便攜化學(xué)儀表與在線化學(xué)儀表測(cè)量偏差的研究與探討

馮春

摘 要： 大容量機(jī)組對(duì)水汽品質(zhì)要求極高，水汽品質(zhì)的準(zhǔn)確監(jiān)測(cè)是保證機(jī)組安全經(jīng)濟(jì)運(yùn)行的必要手段。但是，手工分析方法已經(jīng)不能滿足高品質(zhì)水汽分析的要求，必須依靠在線工業(yè)化學(xué)儀表進(jìn)行監(jiān)督。在線化學(xué)儀表用于化工生產(chǎn)流程中（即在線）連續(xù)或周期性檢測(cè)物質(zhì)化學(xué)成分或某些物性的自動(dòng)分析儀表。由于各種在線分析儀表的作用原理、分析對(duì)象和復(fù)雜程度不同，其組成也大不相同。然而，手工分析數(shù)據(jù)與在線化學(xué)儀表測(cè)量數(shù)據(jù)的偏差困擾著運(yùn)行人員，使運(yùn)行人員不知哪個(gè)數(shù)據(jù)更可信，這樣對(duì)水汽品質(zhì)惡化問題得不到更好的監(jiān)督，導(dǎo)致發(fā)電機(jī)組水汽系統(tǒng)發(fā)生腐蝕、結(jié)垢和積鹽，造成巨大的經(jīng)濟(jì)損失。本文深刻闡述了兩種測(cè)量方式的測(cè)量原理以及以及引起測(cè)量偏差的原因。

關(guān)鍵詞：水汽品質(zhì) 化學(xué)監(jiān)督 在線化學(xué)儀表 偏差

Abstract： Large capacity unit for water and steam quality requirements，Water quality monitoring is to ensure accurate unit safe and economic operation of the means necessary。But，Manual analysis method has been unable to meet the requirements of high quality water analysis，We must rely on the on-line chemical analysis instrument of supervision。For the chemical industry in the production process （online） continuous or periodic detection of material chemical composition and physical properties of certain automatic analyzers. Due to the variety of the action principle of on-line analytical instruments， analysis of objects and of varying complexity， its composition is very different.However. Since the majority of online chemical instrument accuracy cannot be guaranteed。The water quality deterioration problem not to be found，Lead generation steam system corrosion、Scaling and salt accumulation，，Cause great economic loss。Profoundly expounded the measuring principle of the two measurements， as well as the reasons caused by measurement error.

Key words： vapor quality， chemical supervision， online chemical instrument， the deviation

中圖分類號(hào)：TM621.8 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1003-9082（2016）04-0299-02

引言

水和蒸汽是熱力系統(tǒng)中的鍋爐、汽輪機(jī)、過熱器等設(shè)備的重要工作介質(zhì)。當(dāng)火力發(fā)電廠正常運(yùn)行時(shí)，熱力設(shè)備中都有水或蒸汽在流動(dòng)。水、汽的品質(zhì)都有規(guī)定的指標(biāo)，一旦水、汽品質(zhì)的指標(biāo)超標(biāo)，就會(huì)加速熱力設(shè)備的腐蝕、結(jié)垢和積鹽。當(dāng)水汽中攜帶一些含鈉的雜質(zhì)時(shí)，將會(huì)導(dǎo)致汽輪機(jī)金屬材料的點(diǎn)蝕、應(yīng)力腐蝕或腐蝕疲勞，這些腐蝕通常會(huì)造成重大的經(jīng)濟(jì)損失。嚴(yán)重時(shí)甚至造成重大事故。

水汽循環(huán)系統(tǒng)中配置的化學(xué)監(jiān)督儀表承擔(dān)著直接監(jiān)督水汽品質(zhì)、監(jiān)督化學(xué)添加物的劑量、監(jiān)督污染源、監(jiān)控設(shè)備運(yùn)行工況和直接監(jiān)視腐蝕速度等的任務(wù)，以達(dá)到監(jiān)控給水、凝結(jié)水、爐水、蒸汽、冷卻水的品質(zhì)。

因此，為防止結(jié)垢、結(jié)鹽，減緩系統(tǒng)中金屬部件的腐蝕。保證系統(tǒng)的安全經(jīng)濟(jì)運(yùn)行，化學(xué)儀表測(cè)量主導(dǎo)性顯得尤為重要。也就是以在線化學(xué)儀表測(cè)量為主還是便攜化學(xué)儀表為主，下面我對(duì)導(dǎo)致兩種測(cè)量方式產(chǎn)生誤差原因進(jìn)行剖析。

一、在線化學(xué)儀表基本構(gòu)成

一般都由四個(gè)部分所構(gòu)成，①取樣、預(yù)處理及進(jìn)樣系統(tǒng)。從流程中取出具有代表性的樣品，并使它符合分析器對(duì)樣品狀態(tài)或條件的要求。②分析器。將樣品的成分量或物性量轉(zhuǎn)換成可測(cè)量的電信號(hào)。③電源和電子線路。對(duì)儀表各部分供電，控制儀表各部分的工作，將分析器送來的電信號(hào)放大后，輸出至顯示、記錄器，或同時(shí)送至自動(dòng)控制器或電子計(jì)算機(jī)。④顯示、記錄器。用來顯示、記錄代表成分量或物性量的電信號(hào)。

二、在線化學(xué)儀表分類

常用的有：①熱學(xué)式分析儀表，如熱導(dǎo)式和熱化學(xué)式氣體分析器等；②電化學(xué)式分析儀表，如pH計(jì)，電導(dǎo)儀，鹽量計(jì)，電磁濃度計(jì)，原電池式、極譜式和氧化鋯氧分析器等；③磁式分析儀表，如熱磁式和磁力機(jī)械式氧分析器等；④光學(xué)式分析儀表，如紅外線氣體分析器、紫外線分析器和流程光電比色計(jì)等；⑤色譜分析儀，如流程氣相色譜儀和流程液相色譜儀兩類；此外，還有密度計(jì)、濕度計(jì)、水分儀和粘度計(jì)等。

三、便攜式化學(xué)儀表

水質(zhì)有機(jī)物綜合指標(biāo)的分析方法有兩種：化學(xué)法和光譜法。相比化學(xué)法，光譜法是新興的分析技術(shù)，具有分析速度快、無需化學(xué)試劑、操作簡(jiǎn)單等優(yōu)點(diǎn)，但是現(xiàn)行的光譜法水質(zhì)分析儀多采用單一光譜，存在分析精度低的不足。

四、便攜化學(xué)儀表與在線化學(xué)儀表測(cè)量偏差原因分析

1.一些可溶氣體導(dǎo)致的差別

火力發(fā)電廠的工廠介質(zhì)（水、汽）中往往溶解了某些氣體，如氨、二氧化碳、一氧化碳等，它們與水分子作用后能產(chǎn)生離子，其化學(xué)反應(yīng)式如下：

NH3+H2O----NH4OH---NH4++OH-

CO2+ H2O--- H2CO3---H++HCO3-

氨氣溶于水成為弱堿性溶液，二氧化碳溶于水成為弱酸性溶液，這就增加了溶液的導(dǎo)電能力，使溶液的電導(dǎo)率增加。例如鍋爐的蒸汽、汽輪機(jī)的凝結(jié)水由于上述原因可導(dǎo)致電導(dǎo)率的示值大十倍，甚至幾十倍。由于對(duì)鍋爐給水加氨處理和采用聯(lián)氨除氧等措施，氨不可避免地進(jìn)入水、汽系統(tǒng)，當(dāng)用電導(dǎo)分析法監(jiān)測(cè)蒸汽和凝結(jié)水中的含鹽量時(shí)，必須消除這些可溶氣體對(duì)電導(dǎo)率的影響。

可溶氣體對(duì)在線化學(xué)儀表的影響幾乎不存在，比如氨的影響已通過氫樹脂消除，CO2以及其他可溶氣體的影響不存在，因?yàn)樵诰€化學(xué)儀表測(cè)量?jī)x表所取水樣均為密閉式循環(huán)水樣；這些氣體沒有介入的方式。而便攜式儀表所取水樣為開放式，而且絕大多數(shù)是用容器取回實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行分析測(cè)量，這樣的話不僅會(huì)引入部分揮發(fā)性物資的損失以及其他易溶氣體的溶入，而且還會(huì)造成二次污染，結(jié)果會(huì)導(dǎo)致被測(cè)量水樣的水質(zhì)發(fā)生了巨大的變化。也就導(dǎo)致了兩種測(cè)量方式產(chǎn)生了明顯的差別。

2.溫度補(bǔ)償導(dǎo)致的差別

眾所周知，溶液溫度升高，離子水化作用減弱，溶液粘度降低，離子運(yùn)動(dòng)阻力減小，在電場(chǎng)下，離子的定向運(yùn)動(dòng)加快，因而使溶液的電導(dǎo)率增大；反之，溶液溫度下降，其電導(dǎo)率下降，其電導(dǎo)率減小。在較低濃度時(shí)，電導(dǎo)率與溫度關(guān)系可近似表示為：

Kt=kt0[1+β1（t-t0）+β2（t-t0）2]

式中 kt0、Kt---溶液溫度分別為t0和t時(shí)的電導(dǎo)率，S·cm-1；

β1、β2---溶液的電導(dǎo)率溫度系數(shù)。

由于β2（t-t0）2的值很小，可略去不計(jì)，上式可簡(jiǎn)化為Kt≈[1+β1（t-t0）]

一般情況下，在0～50℃范圍內(nèi)，鹽類溶液的β1平均值為0.023℃-1；酸類溶液的β1平均值為0.016℃-1；堿類溶液的β1平均值為0.019℃-1。這里需要指出，不同的溶液一般具有不同的電導(dǎo)率溫度系數(shù)，同一溶液的電導(dǎo)率溫度系數(shù)一般也要隨溫度的變化而變化。

電解質(zhì)溶液的電導(dǎo)率受溫度影響較大，即使溶液的濃度不變，溶液的電導(dǎo)率也隨著溫度的改變而發(fā)生明顯的變化。所以，若以電導(dǎo)率來表示水的品質(zhì)或溶液的濃度，必須在同一溫度條件下才有意義。我國(guó)電力系統(tǒng)中以25℃為基準(zhǔn)溫度。如果被測(cè)溶液的溫度偏離基準(zhǔn)溫度，對(duì)所測(cè)得電導(dǎo)率需進(jìn)行修正，及換算成基準(zhǔn)溫度下的數(shù)值，否則將造成較大的測(cè)量誤差。在線化學(xué)儀表計(jì)所測(cè)水樣溫度恒定并且進(jìn)行了合理的溫度補(bǔ)償，補(bǔ)償方式隨著溶液的性質(zhì)不同而不同，補(bǔ)償方式合理而有效；電導(dǎo)率分析儀溫度補(bǔ)償方式有以下幾種：1. Coef（系數(shù)）-一般用于比電導(dǎo)率的溫度補(bǔ)償，2. HCL（鹽酸）--一般用于氫電導(dǎo)率的溫度補(bǔ)償，3. NaCL（氯化鈉）--一般用于精處理出口表計(jì)溫度補(bǔ)償。pH分析儀溫度補(bǔ)償有以下幾種，1. NERNST--線性補(bǔ)償（0.1984 mV/℃），2.Pure（純）-- 按照超純水曲線補(bǔ)償，3.Matrix（模型）-- 根據(jù)硫酸鹽曲線補(bǔ)償（（ 4.84 mg/l對(duì)應(yīng)于pH 4在25℃，4.Matrix 2--按照含氨/聯(lián)氨曲線補(bǔ)償（（0.272 mg/l氨+20 ug/l對(duì)應(yīng)于pH 9.0在25℃，5.Matrix 3--按照氨/嗎琳/聯(lián)氨曲線補(bǔ)償（（1.832 mg/1氨+10 mg/I嗎琳+50ug/l聯(lián)氨對(duì)應(yīng)于pH 9.6在25℃，6.Matrix 4--按照磷酸鹽曲線補(bǔ)償（3mg/1磷酸鹽十0.3mg/1氨），7.Coeff：（系數(shù)）-- 可調(diào)系數(shù)（pH/℃）。而便攜式儀表所取水樣為開放式，而且絕大多數(shù)是用容器取回實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行分析測(cè)量，這樣的話被測(cè)水樣溫度發(fā)生了巨大的變化，便攜式表計(jì)大都沒有進(jìn)行溫度補(bǔ)償，部分有補(bǔ)償方式也是不論所測(cè)溶液是什么性質(zhì)統(tǒng)一按2%進(jìn)行補(bǔ)償，這是導(dǎo)致了兩種測(cè)量方式產(chǎn)生了明顯的差別另一原因。

3.人為因素導(dǎo)致的影響

在電極式電導(dǎo)池中，為了測(cè)量溶液的電導(dǎo)率，必須有兩塊金屬極板插入溶液中作為測(cè)量電極，在兩電極之間加上一定的電壓，如果所加電壓是直流電壓，該電導(dǎo)池實(shí)際上也是一個(gè)電解槽，在電場(chǎng)力的作用下，正離子向負(fù)極移動(dòng)，在負(fù)極獲得電子變成中性原子，同時(shí)負(fù)離子項(xiàng)正極移動(dòng)，在正極放出電子變成中性原子。這就是電導(dǎo)率測(cè)量過程，由此可見，所測(cè)水樣必須浸滿流通池，保證水樣的穩(wěn)定性，可便攜式儀表在測(cè)量過程中，由于操作因素，會(huì)造成水樣并非完全浸滿流通池，這樣又會(huì)引起兩種測(cè)量方式的偏差；對(duì)于需要添加試劑才能完成的手工分析測(cè)量方式，會(huì)由于測(cè)量人員的不同所加試劑量而不同，這樣測(cè)量結(jié)果會(huì)有所不同，這也是造成在線測(cè)量?jī)x表與便攜測(cè)量?jī)x表測(cè)量數(shù)據(jù)偏差的一種原因。

4.被測(cè)水樣流量和流動(dòng)狀態(tài)的影響

化學(xué)儀表測(cè)量的第一要求：必須是流動(dòng)的新鮮水樣。而且流量要依據(jù)不同表計(jì)的要求而不同，在線化學(xué)儀表都配備流量計(jì)并且標(biāo)有正常測(cè)量所需的流量范圍，運(yùn)行人員依據(jù)標(biāo)識(shí)每2小時(shí)一次調(diào)整被測(cè)水樣流量，使被測(cè)水樣流量達(dá)到在線化學(xué)儀表測(cè)量要求，保證了測(cè)量的準(zhǔn)確性。而且安裝時(shí)，測(cè)量室必須處在垂直位置，測(cè)量室的測(cè)量中心與溢流管的中心線盡可能垂直，否則水樣流動(dòng)會(huì)產(chǎn)生偏流，影響儀表的靈敏度與重現(xiàn)性。而便攜儀表所測(cè)水樣一般為靜止的取樣，這又是導(dǎo)致兩種測(cè)量方式偏差的一個(gè)原因。

5.分析儀狀態(tài)影響

在線儀表投用后，儀表維護(hù)人員定期進(jìn)行檢查與維護(hù)對(duì)測(cè)量的準(zhǔn)確性和增加儀表的使用壽命是很關(guān)鍵的。

巡檢工作到位，發(fā)現(xiàn)問題及時(shí)解決，注意添加堿化劑二異丙胺的量，應(yīng)不小于98%。消除了H+對(duì)測(cè)量的影響；定期維護(hù)保養(yǎng)到位，如定期清洗管路、電極、水樣過濾器等，保證儀表可靠運(yùn)行；針對(duì)不同表計(jì)經(jīng)常損壞和消耗的備件進(jìn)行檢查并及時(shí)更換。如1811EL鈉表的滲透管，9073鈉表的流量計(jì)等。根據(jù)《化學(xué)儀表檢驗(yàn)規(guī)程報(bào)》和我電廠實(shí)際情況，每月對(duì)鈉表進(jìn)行檢驗(yàn)，并做好檢驗(yàn)記錄；若長(zhǎng)期不用或者停機(jī)后，應(yīng)對(duì)電極做好保護(hù)工作。測(cè)量電極長(zhǎng)時(shí)間不用，應(yīng)先清洗干凈后干放；參比電極用完后應(yīng)浸泡在與內(nèi)充液濃度相同的氯化鉀溶液中，不能長(zhǎng)時(shí)間浸泡在純水中，長(zhǎng)時(shí)間不用應(yīng)干放保存，并套上專用的橡皮套，防止內(nèi)部變干損壞電極。長(zhǎng)時(shí)間放置的電極重新使用前必須經(jīng)過活化處理方可投入使用。在線儀表維護(hù)人員對(duì)每一塊使用中的分析儀狀態(tài)了如指掌，而便攜儀表一般處于久置不用狀態(tài)，使用人員對(duì)其狀態(tài)了解不佳以及電極存放不當(dāng)?shù)榷蝗皇褂枚紩?huì)對(duì)測(cè)量帶來很大的影響。

四、結(jié)論

通過以上透徹的分析，由于兩種測(cè)量方式內(nèi)在的以及外在的因素而導(dǎo)致測(cè)量結(jié)果不可避免的有所偏差，所以運(yùn)行人員切不可強(qiáng)行要求以便攜儀表測(cè)量結(jié)果校對(duì)在線化學(xué)儀表測(cè)量結(jié)果，而只能以兩種測(cè)量結(jié)果為依據(jù)進(jìn)行相關(guān)的指導(dǎo)分析，相輔相成，切莫強(qiáng)行要求兩種測(cè)量結(jié)果完全一致，這樣，會(huì)給化學(xué)監(jiān)督帶來很大的安全隱患。

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