Reattori a due cicli

Diagram of two-circuit water-steam reactor

I sistemi a due-circuiti qui mostrati sono costituiti dal circuito acqua-vapore e dal circuito dell'acqua di raffreddamento.

L’acqua, il mezzo di lavoro, viene pompata nel generatore di vapore (sulla sinistra), dove viene riscaldata per fissione o combustione. Il vapore poi migra attraverso il sistema di tubazioni verso la turbina e porta alla produzione di energia elettrica. Nel condensatore, il vapore condensa rilasciando energia termica all'acqua di raffreddamento. Successivamente, l'acqua viene reimmessa nel generatore di vapore e il processo ricomincia.


Regolazione della composizione chimica dell'acqua per un'ottima efficienza del reattore

Le condizioni all'interno del generatore di vapore sono favorevoli per la corrosione e la formazione di depositi, che possono ridurre notevolmente l'efficienza della centrale. Per contrastare questo deve essere ottimizzato la composizione chimica dell'acqua.

Da un lato, l'acqua deve essere ultrapura, e dall'altro, deve essere continuamente monitorata la concentrazione di agenti di condizionamento che vengono aggiunti, ad esempio fosfati o agenti leganti per l’ossigeno.

I parametri e i valori limite per l'acqua che circola nel circuito di vapore d‘acqua sono definiti con precisione, ad esempio nelle norme EN 12952 (water-tube boilers and auxiliary installations) e EN 12953 (shell boilers).

> Anteprima dei requisiti per l'acqua di alimentazione delle caldaie a vapore e delle caldaie ad acqua calda (EN 12953)

Monitoraggio chimico dell'acqua con analizzatori online Metrohm Process Analytics

Water drop

Gli strumenti Metrohm Process Analytics sono la scelta migliore quando è necessario un monitoraggio continuo delle concentrazioni e dei paramentri. Questi analizzatori controllano i parametri richiesti in modo completamente automatico e possono essere configurati per attivare un’azione specifica se uno di questi valori non è all’interno dell’intervallo atteso. Di conseguenza potete ridurre i vostri interventi al minimo.

Gli analizzatori Metrohm Process Analytics consentono di monitorare un ampio range di analiti e sono disponibili strumenti facili da usare, a singolo parametro, a singolo metodo, o multiparametro.

> Panoramica degli analiti che può essere monitorata con il metodo colorimetrico utilizzando strumenti Metrohm Process Analytics

Idrazina: un efficace "spazzino di ossigeno"

Alert Analyzer with nuclear power plant in background

L'ossigeno disciolto è uno dei principali agenti corrosivi nei circuiti idrici. Il degasaggio termico dell'acqua di alimentazione della caldaia ne rimuove gran parte, ma è ancora presente ossigeno residuo.

Agenti riducenti come l‘idrazina o il solfito sono utilizzati di solito per rimuovere chimicamente l'ossigeno residuo. Mentre il solfito ha l'inconveniente di introdurre solfato corrosivo nel circuito acqua-vapore, l‘idrazina decompone solo l‘azoto volatile e l‘ammoniaca. Come ulteriore vantaggio, la seconda aumenta il valore del pH e quindi abbassa il potenziale di corrosione. L'unico inconveniente dell‘idrazina è la sua tossicità.

La concentrazione dell‘idrazina deve essere monitorata attentamente nell‘acqua di alimentazione della caldaia. Gli analizzatori Alert sono l’ideale per questo scopo. Possono determinare il contenuto di idrazina colorimetricamente in soli dieci minuti. Il limite di rivelabilità è inferiore ai µg/L.

> Maggiori info sulla serie Plug and Analyze di Metrohm Process Analytics

 

Silice: Non è così innocua nei circuiti di vapore d'acqua

Detail of turbine blade

La presenza di livelli eccessivi di silice nell‘ acqua di alimentazione oppure di reintegro della caldaia è critica. La silice colloidale non viene trattenuta dagli scambiatori di ioni e viene idrolizzata in silice solubile in caldaia. Grazie alla sua volatilità, può entrare nel circuito del vapore a pressioni elevate e quindi depositarsi sulle pale della turbina, in particolare in presenza di metalli alcalino-terrosi.

La silice può essere determinata colorimetricamente nell'intervallo dei µg/L ad esempio con un analizzatore Alert.

> Maggiori info sulla serie Plug and Analyze di Metrohm Process Analytics

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Determinazione del rame in voltammetria

884 Professional VA, semiautomated, for single determinations

Leghe di rame vengono attualmente utilizzate praticamente in tutti i condensatori del circuito con vapore d‘acqua. Lo svantaggio è la predisposizione del rame e delle sue leghe alla corrosione dell'ammoniaca. I prodotti di corrosione risultanti innescano un ulteriore attacco corrosivo. I composti di rame precipitano già dal vapore nelle regioni ad alta pressione delle turbine a vapore e si depositano sulle pale.

Composti di rame vengono determinati voltammetricamente secondo la norma DIN 38406-16. Non è necessaria la preparazione del campione

> Maggiori info sulla determinazione voltammetrica dei composti di rame

Determinazione del ferro in voltammetria

A temperature elevate, il vapore reagisce con il ferro dell‘acciaio al carbonio delle caldaie a vapore. Ciò porta alla formazione di un sottile strato di magnetite, un ossido di ferro (II, III) che passiva la superficie dell'acciaio proteggendolo da un ulteriore corrosione (reazione Schikorr).

In condizioni sfavorevoli, lo strato protettivo di magnetite può sfaldarsi, portando a concentrazioni elevate di ferro nel circuito acqua-vapore. Una regolare determinazione del ferro consente di monitorare non solo i processi di corrosione, ma anche la formazione e la distruzione dello strato di magnetite protettivo.
La Voltammetria di Adsorbimento Stripping (AdSV) consente una determinazione veloce e sensibile del ferro nelle acque di processo del circuito acqua-vapore (acqua di alimentazione della caldaia, acqua di reintegro, condensa) nelle centrali elettriche. Ciò si ottiene con l'aggiunta di agenti complessanti adatti per convertire il ferro in complessi adsorbibili che vengono ridotti sulla superficie dell'elettrodo dopo un tempo di preconcentrazione definito. Possono essere raggiunti limiti di rilevazione nell'intervallo mg/L inferiore, utilizzando il 2,3-diidrossinaftalene (DHN) come agente complessante.

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Inibitori di corrosione

Chromatogram of corrosion inhibitors

Ioni zinco, fosfati e fosfonati sono comunemente utilizzati come inibitori di corrosione nei tubi di acciaio. Se sono coinvolti rame e leghe di rame, allora per inibire la corrosione possono essere utilizzati i triazoli, ad esempio, tolitriazolo, benzotriazolo, e 2-mercaptobenzotiazolo. I composti di rame dei triazoli sono soggetti all'ossidazione e reagiscono anche con microbiocidi che vengono aggiunti. Di conseguenza, i triazoli devono essere riforniti, rendendo necessarie regolari determinazioni della concentrazione di triazolo.

Questo si può fare mediante cromatografia ionica con rivelazione spettrofotometrica.

> Maggiori info sula Cromatografia Ionica Metrohm

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Monitoraggio degli anioni corrosivi: cloruro e solfato

Chromatogram for chloride and sulfate
I cloruri causano la corrosione puntiforme sulle pale delle turbine e dei rotori. In combinazione con il solfato, conduce anche alla corrosione sotto sforzo e alla tensocorrosione (stress corrosion cracking, SCC). Per evitare questi effetti negativi, le centrali devono monitorare questi anioni nel circuito acqua-vapore per tracciarene i livelli.

È possibile farlo utilizzando cromatografia ionica con preconcentrazione e l'eliminazione della matrice in linea.

> Maggiori info sulla Cromatografia Ionica Metrohm

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Altre applicazioni e prodotti

Combustion IC complete system

Combustion IC per i carburanti

I combustibili fossili possono contenere grandi quantità di zolfo. Quando questi combustibili vengono bruciati, anidride solforosa (SO2) viene prodotta e rilasciata nell'ambiente, rendendo indispensabile il controllo del contenuto di zolfo dei combustibili fossili.

Gli alogenuri promuovono la corrosione nei circuiti di raffreddamento delle centrali e quindi richiedono monitoraggio.

Sia lo zolfo e che gli alogeni possono essere determinati in campioni solidi o liquidi mediante cromatografia ionica con combustione (CIC). In questa tecnica, il campione viene sottoposto a idropirolisi, il gas risultante viene assorbito in una soluzione e poi analizzato mediante cromatografia ionica.

Info su Combustion IC
Power plant with flue gas

Depurazione dei fumi

Per rimuovere la CO2 dai gas di combustione, il gas viene trattato con una soluzione di lavaggio contenente ammine. La CO2 acida viene legata chimicamente e reversibilmente dalle ammine e poi nuovamente rilasciata mediante riscaldamento, compressa, essiccata, e liquefatta.
È possibile determinare la capacità legante della CO2 della soluzione di lavaggio con il Process Analyzer ADI 2045TI. Questo analizzatore è in grado di monitorare diversi flussi di campioni e determinare la capacità legante della CO2 di più depuratori amminici in successione.

ADI 2045TI Process Analyzer Leggi l'applicazione
Detail of turbine

Oli di turbina e lubrificanti

Oli di turbina e lubrificanti sono esposti a condizioni estreme nelle centrali elettriche. Numerose normative internazionali definiscono i requisiti e le procedure di prova per la manutenzione delle turbine in funzione.
Lo standard ASTM D 4378 specifica che i numeri di acido e base devono essere determinati per titolazione potenziometrica e che il contenuto di acqua deve essere determinato mediante titolazione Karl Fischer.

Titolazione Metrohm Titolazione Karl Fischer

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