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Kraftwerke, das Rückgrat der modernen Infrastruktur, stehen ständig vor Herausforderungen bei der Aufrechterhaltung der Geräteintegrität. Dabei spielt die Wasserchemie – insbesondere die pH-Wert-Überwachung – eine entscheidende Rolle bei der Verhinderung von Korrosion und der Gewährleistung der Betriebseffizienz.

Traditionelle Glas-pH-Elektroden, die in Laborumgebungen zwar effektiv sind, erweisen sich in der anspruchsvollen Umgebung von Kraftwerks-Wassersystemen oft als unzuverlässig. Ihre Einschränkungen unter Reinwasserbedingungen, die Anfälligkeit für elektromagnetische Störungen und der hohe Wartungsaufwand haben die Suche nach besseren Lösungen vorangetrieben.

Dieser innovative Ansatz umgeht die Mängel herkömmlicher pH-Elektroden, indem er zwei Leitfähigkeitssensoren vor und nach einem stark sauren Kationenaustauscher einsetzt. Die Methode berechnet den pH-Wert durch präzise Leitfähigkeitsmessungen und bietet erhebliche Vorteile:

• Erhöhte Genauigkeit: Besonders in Wasserproben mit geringer Leitfähigkeit, in denen herkömmliche Elektroden Schwierigkeiten haben
• Reduzierter Wartungsaufwand: Robuste Sensoren erfordern weniger häufige Kalibrierung und Austausch
• Verbesserte Zuverlässigkeit: Weniger anfällig für elektromagnetische Störungen, die in Kraftwerken häufig auftreten

Das Kernprinzip der Methode beruht auf der Fähigkeit des Kationenaustauschers, Kationen der Wasserprobe durch Wasserstoffionen zu ersetzen. Diese Umwandlung erzeugt messbare Leitfähigkeitsänderungen, die direkt mit dem pH-Wert korrelieren.

Es wurden zwei primäre Berechnungsformeln entwickelt:

pH = log [Cond SC – (Cond CC/ 3)/ C B] + 11

pH = log [Cond SC– (Cond CC/3)] + 8,6

Eine erfolgreiche Anwendung erfordert die Beachtung mehrerer kritischer Faktoren:

• pH-Bereichsbeschränkungen der Berechnungsformeln
• Phosphatkonzentration-Schwellenwerte (unter 0,5 mg/L)
• Beschränkung auf Ammoniak- oder Natriumhydroxid-Alkalien
• Auf die Wasserchemie zugeschnittene Temperaturkompensationsmodelle

Eine vollständige Implementierung erfordert:

• Leitfähigkeitssensoren aus Edelstahl (k=0,1 Elektrodenkonstante)
• Signaltransmitter für die SPS-Integration
• Programmierbare Logikcontroller für Echtzeitberechnungen

Die Methode hat sich in verschiedenen Kraftwerksanwendungen bewährt:

• Kesselspeisewasserüberwachung in Kohlekraftwerken
• pH-Wert-Regelung im Sekundärkreislauf in Kernkraftwerken
• Kondensatsystemschutz in Wärmekraftwerken

Die aufkommenden Verbesserungen konzentrieren sich auf:

• KI-gestützte Datenanalyse für vorausschauende Wartung
• Integrierte Sensor-Transmitter-Systeme
• Drahtlose Überwachungsnetzwerke
• Miniaturisierte Sensortechnologie

Dieser innovative Ansatz stellt einen bedeutenden Fortschritt im Management der Wasserchemie in Kraftwerken dar und bietet verbesserte Zuverlässigkeit, reduzierte Betriebskosten und einen verbesserten Geräteschutz.