Kwaliteit van het voedingswater

Algemeen

Het water waarmee de ketels gevoed worden kan uit de wetering komen of uit de reinwaterkelder. Weteringwater bevat naast slib en organische stoffen van planten ook hardheidszouten, zuurstof en stikstof. Vrije koolzuur komt in oppervlaktewater slechts in betrekkelijke geringe mate voor. Daarbij kan olie door de voedingpomp meegezogen worden en in de ketel terechtkomen. Al deze stoffen tasten het ketelmateriaal aan of bedekken dit met een laag olie, ketelsteen of slib. Aantasting van het ketelmateriaal kan ook ontstaan door:

Galvanische werking tussen bronzen appendages en het ketelmateriaal.
Hogere materiaalspanningen die ontstaan ter plaatse van klinkverbindingen of gekookte plaatkanten.

Hardheid

Calcium- en magnesiumzouten veroorzaken de hardheid van het water. De hardheid wordt meestal uitgedrukt in graden Duits (^oD). Water beneden de 8^oD noemt men zacht, van 8 tot 16^oD middelhard en boven de 16^oD hard. De hardheid bepaalt de mate waarin ketelsteen gevormd wordt. Het ketelsteen vormt een harde laag op het verwarmend oppervlak waardoor de warmte-overdracht van het vuur en de hete rookgassen aan het ketelwater wordt belemmerd. Door ketelsteen kan de vuurgang zo sterk verhit raken, dat het materiaal zijn sterkte verliest waardoor ernstige vormveranderingen kunnen ontstaan (figuur 1-29). De geleidingsweerstand van ketelsteen is 30 tot 40 maal zo groot als van staal. Bij vuurgangketels is een laag ketelsteen van 4 mm nog acceptabel. Ketelsteen ontstaat hoofdzakelijk door het ontleden van de oplosbare calcium- en magnesiumzouten tijdens het verhitten van het ketelwater, waardoor ze vast worden. Deze vaste stoffen hechten zich aan het verwarmend oppervlak waardoor een laag ketelsteen ontstaat. Door het ontleden van deze calcium- en magnesiumzouten vermindert de hardheid van het ketelwater. Het aantal graden Duits waarmee de hard- heid vermindert, wordt de carbonaathardheid of tijdelijke hardheid genoemd. De overblijvende hardheid wordt de niet carbonaathardheid of blijvende hardheid genoemd. Dit zijn de calcium- en magnesiumverbindingen die bij verwarming niet vast worden, dus in oplossing blijven. De totale hardheid is de som van de carbonaathardheid en de niet carbonaathardheid.

Gassen

De hoeveelheid opgeloste lucht is afhankelijk van de temperatuur van het voedingwater. Koud water kan meer lucht bevatten dan warm water. Tijdens het verwarmen van het water in de ketel wordt de lucht uit het water verdreven. De luchtbellen stijgen op naar het wateroppervlak en worden door de stoom meegenomen. De vrijgekomen lucht bevat naast zuurstof ook stikstof en een kleine hoeveelheid koolzuur. Stikstof is ongevaarlijk voor het ketelmateriaal. Zuurstof en koolzuur daarentegen veroorzaken corrosie en intering wanneer de luchtbellen zich aan de wand hechten.

Zuurgraad

Belangrijk in verband met corrosie is de [PH waarde] van het ketelwater. De PH waarde geeft de zuurgraad van het water aan. Water reageert zuur bij een PH-waarde kleiner dan 7, neutraal bij een PH-waarde van 7 en basisch (alkalisch) bij een PH-waarde groter dan 7. Basische oplossingen worden ook wel logen genoemd. Een voorbeeld van een sterke base is natronloog.

Olie

Olie is een zeer slechte warmtegeleider. Een dun laagje olie op het verwarmend oppervlak is zeer gevaarlijk. De geleidingsweerstand van een laagje olie van 0,5 mm komt ongeveer overeen met die van een laag ketelsteen van 10 mm.

Ketelwater

De samenstelling van het ketelwater is goed wanneer voorkomen kan worden dat er:

Ketelwater door opkoken en/of schuimvorming met de stoom wordt meegenomen.
Ketelsteen of andere afzetting gevormd worden.
Corrosie optreedt.

Voldoende alkaliteit (p-getal) beschermt de ketelwand tegen corrosie. Deze bescherming is alleen dan gewaarborgd wanneer het water praktisch zuurstofvrij is en goed onthard. Bij verhoging van de alkaliteit neemt de neiging tot schuimen en opkoken toe. Voor het bepalen van de p-alkaliteit wordt [fenolftaleïne] als indicator gebruikt. Wanneer het ketelwater fosfaat bevat wordt een in het water aanwezige resthardheid als een praktisch onoplosbare gemakkelijk door spuien te verwijderen verbinding afgescheiden en wordt de vorming van harde silikaatsteen voorkomen. Een te hoog fosfaatgehalte in het ketelwater bevordert echter de neiging tot schuimvorming. Door het verdampen van het ketelwater neemt de concentratie van opgeloste stoffen toe. Wordt deze concentratie te groot dan ontstaat het gevaar dat zouten met de stoom meegevoerd worden. Deze zouten kunnen schade veroorzaken als de hoeveelheid te hoog is en deze zich afzetten in de leidingen, de oververhitter en de stoommachine. Vermindering van de zoutconcentratie in de stoom kan worden verkregen door de alkaliteit en het zoutgehalte van het ketelwater zo laag mogelijk te houden en zo nodig een anti-schuimmiddel toe te voegen.

Spuien

De ketel moet gespuid worden als de maximale toelaatbare concentratie van opgeloste stoffen in het ketelwater bereikt is. Onderzoek van het ketelwater zal uitwijzen wanneer dit het geval is.

Loogbrosheid

Loogbrosheid ontstaat door een te hoge alkaliteitconcentratie in het water. Een te hoog gehalte aan natriumhydroxyde (NaOH) of te wel soda kan loogbrosheid, ook wel caustieke brosheid genoemd, veroorzaken. Hoe laag de alkaliteit ook gehouden wordt, altijd bestaat de mogelijkheid dat er zeer hoge concentraties in de klinknaden ontstaan. Bij loogbrosheid ontstaan lekke klinknagels, breken de nagelkoppen af en ontstaan haarscheurtjes in de nagelgaten en de dammen tussen de gaten. Loogbrosheid is te voorkomen door natriumsulfaat (Na₂SO₄) of te wel glauberzout aan het ketelwater toe te voegen. In klinknaden die boven de waterlijn liggen komt loogbrosheid niet voor.

Conclusie

Bij een open voedingsysteem zijn weinig mogelijkheden om de kwaliteit van het voedingwater te verbeteren. De hardheid van het weteringwater is relatief hoog zodat ontharden met chemicaliën nodig is. Zuurstof en in mindere mate koolzuur vormen een probleem daar deze gassen intering veroorzaken. Thermisch ontgassen is bij een open voedingsysteem niet mogelijk. Chemische zuurstof- en koolzuurbinding wel.

Toevoegen chemicaliën

Om te bepalen of er chemicaliën aan het ketelwater toegevoegd moeten worden is het noodzakelijk de samenstelling van het weteringwater te kennen. Het weteringwater moet daarvoor onderzocht worden op:

Blijvende hardheid, tijdelijke hardheid en totale hardheid
Zuurgraad
Zuurstofgehalte
Koolzuurgehalte
Kiezelzuurgehalte
Fosfaatgehalte

Waterbehandeling

Uit onderzoek is gebleken dat het oppervlaktewater van de wetering hardheidszouten en zuurstof bevat. Deze stoffen veroorzaken in de stoomketel ketelsteen en zuurstofcorrosie, wat zeer ongewenst is. De totale hardheid bedraagt 10,2^oD, waarvan circa 75% carbonaathardheid (tijdelijke hardheid). Het zuurstofgehalte is afhankelijk van de temperatuur van het weteringwater en bedraagt circa 10 mg/l. Om ketelsteenvorming en zuurstofcorrosie in de ketel te voorkomen worden de volgende waterbehandelingsproducten aan het ketelwater toegevoegd:

4AQUA KPS 26

Dit product wordt toegepast in ketelsystemen met een werkdruk tot circa 40 bar waar geen thermische ontgassing plaatsvindt. Het product biedt een effectieve bescherming van ijzer, gietijzer en staal tegen corrosie door de binding van zuurstof en passivering van metalen oppervlakken. Zuurstofbinding vindt plaats vanaf 40^oC. De uitstekende dispersie van ijzer en vuildeeltjes zorgt ervoor dat het V.O. van de ketel schoon blijft. Het productgehalte in het ketelwater is met een testset snel en eenvoudig ter plaatse te bepalen (sulfietmeting). Alle materialen die in aanraking komen met 4AQUA KPS 26 moeten licht zuurbestendig zijn. Geschikte materialen zijn PE, PP, PVC, roestvrij staal en EPDM- of viton afdichtingen.

NATRONLOOG 33%

Ter realisering van een lichte p-alkaliteit. Voor de juiste dosering van de waterbehandelingsproducten moeten de richtlijnen van de leverancier aangehouden worden.

Veiligheidsmaatregelen.

Tijdens het werken met de waterbehandelingsproducten moeten rubber handschoenen en een veiligheidsbril gedragen worden.