Sodaspaltung

Korrosionen durch Enthärtung?

In der Kesselspeisewasseraufbereitung wird bei kleineren Kesselleistungen wird oft eine Enthärtungsanlage zur Aufbereitung des Zusatzwassers benutzt. Ab einem Gehalt von an Hydrogencarbonat gebundenen Erdalkali-Ionen von ∼0,36 mmol/l, entsprechend einer Karbonathärte von ∼2 °dH, genügt diese Aufbereitungsform nicht mehr.

Durch Enthärtung wird die Karbonathärte des Wassers in Natriumhydrogenkarbonat umgewandelt. Dies geschieht z.B. nach folgendem Schema:

Ca(HCO3)2 + 2Na [Harz] → 2NaHCO3

Im Dampfkessel reagiert das Natriumbikarbonat unter Einwirkung von Druck, Temperatur und Zeit zu Natriumkarbonat, Wasser, und freier Kohlensäure. Die chemische Reaktion erfolgt z.B. nach foldendem Schema:

2NaHCO3 → Na2CO3 + H2O + CO2

Aus den Produkten Soda und Wasser wiederum entsteht unter den gleichen Bedingungen Natronlauge und noch mehr freie Kohlensäure, z.B. nach folgendem Schema:

Na2CO3 + H2O → 2NaOH + CO2

Die freie Kohlensäure im Kesselwasser wird echt dampfflüchtig und geht mit dem Dampf in das Kondensat. Das ungepufferte Kondensat reagiert sauer und es entstehen dadurch an ungeschützten Stahlteilen starke Korrosionen. Sichtbar durch braungefärbtes Kondensat oder Kesselwasser.

Um Korrosionen im Kessel- und Kondensatbereich zu minimieren, ist nach den einschlägigen Richtlinien im Kesselspeisewasser ein Gehalt an gebundener Kohlensäure von maximal 25 mg/l zulässig. Dies entspricht einer Karbonathärte von ungefähr 0,56 mmol/l oder 3 °H.

Besonders bei Lebensmittelbetrieben ist dieser Wert noch zu hoch. Bereits 1 mg/l CO2 im Kondensat verursacht einen pH-Wert von ca. 5,5, und damit starke Korrosionen im gesamten Kondensatsystem. Will man das Kondensatsystem nicht komplett in Edelstahl ausführen, so muss praktisch immer eine Entkarbonisierung oder Entsalzungsanlage (Umkehrosmose) zur Aufbereitung eingesetzt werden.

Durch die sich bildende Natronlauge wird die Alkalität des Kesselwassers stark erhöht. Ab einer Alkalität (KS 8,2) von ungefähr 12 ... 15 mmol/l neigt das Kesselwasser zum Schäumen. Hier kann nur durch das Absalzen oder Abschäumen der zulässige Wert eingehalten werden. Die erforderliche Kesselabsalzung ist der Karbonathärte im Rohwasser direkt proportional. Die Absalzrate beträgt z. B. bei 5 °dH Karbonathärte ca. 14% der Dampfleistung und steigt bei 10°dH auf 23%.

Eine Verdünnung des Zusatzwassers durch Kondensat wirkt sich günstig auf die Absalzrate aus. Denn bei dem Dampfkondensat handelt es sich ja um praktisch salzfreies Wasser. Bei geringem Kondensatrücklauf und hoher Karbonathärte dagegen das Kesselspeisewasser deshalb nicht mehr durch einfache Enthärtung aufbereitet werden. Die Entkarbonisierung oder Entsalzung des Wassers wird erforderlich.

Wenn aus wärmewirtschaftlichen oder betrieblichen Gründen das Kondensat nicht komplett entgast wird, so muss das Speisewasser durch Umkehrosmose oder Ionenaustausch entsalzt werden. Nur so kann die entstehende Kohlensäure aus dem Wasser -Dampf System entfernt werden.

Häufig wird durch Dosierung von Ammoniak (NH4OH) zum Speisewasser die sich bildenden Kohlensäure im Dampfkondensat neutralisiert. Dabei wird die Kohlensäure in Ammoniumkarbonat (NH4HCO3) umgewandelt. Um 1 mg Kohlensäure zu neutralisieren, werden ca. 0,6 mg Ammoniak benötigt.


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