Расчет pH путем измерения катионной проводимости на
advertisement
Отчет о применении Энергетика: № 5 Расчет pH путем измерения катионной проводимости на электростанциях Введение Измерение pH в чистой воде на электростанциях является сложной задачей для традиционных рН-электродов. При этом вычисление pH на основе измерений проводимости обеспечивает надежные и более точные результаты по сравнению с измерениями традиционными рН-электродами. В данном отчете описаны трудности, связанные с измерениями pH, принцип расчета pH, а также преимущества расчета pH и измерения катионной проводимости. В конце представлено готовое решение. Водно-химический режим и pH Трудности измерения pH В соответствии с рекомендациями таких организаций, как VGB (Европейская техническая ассоциация по производству электроэнергии и тепла) и EPRI (Научно-исследовательский институт электроэнергетики, США), контроль коррозии осуществляется путем оценки концентрации кислорода в сочетании с pH и чистотой водной системы. Высокая чистота воды делает возможным высокую концентрацию кислорода и пониженное значение pH, что обеспечивает улучшенную защиту стальных труб. Несмотря на широкую распространенность pH измерений, измерение в чистой воде является сложной задачей для традиционных рН-электродов. Если не удается достигнуть высокой чистоты воды, защита должна основываться на повышенном значении pH при низкой концентрации кислорода. Следовательно, pH является основным параметром для поддержания воды на станции в определенном режиме: AVT, OT и т.д. ¢ Свойства высокочистой воды влияют на потенциал между электродами, что делает измерения pH нестабильными и трудными. ¢ Очень малое содержание ионов в высокочистой воде делает стеклянную мембрану pH электрода менее чувствительной. Также из-за этого электрод быстрее стареет и его приходится чаще менять. ¢ На диафрагме системы сравнения генерируется нежелательный потенциал. ¢ На поверхности датчика образуется статический заряд и измерения становятся очень чувствительными к помехам. К тому же, выборочные пробы pH не обеспечивают оперативных данных и точных результатов. Представленные выше доводы делают привлекательным расчетный метод определения pH. Стабильный слой магнетита внутри котла (Fe3 O4 матового черного или серого цвета) Расчет рН: как это работает? УЭП NH4+ OHNa+ Ca++ H+ CIHCO3- 1. Измеряется проводимость воды до катионной смолы. Главным образом она определяется аммиаком и NaCl. Cond1 = cond NH 3 + cond NaCl 2. Катионы замещают H+ ионы смолы. Смола, имея большее сродство к катионам, высвобождает H+ ионы, удерживая катионы. Высвобожденные H+ ионы образуют кислоты с оставшимися в воде анионами. Cond1 R - NH4+ R - Na+ R - Ca++ R - H+ Ионообменник 3. Измеряется проводимость после прохождения катионной смолы. Основной вклад здесь вносит HCl. Cond2 = cond HCl 4. Путем вычислений вклад NaCl в Cond1 устраняется, а неизвестное значение cond NH3 остается. Катионная проводимость H+ CICO2 HCO3OH- Cond2 5. Соотношение концентрации чистого раствора аммиака (NH 3) и его проводимости хорошо известно. Конечная формула дает прямое сооттношение между логарифмом Cond1, Cond2 и pH эквивалентного раствора аммиака: pH = log [Cond1 – (Cond2 / 3)]+ 8,6 Рис. 1. Ионы до и после катионной смолы Для точного вычисления pH к образцу предъявляются следующие требования: ¢ Значение pH в диапазоне 7,5—10,5 ¢ Концентрация фосфатов ниже 0,5 мг/л ¢ Для кондиционирования котловой питающей воды должен использоваться только один щелочной реагент: аммиак или гидроксид натрия ¢ При pH ниже 8 концентрация примесей должна быть мала по сравнению с щелочным реагентом Калькулятор pH POLYMETRON 9523 оснащен системным аварийным сигналом, который активируется при выполнении расчета pH за пределами допустимых значений (NH3: 7<pH<10, NaOH: 7<pH<10,7). УСТАНОВКА ДЕМИНЕРАЛИЗАЦИИ О2 Мутн УЭП pH Ca SiO2 Na N2H4 ПОДАЧА ВОДЫ Cl Ca Cl2 ОВП Мутн ПОДПИТКА УЭП КОНДЕНСАТНЫЙ НАСОС ООУ ООУ УЭП Na pH Cu Na КОНДЕНСАТОР ТУРБИНЫ НИЗКОГО ДАВЛЕНИЯ ООУ Na Био УЭП Ca Cl2 Cu ДЕАЭРАТОР Cl ОВП ПИТАЮЩИЙ НАСОС SiO2 УЭП ПОДОГРЕВАТЕЛЬ ПАРОПЕРЕГРЕВАТЕЛИ О2 SiO2 УЭП Na ЭКОНОМАЙЗЕР SiO2 КОТЕЛ Точки контроля рН расчетным методом О2 ОВП ГРАДИРНЯ ТУРБИНЫ ВЫСОКОГО ДАВЛЕНИЯ НАГРЕВАТЕЛИ НИЗКОГО ДАВЛЕНИЯ УЭП Mo О2 ГЕНЕРАТОР О2 Cl PO4 pH NH3 Cu О2 N2 H 4 SiO2 Fe НАГРЕВАТЕЛИ ВЫСОКОГО ДАВЛЕНИЯ Преимущества измерения pH расчетным методом ¢ Точное значение pH без ограничений, которые обычно есть при использовании традиционных стеклянных электродов в воде с низкой проводимостью ¢ Датчики проводимости работают стабильно в течение продолжительного времени и не требуют частого обслуживания как pH электроды ¢ При обычном водно-химическом режиме такой алгоритм обеспечивает надежные результаты в течение длительного времени 2. Катионная смола замещает ионы с низкой проводимостью, такие как Na+, Ca++ и Mg++, на водородные ионы H+ с высокой проводимостью. Поскольку проводимость кислотной формы в три – шесть раз превышает проводимость соответствующих солей, процесс намного чувствительнее к измерению примесей, чем стандартное измерение проводимости. Лабораторный анализ невозможен, поскольку измерения проводимости будут искажаться из-за содержащегося в воздухе CO2. Следовательно, катионообменную колонку можно рассматривать как «усилитель проводимости» для минералов и органических кислотных примесей (ацетаты и формиаты). ¢ Высокая чувствительность и линейная характеристика. Например, изменение pH всего лишь на 0,3 соответствует двойному (100 %) изменению концентрации и проводимости. Линейная характеристика проводимости при изменении концентрации обеспечивает более высокую чувствительность к изменению pH, чем логарифмическая характеристика традиционных pH электродов. Катионная проводимость рекомендуется как ключевой параметр при мониторинге пара. Также доказано, что она может быть решающим критерием при запуске паровой турбины (при значениях ниже 0,2 мкС/см), особенно для пиковых электростанций, где требуется запуск в короткое время. Катионная Преимущества измерения катионной проводимости проводимость Измерение проводимости после катионной смолы (см. рис.1) дает катионную проводимость (или кислотную проводимость), еще один важный параметр для лаборатории электростанции. Измерение проводимости после катионной смолы увеличивает чувствительность к примесям двумя способами: 1. Удаляются аммиак и амины, служащие поглотителями кислорода и дающие очень высокие значения проводимости. Таким образом удается измерить исключительно примеси, содержащиеся в пробе. Простота и надежность Датчики проводимости - самые простые датчики из используемых для анализа воды. Отсутствие реактивов и сложных систем пробоотбора позволяет получить надежные результаты при минимальной стоимости обслуживания. Выигрышное сочетание Измерение катионной проводимости отлично сочетает в себе возможность определения следовых количеств с простотой, надежностью и низкой стоимостью датчиков проводимости. Решение: калькулятор pH POLYMETRON 9523 Полнофункциональное панельное решение или только контроллер. Панельная версия рекомендуется как готовое решение для быстрой установки «под ключ». Также возможна поставка только контроллера для простой установки на имеющуюся панель пробоподготовки. Экономичный анализ по сравнению с традиционными pH электродами При стандартном водно-химическом режиме калькулятор pH обеспечивает более стабильные результаты и не требует обслуживания в отличие от обычных pH электродов. Рассчитывает pH и измеряет катионную (кислотную) проводимость Катионная проводимость измеряется после катионной смолы. Это эффективный способ отслеживания низкого содержания примесей в водяном цикле и ключевой параметр для запуска пиковых электростанций. Удобная визуализация наличия потока пробы и истощения смолы Прозрачная проточная камера позволяет наглядно контролировать поток пробы. Прозрачный картридж позволяет отслеживать изменение окраски индикаторов, свидетельствующих об истощении смолы с течением времени. Конфигурация системы Калькулятор pH POLYMETRON 9523 поставляется как готовое решение на панели, содержащее все необходимые для анализа элементы: контроллер, датчики, кабели, проточная кювета и оборудование для установки. Система сконфигурирована в соответствии со стандартом VGB: VGB-S-006-002012-09-EN Бесперебойная работа с гибкими контрактами на обслуживание Сервисная служба Hach Lange предоставляет обслуживание и поддержку, обеспечивая бесперебойную работу и надежные результаты. HACH LANGE предлагает гибкие контракты по обслуживанию, соответствующие вашим потребностям и позволяющие увеличить срок гарантийного обслуживания до 5 лет! DOC043. 62 .30215.Aug14 Независимо от того, работает ли электростанция 24 часа 7 дней в неделю или включается только во время пиковой нагрузки, всегда необходимо следить за качеством воды в паровом цикле, а также за сточными водами.
