konserveras lämpligen tömda eller fyllda med avsaltat vatten doserat med ett flyktigt syrereduktionsmedel och försedda med kvävgaskudde.
5. Följ upp kemikaliekoncentrationerna med analyser varje vecka under första månaden, därefter varje månad. Dosera vid behov.
Metod 5 - Kemikaliedosering och kvävgaskudde Lång tid - öppning av systemet på vattensidan - enkla och komplexa system Eftersom systemet kommer att öppnas är torrkonservering det bästa sättet att konservera anläggningen efter det att underhållsarbetena är utförda. Om pannan fylls bör följande metod för våtkonservering göras: 1. Töm pannan och öppna endast de sektioner som ska underhållas. 2. Dosera pannvattnet med hydrazin 200 mg/l och justera pH-värdet till pH >10. 3. Pannor med koppardetaljer doseras med 100 mg/l hydrazin och pH 9,3-9,5. Eventuellt kan
andra syrereduktionsmedel användas.
VÄRMEFORSK
3
4. Enkla system som normal doseras med icke flyktiga kemikalier kan konserveras med 160 mg/l natriumhydroxid och 200 mg/l natriumsulfit.
5. Pannvattentemperaturen får inte överstiga 200°C då det finns risk för termisk nedbrytning av kemikalierna.
6. Överhettarna konserveras lämpligen tömda eller fyllda med avsaltat vatten eller kondensat doserat med ett flyktigt syrereduktionsmedel och försett med kvävgaskudde, 0,3 bar.
7. Följ upp kemikaliekoncentrationerna med analyser varje vecka under första månaden, därefter varje månad. Dosera vid behov.
Metod 6 - Ångkudde Kort tid - öppning av systemet på vattensidan - enkla system Denna metod kan inte appliceras på pannor med överhettare. Luftinläckage i pannan kan förebyggas genom att man upprätthåller ett lågt övertryck. Det är viktigt att trycket aldrig understiger atmosfärstrycket. 1. Vatten från den kontinuerliga bottenblåsningen från en annan, korrekt doserad, panna kan
ledas till bottenlådan, på den aktuella pannan. Vattenöverskottet i pannan får brädda från avluftningen på domen.
2. Alternativt kan en ångslinga monteras i en bottenlåda för att värma pannvattnet och därigenom skapa ett övertryck i pannan. Pannan kan även stödeldas regelbundet för att upprätthålla ett övertryck i systemet.
Metod 7 Lång eller kort tid - ingen öppning på vattensidan - enkla och komplexa system 1. Elda ner pannan som vanligt. 2. För att undvika att luft kommer i pannan när den töms läggs en kvävgaskudde på innan
panntrycket sjunkit under ca 1 bar. Därefter fylls pannan med kvävgas i takt med att vattnet töms ut.
3. Hela pannan hålls trycksatt med kvävgas, 0,3 bar under avställningsperioden. Metod 8 Lång eller kort tid - öppning av systemet på vattensidan - enkla och komplexa system 1. Töm pannan och öppna endast de sektioner som ska underhållas. Övriga delar förses med
kvävgaskudde. 2. Alla delar av pannan kanske inte kan tömmas på vatten eller förses med kvävgaskudde
varför det är viktigt att underhåll och ev. reparationer utförs så snabbt som möjligt. 3. Efter utfört underhåll och provtryckning töms systemet under övertryck med hjälp av
kvävgas. Kontrollera alla lågpunkter för att säkerställa att så mycket fukt som möjligt avlägsnas ur systemet.
4. Hela pannan hålls trycksatt med kvävgas, 0,3 bar, under avställningsperioden. Metod 9 Lång tid - öppning av systemet på vattensidan - enkla system 1. Pannan töms medan den fortfarande är varm. 2. Innan pannan svalnat cirkuleras torkad luft genom pannan. 3. System med torkaggregat måste designas individuellt för varje applikation. Luftflödet måste
vara tillräckligt för att helt torka ur pannan. 4. Torkaggregat och panna måste inspekteras regelbundet. Metod 10 Lång tid - öppning av systemet på vattensidan - enkla system 1. Pannan töms medan den fortfarande är varm. 2. När pannan svalnat placeras påsar med torkmedel, kiselgel eller bränd kalk, i alla
tillgängliga öppningar. 3. Stäng alla manluckor och stäng eller blindflänsa anslutningar. 4. Kontrollera torkmedlets kondition varje vecka. Byt vid behov. 5. Inspektera pannans vattensida var tredje månad med avseende på korrosion.
VÄRMEFORSK
4
B IX-diagram
VÄRMEFORSK
1
C Åtgärdsnivåer
Utdrag ur Värmeforsk rapport ”Riktvärden för vatten och ånga anpassade till svenska energianläggningar[5]” Förr angavs riktvärden endast med ett värde. Alla värden över (eller under) riktvärdet var oacceptabla. För att hjälpa anläggningsägare och ansvariga operatörer började man på 1990-talet införa action levels eller åtgärdsnivåer. Det innebar att ett överskridande delas in i nivåer där värdena kan accepteras under kortare perioder. Även periodens längd anges. På senare år har även en rekommenderad nivå börjat anges. Det vill säga värden som normalt erhålls under en längre tid med kontinuerlig drift. Vid värden som avviker från normal drift bör en åtgärd göras för att återfå det normala värdet även om man ligger långt ifrån en oacceptabel nivå.
> 100 PANNAN STOPPAS INOM 1 h PANNAN STOPPAS INOM 1 h
100
ÅN 3 ÅN 3
90
80oacceptabelt värde oacceptabelt värde
70åtgärdas inom 24 h åtgärdas inom 24 h
60
50 ÅN 2 ÅN 2
40 oacceptabelt värde oacceptabelt värde
30åtgärdas inom 1 vecka åtgärdas inom 1 vecka
20oacceptabelt värde
ÅN 1 ÅN 1
10rekommenderat värde rekommenderat värde acceptabelt värde, men
vattenkvalitén bör optimerasR
0 rekommenderat värde
1980 1990 2000
Figur 19. Riktvärden och åtgärdsnivåer
Figure 19. Target values and action levels
VÄRMEFORSK
2
Förklaring av åtgärdsnivåerna: Analysvärden lägre än R (eller inom angivet intervall) är det analysvärde
som normalt erhålls vid en längre tids drift med konstanta förhållanden, s.k. steady-state. En säkerhetsmarginal finns inbakad i riktvärdet. Nivån förväntas medföra låg risk för problem i form av beläggningar eller korrosionsangrepp.
R Rekommenderat värde anges i riktvärdestabellerna.
Intervallet mellan rekommenderat värde och åtgärdsnivå 1 är ett acceptabelt värde. Analysvärden som överstiger (eller understiger) rekommenderad nivå innebär att vattenkemin inte är optimal. Orsaken till detta bör undersökas och eventuellt åtgärdas även om ÅN1 inte överskrids.
ÅN1 Åtgärdsnivå 1 anges i riktvärdestabellerna.
Intervallet mellan ÅN1 och ÅN2. Här finns en potentiell risk för korro-sion och/eller kontaminering. Åtgärder måste vidtas för att återkomma till normal nivå inom en vecka. Maximalt tillåten tid vid åtgärdsnivå 1 är två veckor/år (med undantag för tid vid driftsättning, dvs. första uppstart av anläggningen).
ÅN2 Åtgärdsnivå 2 anges i riktvärdestabellerna.
Intervallet mellan ÅN3 och ÅN3. Här föreligger stor risk för korrosion och/eller kontaminering. Åtgärder måste vidtas för att återkomma till normal nivå inom 24h. Maximalt tillåten tid vid åtgärdsnivå 2 är 48 timmar/år (med undantag för tid vid driftsättning, dvs. första uppstart av anläggningen).
ÅN3 Åtgärdsnivå 3 anges i riktvärdestabellerna.
Analysvärden som överstiger (eller understiger) ÅN3 nivå innebär omedelbar fara för anläggningen. Stoppa anläggningen så fort som omständigheterna tillåter för att undvika skador. Systemet måste felsökas och åtgärder vidtas för att återföra vattenkemin till rekommenderad nivå innan pannan åter startas.
ÅN3 anges inte för alla parametrar utan endast för de parametrar som
anses medföra akut fara för haveri i anläggningen om de överskrids.
M6-635
Nr
Rubrik
