化學(xué)儀表培訓(xùn)課件

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1、單擊此處編輯母版標(biāo)題樣式,,單擊此處編輯母版文本樣式,,第二級(jí),,第三級(jí),,第四級(jí),,第五級(jí),,,*,TPRI,,電廠化學(xué)儀表的使用和檢驗(yàn),,,西安熱工研究院,,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(guò)計(jì)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(cè)量結(jié)果？,,不一定。,,化學(xué)儀表的特殊性：傳感器工作時(shí)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(guò)程。如果不深入了解這些反應(yīng)和過(guò)程，使用再好的儀表也難以得到準(zhǔn)確的測(cè)量結(jié)果。,,,,前言,化學(xué)儀表測(cè)量獲得準(zhǔn)確測(cè)量結(jié)果的必要條件：,,（１）使用經(jīng)過(guò)計(jì)量檢定機(jī)構(gòu)檢定合格的化學(xué)儀表；,,（２）對(duì)化學(xué)儀表測(cè)量傳感器測(cè)量原理有較深入

2、的了解，使用中對(duì)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(yàn)實(shí)際測(cè)量準(zhǔn)確性的儀表，硅表、磷表、聯(lián)氨表等。,,第二類：無(wú)法用標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)檢驗(yàn)實(shí)際測(cè)量實(shí)際測(cè)量條件下測(cè)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(cè)量,,二.pH測(cè)量,,三.鈉表,,四.溶解氧濃度測(cè)量,,,第一部分：電導(dǎo)率的測(cè)量,,1.氫電導(dǎo)率測(cè)量的意義,,2.電導(dǎo)測(cè)量原理,,3.純水電導(dǎo)率測(cè)量受測(cè)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(jì)不合理,,7.交換樹脂釋放氯離子,,,8.氫型交

3、換樹脂失效后產(chǎn)生的影響,,9.電導(dǎo)率表的檢驗(yàn),,1.氫電導(dǎo)率測(cè)量的意義（１）,,連續(xù)測(cè)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(yùn)行的主要手段之一。氫電導(dǎo)率測(cè)量是被測(cè)水樣經(jīng)過(guò)氫型陽(yáng)離子交換樹脂，將陽(yáng)離子去除，水樣中僅留下陰離子（如Cl,-,,SO,4,2-,,PO,4,3-,,NO,3,-,,HCO,3,2-,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(cè)量的意義（２）,,因此測(cè)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

4、據(jù)氫電導(dǎo)率估算出水中Cl-的最大濃度（見表２）,。,,,氫電導(dǎo)率是最重要的水汽檢測(cè)項(xiàng)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(wèn)題可以避免。,,,表２：氯離子與氫電導(dǎo)率的關(guān)系,1,（25oC，無(wú)其他陰離子時(shí)）,Cl μg/L,0.00,2.0,4.0,6.0,氫電導(dǎo)率(μS/cm),0.06,0.07,0.08,0.10,,,從表２可以看出，如果控制給水的氫電導(dǎo)率小于0.07μS/cm（25oC），其水中Cl-濃度不超過(guò)２μg/L。這樣，通過(guò)簡(jiǎn)單的氫電導(dǎo)率，可以估算出某個(gè)有害陰離子的最大濃度，以及整個(gè)有害陰離子的控制水平。,,2．電導(dǎo)測(cè)量原理,,萬(wàn)用表,R,測(cè)量?jī)x表,,,與測(cè)量

5、電阻的不同點(diǎn)：,,１．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）,,２．接點(diǎn)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(cè)量產(chǎn)生誤差．,,３．接點(diǎn)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(wèn)題的辦法：,,１．電極常數(shù)一定，并進(jìn)行精確校正,,K=L/A,,,,２．施加足夠頻率的交流電，使電極表面電化學(xué)反應(yīng)來(lái)不及發(fā)生，從而消除極化電阻的影響．,A,L,,,電導(dǎo)率測(cè)量傳感器等效電路,交流狀態(tài)下測(cè)量的是阻抗,,RL,R１,R２,C１,C２,C３,R１，R２分別表示電極１和電極２的表面極化電阻；C１、C２分別表示電極１和電極２的表面微分電容；RL溶液電阻；C３分

6、布電容,,,測(cè)量電導(dǎo)率較高（電阻率較?。┑乃畼?，電極表面極化電阻的影響較大，因此采用較高頻率的測(cè)量電流，通過(guò)微分電容的短路作用，消除電極表面極化電阻的影響。Ｘ,C,=1/(2,ΠfC),RL,R１,R２,C１,C２,C３,,3純水電導(dǎo)率測(cè)量受測(cè)量頻率的影響,測(cè)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：,,Ｘ,C,=1/(2,ΠfC),C３,RL,C１,2001年以后Iso標(biāo)準(zhǔn)有,,,測(cè)量純水電導(dǎo)遇到的矛盾：,,Ｘ,C,=1/(2,ΠfC),,（１）所用的交流電頻率高（測(cè)量普通水常用），X,C１,降低至可忽略，但X,C３,降低，測(cè)量誤差增加（并聯(lián)阻抗越小，

7、對(duì)總阻抗影響越大)．,,（２）所用的交流電頻率低， X,３,增大至可忽略， X,１,但降低，測(cè)量誤差增加.,C３,RL,C１,,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(cè)量的誤差,C３,RL,C１,,解決純水測(cè)量誤差的途徑,１．采用較低頻率的測(cè)量電流，減少分布電容的影響。Ｘ,C,=1/(2,ΠfC),,２．采用特殊的電極接線減少分布電容,,３．盡量縮短電極接線的長(zhǎng)度,,４．采用電極常數(shù)小于0.01,cm,-1,的電極,C３,RL,C１,,檢驗(yàn)儀表是否能測(cè)純水電導(dǎo)的方法,１．不能用純電阻檢驗(yàn)（國(guó)內(nèi)標(biāo)準(zhǔn)），應(yīng)采用AST

8、M標(biāo)準(zhǔn)，用下面的模擬電路檢測(cè)．,,２．與標(biāo)準(zhǔn)表串聯(lián)測(cè)純水．,C３,RL,C１,,2.溫度補(bǔ)償系數(shù)的影響,,X,t 樣,= DD,(25oC),［1+β(t-25)］,,一般水溶液的溫度系數(shù)為0.02左右。,,表１：純水的溫度系數(shù),（返回）,溫度　oC,10,15,20,30,35,溫度系數(shù),0.039,0.043,0.048,0.058,0.066,,原因,水的離解常數(shù)隨溫度的變化較大,,Kw=,α,H,α,OH,,溫度　oC,10,15,20,25,30,35,離解常數(shù),,Kw,×10,14,0.291,0.450,0.681,1.008,1.469,2.088,,,對(duì)于電導(dǎo)率0.055,?

9、S/cm的純水，,溫度系數(shù) 符合,表１,。,,實(shí)際測(cè)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(cè)量純水時(shí)，溫度補(bǔ)償系數(shù)不僅不是一個(gè)確定的常數(shù)，而且是隨兩個(gè)因素變化；它不僅隨溫度的變化而變化（見上表），同時(shí)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(shí)，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,?,1oC范圍內(nèi)。,,（2）選用具有,非線性自動(dòng)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(cè)儀表具有自動(dòng)非線性溫度補(bǔ)償功能。其原理是：儀

10、表中已儲(chǔ)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(dòng)溫度測(cè)量傳感器，儀表根據(jù)所測(cè)量的電導(dǎo)率和溫度，自動(dòng)選取相應(yīng)的溫度補(bǔ)償系數(shù)。,但應(yīng)注意的是測(cè)量純水電導(dǎo)率和測(cè)量純水氫電導(dǎo)率應(yīng)采用不同的溫度系數(shù)數(shù)據(jù)。,,,３電導(dǎo)電極的電導(dǎo)池常數(shù)不正確,,進(jìn)水口,外殼,出水口,外電極,,導(dǎo)流孔,測(cè)量電極,內(nèi)電極,外電極,,,檢驗(yàn)電極常數(shù)時(shí)，如果只把電極拆下檢驗(yàn)，仍然不能消除誤差。因?yàn)殡姌O裝回到測(cè)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(shí)際使用時(shí)的電極常數(shù)就變化，造成測(cè)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(cè)量電極導(dǎo)流孔（見圖１）。如果存在上述情

11、況，應(yīng)對(duì)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(cè)量標(biāo)準(zhǔn)，應(yīng)在與實(shí)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(shí)際測(cè)量時(shí)的電極常數(shù)一致。,,靜態(tài)電極常數(shù)標(biāo)定不能保證實(shí)際測(cè)量的電極常數(shù)準(zhǔn)確,,４. 氫型交換柱設(shè)計(jì)不合理,交換柱設(shè)計(jì)不太合理，更換樹脂時(shí)只能將不帶水的樹脂裝入交換柱。投入運(yùn)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）,。,,,水流方向,入口,出口,交換柱,樹脂層,氣泡,

12、,,,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(shí)殘留的酸會(huì)緩慢擴(kuò)散釋放，氣泡中的二氧化碳也會(huì)緩慢溶解到水樣中,使測(cè)量結(jié)果偏高，影響氫電導(dǎo)率測(cè)量的準(zhǔn)確性。,,,解決辦法,解決辦法是對(duì)氫型交換柱系統(tǒng)進(jìn)行改造，使更換樹脂時(shí)能夠保存水，樹脂與水同時(shí)裝進(jìn)交換柱中，樹脂層上部始終有一層水，避免運(yùn)行時(shí)樹脂層中存在空氣泡。,,采用從下向上的流動(dòng)運(yùn)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(yáng)離子交換樹脂，這種樹脂處理不當(dāng)有產(chǎn)生裂紋的趨勢(shì)。當(dāng)有裂紋的樹脂進(jìn)行再生處理時(shí)，再生液（一般為鹽酸）會(huì)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(yùn)行

13、，樹脂裂紋中殘存的氯離子會(huì)緩慢地?cái)U(kuò)散出來(lái)，造成氫電導(dǎo)率測(cè)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(duì)測(cè)量結(jié)果的影響很大。,,解決辦法,（１）新樹脂初次使用時(shí)一定要先浸入１０％NaCl鹽水中，以防止樹脂開裂；,,（２）對(duì)樹脂進(jìn)行檢查，在10～100倍的實(shí)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２％，最好小于１％。,,（３）樹脂在鹽酸中再生后，應(yīng)使用二級(jí)除鹽水連續(xù)沖洗８小時(shí)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(gè)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

14、產(chǎn)生的影響,,在氫型交換樹脂未失效之前，通過(guò)交換柱的水樣中的陽(yáng)離子只有氫離子。當(dāng)氫型交換樹脂失效后，部分其他陽(yáng)離子穿透交換柱進(jìn)入測(cè)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(yáng)離子主要是銨離子（NH,4,+,）,會(huì)對(duì)氫電導(dǎo)率測(cè)量結(jié)果產(chǎn)生影響，造成測(cè)量誤差。,有的水測(cè)量結(jié)果是小于0。005，表面上看不理解，實(shí)際上存在，有微量的堿性離子存在時(shí)就會(huì)存在這個(gè)現(xiàn)象，用h+的導(dǎo)電性強(qiáng)幾倍可以解釋這個(gè)問(wèn)題,先低后高，表示初步失效時(shí)降低，徹底失效后氨過(guò)來(lái)了，肯定升高。,,,在陽(yáng)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(yáng)離子總量基本不變，水樣的pH值升高，電導(dǎo)率降低。這是因

15、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(cè)量結(jié)果偏低。此時(shí)水質(zhì)超標(biāo)不容易被發(fā)現(xiàn)。,,,在陽(yáng)離子漏出一段時(shí)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(cè)量結(jié)果偏高。此時(shí)容易造成水質(zhì)超標(biāo)的假象。,,解決辦法,為了解決上述問(wèn)題，采用,變色陽(yáng)離子交換樹脂進(jìn)行電導(dǎo)率的測(cè)量。,由于變色陽(yáng)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(cuò)誤信息，提高了電導(dǎo)率測(cè)量結(jié)果的可靠性。,,,７離子交換樹脂再生度,離子交換樹脂再生度較低（如靜

16、態(tài)再生、再生劑量不足），會(huì)有部分陽(yáng)離子漏出，使交換柱出水陽(yáng)離子不只有氫離子，還會(huì)有銨離子、鈉離子，造成測(cè)量結(jié)果偏低,倒過(guò)來(lái)舉例，某電廠蒸汽電導(dǎo)挺低，感覺很好，但實(shí)際上不是這樣的，,,啟發(fā)：調(diào)表的人,,小結(jié),測(cè)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(cè)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(wèn)題可以避免。,,測(cè)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(dòng)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(cè)量誤差。,,,小結(jié)(2),采用“替代法”,（在線法）,對(duì)氫電導(dǎo)率

17、測(cè)量電極的電導(dǎo)池常數(shù)進(jìn)行檢驗(yàn)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(guò)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(yáng)離子交換樹脂有裂紋。,,使用,氫型變色陽(yáng)離子交換樹脂,是解決氫型交換樹脂失效引起的錯(cuò)誤信息的有效措施,電導(dǎo)的主要問(wèn)題是氫交換柱，再生度、裂紋、氣泡，失效是四大問(wèn)題。,,小結(jié)(３),用于測(cè)量純水的電導(dǎo)表（混床出水、氫電導(dǎo)率）的測(cè)量準(zhǔn)確性必須在純水條件下進(jìn)行檢驗(yàn)。,,也可以用模擬電路檢驗(yàn)儀表測(cè)量純水電導(dǎo)率時(shí)的誤差。,,解決辦法—移動(dòng)式在線校驗(yàn)裝置,經(jīng)過(guò)研究，找到解決上述問(wèn)題的方法，研制的移動(dòng)式在線校驗(yàn)裝置可以消除上述所有問(wèn)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(duì)在線表進(jìn)行在線校正,,解決辦法—移動(dòng)式在線校驗(yàn)裝置,配合裝置的軟件，可以知道在線電導(dǎo)表的測(cè)量誤差來(lái)源：,,二次表測(cè)量誤差；,,溫度補(bǔ)償誤差；,,分布電容產(chǎn)生的誤差；,,電極常數(shù)誤差；,,交換樹脂污染；,,根據(jù)誤差不同，采取不同的調(diào)整方法，提高在線電導(dǎo)表測(cè)量的準(zhǔn)確性。,,,YHJ-Ⅱ移動(dòng)式化學(xué)儀表檢驗(yàn)裝置除了具有二次表檢驗(yàn)和整機(jī)離線檢驗(yàn)功能外，YHJ-Ⅱ移動(dòng)式化學(xué)儀表檢驗(yàn)裝置還具有整機(jī)在線檢驗(yàn)、氫交換柱性能檢驗(yàn)、檢驗(yàn)二次表消除電容影響能力、在線檢驗(yàn)電極常數(shù)、檢驗(yàn)非線性溫度補(bǔ)償?shù)裙δ堋?,謝謝！,,