L'approvvigionamento energetico è diventato un problema importante nei tempi moderni. La popolazione mondiale aumenta ogni anno di circa 80 milioni di persone, il che, combinato con una maggiore durata della vita e la domanda sempre crescente di dispositivi elettronici, significa un aumento del consumo di energia. Pertanto, le centrali elettriche devono funzionare alla massima efficienza per soddisfare l'elevata domanda.
Le centrali a combustibili fossili e nucleari generano la maggior parte dell'elettricità per il nostro fabbisogno. Questi metodi di produzione di energia coinvolgono circuiti acqua-vapore che azionano le turbine. Le centrali termiche utilizzano il calore generato dalla combustione o dalla fissione nucleare per produrre vapore, che viene immesso in una turbina che aziona un generatore che converte l'energia meccanica in energia elettrica. A valle della turbina, un condensatore trasforma il vapore in acqua, che defluisce in un serbatoio di alimentazione da dove viene ripompato nella caldaia a vapore per il riutilizzo.
L'acqua di raffreddamento scorre attraverso il condensatore in un circuito separato, asportando il calore di condensazione rilasciato dal vapore tramite uno scambiatore di calore. Le centrali nucleari con reattori ad acqua pressurizzata hanno un circuito dell'acqua aggiuntivo noto come circuito primario. Questo segmento aggiuntivo assicura che i materiali radioattivi rimangano contenuti all'interno e non si disperdano nel circuito secondario, e quindi potenzialmente all'esterno per inquinare l'ambiente.
Nelle centrali termoelettriche, l'acqua è essenziale poiché viene utilizzata come mezzo centrale (di esercizio). Come liquido è necessario per il raffreddamento e come gas aziona le turbine. Nelle centrali nucleari, modera anche i neutroni di fissione e quindi controlla la fissione nucleare. Pertanto, il monitoraggio della chimica dell'acqua nelle centrali elettriche per le impurità è di fondamentale importanza, poiché viene riutilizzata più volte e può causare molti problemi lungo i circuiti.
Nel contesto della garanzia di un'elevata produttività delle centrali elettriche, l'analisi online dei parametri critici in questi circuiti dell'acqua come cloruro, sodio, fosfato, solfato, ammoniaca, idrazina e silice è altamente vantaggiosa per la sicurezza, la protezione e l'ottimizzazione del processo.
Il monitoraggio del sodio è comunemente usato per rilevare i contaminanti salini nell'impianto di demineralizzazione dell'acqua (DM) (Figura 1). Nelle centrali elettriche, i demineralizzatori a scambio ionico vengono utilizzati per rimuovere le impurità indesiderate (ad es. cloruro, solfato, carbonati e sodio) dall'acqua di sorgente. Tuttavia, il letto di resina cationica è sensibile e deve essere costantemente monitorato per rilevare possibili rotture e perdite. Se ciò accade, i contaminanti possono filtrare nell'acqua purificata, causando infine cracking da tensocorrosione e affaticamento da corrosione dei componenti in acciaio inossidabile (ad esempio, le pale delle turbine) più a valle. Pertanto, le misurazioni del sodio altamente sensibili sono fondamentali all'uscita dello scambiatore di ioni, per indicare quando il letto di resina richiede la rigenerazione e se la purezza dell'acqua è sufficientemente elevata da evitare il ridimensionamento delle risorse aziendali.
Affinché una centrale elettrica funzioni alla massima efficienza, la caldaia a vapore deve anche funzionare nel modo più efficace, efficiente e sicuro. A temperature elevate, i sali dei metalli alcalini (ad es. carbonato di sodio) possono depositarsi sulle superfici di trasferimento del calore. Questo ridimensionamento agisce come uno strato isolante che riduce il trasferimento di calore, traducendosi in costosi tempi di fermo impianto.
Inoltre, è necessario monitorare il contenuto di sodio sia nel vapore che nel condensato. Un alto contenuto di sodio nella condensa indica una possibile perdita del condensatore e un valore basso suggerisce una possibile deposizione di sodio nel circuito del vapore. Pertanto, un'analisi costante della chimica dell'acqua nella caldaia è della massima importanza per evitare l'accumulo di sali corrosivi, ridurre il rischio di scriccature caustiche e rilevare l'ingresso precoce di contaminanti nel vapore.
Utilizzando analizzatori di processo online, gli operatori ottengono le informazioni più rappresentative e aggiornate di cui hanno bisogno per identificare con precisione le tendenze (figura 2), ridurre i tempi di inattività e risolvere i problemi operativi prima che si verifichino problemi costosi. Inoltre, il tempo di risposta alla formazione di corrosione è rapido e vengono forniti avvisi immediati in caso di letture fuori specifica.
Le basse concentrazioni di sodio sono convenzionalmente determinate mediante elettrodi ionoselettivi (ISE) e un tampone di ammonio o diisopropilammina come tecnica di misurazione diretta. Al contrario, 2035 Process Analyzer di Metrohm Process Analytics (Figura 3) misura il sodio in linea utilizzando una membrana polimerica ISE che non richiede una soluzione tampone. La modalità di funzionamento è semplice: la membrana polimerica contiene una molecola (ionoforo) che si lega solo con ioni Na. Quando questi ioni penetrano nella membrana, provocano una variazione di potenziale che corrisponde al livello di concentrazione di sodio presente nel campione.
Questa tecnica è chiamata addizione dinamica standard (DSA, Figura 4), che consiste nella combinazione di un sistema di dosaggio di burette ad alta precisione e ISE ad alte prestazioni. Questo metodo è stato sviluppato appositamente per funzionare con elettrodi ionoselettivi.
Una piccola e precisa quantità di campione viene inviata all'analizzatore di processo dal flusso, viene eseguita una misurazione con compensazione della temperatura e lo strumento indica alla buretta di aggiungere una quantità calcolata di soluzione standard al campione. Quindi la misurazione viene ripetuta e la concentrazione dell'analita viene calcolata dalla differenza. Pertanto, il risultato di ciascuna analisi è convalidato e non è influenzato dagli effetti matrice del campione. L'aggiunta dello standard può essere ripetuta per ottenere un risultato più accurato. Questo metodo è altamente sensibile per monitorare il contenuto di sodio, consentendo la diagnosi precoce e quindi proteggendo asset costosi.
| Parametro | Temperatura | pH | Gamma |
|---|---|---|---|
| Sodio | < 40°C | > 4 | 0–100 μg/l |
Gli analizzatori di processo online dedicati non solo aiutano a salvaguardare il funzionamento dell'impianto e a ottimizzare l'efficienza del processo, ma forniscono anche una registrazione continua delle condizioni operative dell'impianto (ogni 30 minuti) per aumentare i tempi di attività, oltre a facilitare miglioramenti a lungo termine della produttività. I dati rappresentativi vengono acquisiti a intervalli regolari senza dover attendere i risultati di laboratorio e letture fuori specifica possono informare immediatamente gli operatori di agire direttamente.
Il 2035 Process Analyzer di Metrohm Process Analytics può misurare in modo affidabile basse quantità di sodio nell'acqua di processo. Inoltre, offre risultati di analisi automatizzati per diverse parti di una centrale elettrica e aiuta a salvaguardare le operazioni dell'impianto.
- Alta precisione per limiti di rivelazione inferiori del sodio
- Aumento della longevità di preziosi beni aziendali
- Monitora più flussi di campioni (fino a 10) per maggiori risparmi per punto di misura e risultati
- Ambiente di lavoro più sicuro e campionamento automatizzato
- Calibrazione ISE automatica per risultati più accurati e affidabili
- Diagnostica completamente automatizzata – allarmi automatici per quando i campioni sono fuori dai parametri delle specifiche
I limiti di rilevamento sono nell'intervallo sub-μg/L. Il sodio può anche essere misurato con la cromatografia ionica in linea se devono essere determinati anche altri cationi.
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