化學(xué)儀表培訓(xùn)(電導(dǎo)).ppt

電廠化學(xué)儀表的使用和檢驗西安熱工研究院有限公司電站化學(xué)工程技術(shù)部曹杰玉 前言 使用高質(zhì)量 經(jīng)過計量檢定機(jī)構(gòu)檢定合格的化學(xué)儀表是否一定可以得到正確的測量結(jié)果 不一定 化學(xué)儀表的特殊性 傳感器工作時伴隨著發(fā)生一系列化學(xué)反應(yīng) 電化學(xué)反應(yīng)和物理化學(xué)過程 如果不深入了解這些反應(yīng)和過程 使用再好的儀表也難以得到準(zhǔn)確的測量結(jié)果 前言 化學(xué)儀表測量獲得準(zhǔn)確測量結(jié)果的必要條件 使用經(jīng)過計量檢定機(jī)構(gòu)檢定合格的化學(xué)儀表 對化學(xué)儀表測量傳感器測量原理有較深入的了解 使用中對影響傳感器正常工作的干擾因素有全面的掌握 前言 水汽系統(tǒng)化學(xué)儀表可分為兩類 第一類 可以用標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)檢驗實際測量準(zhǔn)確性的儀表 硅表 磷表 聯(lián)氨表等 第二類 無法用標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)檢驗實際測量實際測量條件下測量準(zhǔn)確性的儀表 電導(dǎo)率表 pH表 鈉表 溶解氧表 主要內(nèi)容 一 電導(dǎo)率的測量二 pH測量三 鈉表四 溶解氧濃度測量 第一部分 電導(dǎo)率的測量 1 氫電導(dǎo)率測量的意義2 電導(dǎo)測量原理3 純水電導(dǎo)率測量受測量頻率的影響4 溫度補(bǔ)償系數(shù)的影響5 部分電導(dǎo)電極的電導(dǎo)池常數(shù)不正確6 氫型交換柱設(shè)計不合理7 交換樹脂釋放氯離子8 氫型交換樹脂失效后產(chǎn)生的影響9 電導(dǎo)率表的檢驗 1 氫電導(dǎo)率測量的意義 連續(xù)測量火力發(fā)電機(jī)組水汽系統(tǒng)水 汽中有害雜質(zhì) 是保證大型火力發(fā)電機(jī)組安全經(jīng)濟(jì)運行的主要手段之一 氫電導(dǎo)率測量是被測水樣經(jīng)過氫型陽離子交換樹脂 將陽離子去除 水樣中僅留下陰離子 如Cl SO42 PO43 NO3 HCO32 和F 和相應(yīng)的氫離子 而水中的氫氧根離子則與氫離子中和消耗掉 不在電導(dǎo)中反映 氫電導(dǎo)率測量的意義 因此測量氫電導(dǎo)率可直接反映水中雜質(zhì)陰離子的總量 假設(shè)某種離子占主導(dǎo) 則可以從氫電導(dǎo)率估算這種離子最大濃度 例如 設(shè)水樣中其他陰離子濃度為零 可根據(jù)氫電導(dǎo)率估算出水中Cl 的最大濃度 見表 氫電導(dǎo)率是最重要的水汽檢測項目 一般情況下 只要水汽系統(tǒng)氫電導(dǎo)率控制的好 多數(shù)腐蝕結(jié)垢問題可以避免 表 氯離子與氫電導(dǎo)率的關(guān)系1 25 C 無其他陰離子時 從表 可以看出 如果控制給水的氫電導(dǎo)率小于0 07 S cm 25 C 其水中Cl 濃度不超過 g L 這樣 通過簡單的氫電導(dǎo)率 可以估算出某個有害陰離子的最大濃度 以及整個有害陰離子的控制水平 2 電導(dǎo)測量原理 與測量電阻的不同點 插入水中的金屬面積和之間距離必須固定 電極常數(shù)一定 接點處 金屬與水的接觸面 發(fā)生電化學(xué)反應(yīng) 極化電阻 使測量產(chǎn)生誤差 接點處 金屬與水的接觸面 產(chǎn)生雙電層 存在電容 微分電容 克服上述問題的辦法 電極常數(shù)一定 并進(jìn)行精確校正K L A 施加足夠頻率的交流電 使電極表面電化學(xué)反應(yīng)來不及發(fā)生 從而消除極化電阻的影響 電導(dǎo)率測量傳感器等效電路 交流狀態(tài)下測量的是阻抗 R R 分別表示電極 和電極 的表面極化電阻 C C 分別表示電極 和電極 的表面微分電容 RL溶液電阻 C 分布電容 測量電導(dǎo)率較高 電阻率較小 的水樣 電極表面極化電阻的影響較大 因此采用較高頻率的測量電流 通過微分電容的短路作用 消除電極表面極化電阻的影響 C 1 2 fC 3純水電導(dǎo)率測量受測量頻率的影響 測量電導(dǎo)率很小 電阻率很大 的水樣 電極表面極化電阻的影響較小 可忽略 模擬電路為 C 1 2 fC 2001年以后Iso標(biāo)準(zhǔn)有 測量純水電導(dǎo)遇到的矛盾 C 1 2 fC 所用的交流電頻率高 測量普通水常用 XC 降低至可忽略 但XC 降低 測量誤差增加 并聯(lián)阻抗越小 對總阻抗影響越大 所用的交流電頻率低 X 增大至可忽略 X 但降低 測量誤差增加 電極常數(shù)越大 誤差越大 電極常數(shù) L A RL越大 與容抗大小越接近 因此選用電極常數(shù)小的電極可以減少純水測量的誤差 解決純水測量誤差的途徑 采用較低頻率的測量電流 減少分布電容的影響 C 1 2 fC 采用特殊的電極接線減少分布電容 盡量縮短電極接線的長度 采用電極常數(shù)小于0 01cm 1的電極 檢驗儀表是否能測純水電導(dǎo)的方法 不能用純電阻檢驗 國內(nèi)標(biāo)準(zhǔn) 應(yīng)采用ASTM標(biāo)準(zhǔn) 用下面的模擬電路檢測 與標(biāo)準(zhǔn)表串聯(lián)測純水 2 溫度補(bǔ)償系數(shù)的影響 Xt樣 DD 25 C 1 t 25 一般水溶液的溫度系數(shù)為0 02左右 表 純水的溫度系數(shù) 返回 原因 水的離解常數(shù)隨溫度的變化較大Kw H OH 對于電導(dǎo)率0 055 S cm的純水 溫度系數(shù)符合表 實際測量水的氫電導(dǎo)率在0 055 S cm 0 3 S cm范圍內(nèi) 因此溫度系數(shù)也在0 02 0 07范圍變化 測量純水時 溫度補(bǔ)償系數(shù)不僅不是一個確定的常數(shù) 而且是隨兩個因素變化 它不僅隨溫度的變化而變化 見上表 同時還隨電導(dǎo)率的變化而變化 相同溫度下 純水電導(dǎo)率越小 溫度補(bǔ)償系數(shù)越大 相同電導(dǎo)率時 溫度越大 溫度補(bǔ)償系數(shù)越大 解決辦法 1 盡可能調(diào)整控制水樣的溫度在25 1 C范圍內(nèi) 2 選用具有非線性自動溫度補(bǔ)償功能的電導(dǎo)率儀表 目前某些在線電導(dǎo)率監(jiān)測儀表具有自動非線性溫度補(bǔ)償功能 其原理是 儀表中已儲存了各溫度 各電導(dǎo)率下的溫度系數(shù) 儀表電導(dǎo)池內(nèi)帶有自動溫度測量傳感器 儀表根據(jù)所測量的電導(dǎo)率和溫度 自動選取相應(yīng)的溫度補(bǔ)償系數(shù) 但應(yīng)注意的是測量純水電導(dǎo)率和測量純水氫電導(dǎo)率應(yīng)采用不同的溫度系數(shù)數(shù)據(jù) 電導(dǎo)電極的電導(dǎo)池常數(shù)不正確 檢驗電極常數(shù)時 如果只把電極拆下檢驗 仍然不能消除誤差 因為電極裝回到測量回路中后 不能全部浸到水中 電極接觸水的面積發(fā)生變化 實際使用時的電極常數(shù)就變化 造成測量誤差 解決辦法 1 首先應(yīng)檢查電導(dǎo)電極是否存在出水孔開孔位置太低 是否低于測量電極導(dǎo)流孔 見圖 如果存在上述情況 應(yīng)對電極進(jìn)行更換或改造 改造措施是將電極外殼出水孔向上移 使之高于電極導(dǎo)流孔 解決辦法 2 按ASTM純水電導(dǎo)率測量標(biāo)準(zhǔn) 應(yīng)在與實際安裝相同的條件下進(jìn)行 相同流速 溫度和壓力 進(jìn)行電極常數(shù)的標(biāo)定 這樣才能保證標(biāo)定的電極常數(shù)與實際測量時的電極常數(shù)一致 靜態(tài)電極常數(shù)標(biāo)定不能保證實際測量的電極常數(shù)準(zhǔn)確 氫型交換柱設(shè)計不合理 交換柱設(shè)計不太合理 更換樹脂時只能將不帶水的樹脂裝入交換柱 投入運行后 水樣從上部流進(jìn)交換柱的樹脂層中 樹脂之間的空氣由于浮力的作用向上升 水流的作用力將氣泡向下壓 造成大量氣泡滯留在樹脂層中 參見圖2 空氣泡使水發(fā)生偏流和短路使部分樹脂得不到?jīng)_洗 這些樹脂再生時殘留的酸會緩慢擴(kuò)散釋放 氣泡中的二氧化碳也會緩慢溶解到水樣中 使測量結(jié)果偏高 影響氫電導(dǎo)率測量的準(zhǔn)確性 解決辦法 解決辦法是對氫型交換柱系統(tǒng)進(jìn)行改造 使更換樹脂時能夠保存水 樹脂與水同時裝進(jìn)交換柱中 樹脂層上部始終有一層水 避免運行時樹脂層中存在空氣泡 采用從下向上的流動運行方式 5 交換樹脂釋放氯離子 氫型交換柱中一般使用強(qiáng)酸性陽離子交換樹脂 這種樹脂處理不當(dāng)有產(chǎn)生裂紋的趨勢 當(dāng)有裂紋的樹脂進(jìn)行再生處理時 再生液 一般為鹽酸 會擴(kuò)散到裂紋中 再生后的水沖洗很難將裂紋中的鹽酸沖洗干凈 當(dāng)這種樹脂裝入交換柱中投入運行 樹脂裂紋中殘存的氯離子會緩慢地擴(kuò)散出來 造成氫電導(dǎo)率測量結(jié)果偏高 由于水樣中離子濃度非常低 這種樹脂裂紋中殘存的氯離子對測量結(jié)果的影響很大 解決辦法 新樹脂初次使用時一定要先浸入 NaCl鹽水中 以防止樹脂開裂 對樹脂進(jìn)行檢查 在10 100倍的實體顯微鏡下觀察樹脂裂紋情況 一般要求有裂紋的樹脂顆粒小于樹脂總數(shù)的 最好小于 樹脂在鹽酸中再生后 應(yīng)使用二級除鹽水連續(xù)沖洗 小時以上 再裝入交換中投入使用 不能用凝結(jié)水沖洗 降低了再生率 樹脂多少都有裂紋的 中間插入個除鹽水管沖洗較好 買較好的樹脂 如氫型樹脂 檢查其再生率 6 氫型交換樹脂失效后產(chǎn)生的影響 在氫型交換樹脂未失效之前 通過交換柱的水樣中的陽離子只有氫離子 當(dāng)氫型交換樹脂失效后 部分其他陽離子穿透交換柱進(jìn)入測量電極中 由于水汽系統(tǒng)一般采用加氨處理 首先穿透交換柱的陽離子主要是銨離子 NH4 會對氫電導(dǎo)率測量結(jié)果產(chǎn)生影響 造成測量誤差 有的水測量結(jié)果是小于0 005 表面上看不理解 實際上存在 有微量的堿性離子存在時就會存在這個現(xiàn)象 用h 的導(dǎo)電性強(qiáng)幾倍可以解釋這個問題 先低后高 表示初步失效時降低 徹底失效后氨過來了 肯定升高 在陽離子漏出初期 交換柱出水水樣中只有少量銨離子 氫離子數(shù)量相應(yīng)減少 陽離子總量基本不變 水樣的pH值升高 電導(dǎo)率降低 這是因為同樣數(shù)量的銨離子的電導(dǎo)率比相同數(shù)量的氫離子的電導(dǎo)率小得多 因此 在交換柱失效初期 氫電導(dǎo)率測量結(jié)果偏低 此時水質(zhì)超標(biāo)不容易被發(fā)現(xiàn) 在陽離子漏出一段時間以后 由于大量銨離子漏出 水中銨離子總量遠(yuǎn)大于陰離子 除氫氧根以外 的總量 導(dǎo)致水樣呈堿性 電導(dǎo)率大大增加 使氫電導(dǎo)率測量結(jié)果偏高 此時容易造成水質(zhì)超標(biāo)的假象 解決辦法 為了解決上述問題 采用變色陽離子交換樹脂進(jìn)行電導(dǎo)率的測量 由于變色陽離子交換樹脂失效前后的顏色明顯不同 可以在銨離子漏出前進(jìn)行再生處理 從而排除了氫型交換樹脂失效引起的錯誤信息 提高了電導(dǎo)率測量結(jié)果的可靠性 離子交換樹脂再生度 離子交換樹脂再生度較低 如靜態(tài)再生 再生劑量不足 會有部分陽離子漏出 使交換柱出水陽離子不只有氫離子 還會有銨離子 鈉離子 造成測量結(jié)果偏低 倒過來舉例 某電廠蒸汽電導(dǎo)挺低 感覺很好 但實際上不是這樣的 啟發(fā) 調(diào)表的人 小結(jié) 測量氫電導(dǎo)率的方法可靈敏地反映水 汽中陰離子雜質(zhì)的總量 是監(jiān)測凝結(jié)水 給水 蒸汽中有害陰離子的主要手段 一般情況下 只要水汽系統(tǒng)氫電導(dǎo)率控制的好 多數(shù)腐蝕結(jié)垢問題可以避免 測量凝結(jié)水 給水和蒸汽的氫電導(dǎo)率 其溫度系數(shù)隨溫度和電導(dǎo)率變化 嚴(yán)格控制水樣溫度或選用具有非線性自動溫度補(bǔ)償功能的電導(dǎo)率儀表可有效減少溫度變化引起的測量誤差 小結(jié) 2 采用 替代法 在線法 對氫電導(dǎo)率測量電極的電導(dǎo)池常數(shù)進(jìn)行檢驗校正 可以減少電極常數(shù)不準(zhǔn)確引起的誤差 在氫型交換柱裝樹脂和使用過程中應(yīng)盡量避免樹脂層中存在氣泡 應(yīng)注意避免氫型交換柱所使用的陽離子交換樹脂有裂紋 使用氫型變色陽離子交換樹脂是解決氫型交換樹脂失效引起的錯誤信息的有效措施 電導(dǎo)的主要問題是氫交換柱 再生度 裂紋 氣泡 失效是四大問題 小結(jié) 用于測量純水的電導(dǎo)表 混床出水 氫電導(dǎo)率 的測量準(zhǔn)確性必須在純水條件下進(jìn)行檢驗 也可以用模擬電路檢驗儀表測量純水電導(dǎo)率時的誤差 解決辦法 移動式在線校驗裝置 經(jīng)過研究 找到解決上述問題的方法 研制的移動式在線校驗裝置可以消除上述所有問題 可以得到準(zhǔn)確的水樣電導(dǎo)率 并且以此為標(biāo)準(zhǔn)對在