便携化学仪表与在线化学仪表测量偏差的研究与探讨

冯春

摘 要： 大容量机组对水汽品质要求极高，水汽品质的准确监测是保证机组安全经济运行的必要手段。但是，手工分析方法已经不能满足高品质水汽分析的要求，必须依靠在线工业化学仪表进行监督。在线化学仪表用于化工生产流程中（即在线）连续或周期性检测物质化学成分或某些物性的自动分析仪表。由于各种在线分析仪表的作用原理、分析对象和复杂程度不同，其组成也大不相同。然而，手工分析数据与在线化学仪表测量数据的偏差困扰着运行人员，使运行人员不知哪个数据更可信，这样对水汽品质恶化问题得不到更好的监督，导致发电机组水汽系统发生腐蚀、结垢和积盐，造成巨大的经济损失。本文深刻阐述了两种测量方式的测量原理以及以及引起测量偏差的原因。

关键词：水汽品质 化学监督 在线化学仪表 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

中图分类号：TM621.8 文献标识码：A 文章编号：1003-9082（2016）04-0299-02

引言

水和蒸汽是热力系统中的锅炉、汽轮机、过热器等设备的重要工作介质。当火力发电厂正常运行时，热力设备中都有水或蒸汽在流动。水、汽的品质都有规定的指标，一旦水、汽品质的指标超标，就会加速热力设备的腐蚀、结垢和积盐。当水汽中携带一些含钠的杂质时，将会导致汽轮机金属材料的点蚀、应力腐蚀或腐蚀疲劳，这些腐蚀通常会造成重大的经济损失。严重时甚至造成重大事故。

水汽循环系统中配置的化学监督仪表承担着直接监督水汽品质、监督化学添加物的剂量、监督污染源、监控设备运行工况和直接监视腐蚀速度等的任务，以达到监控给水、凝结水、炉水、蒸汽、冷却水的品质。

因此，为防止结垢、结盐，减缓系统中金属部件的腐蚀。保证系统的安全经济运行，化学仪表测量主导性显得尤为重要。也就是以在线化学仪表测量为主还是便携化学仪表为主，下面我对导致两种测量方式产生误差原因进行剖析。

一、在线化学仪表基本构成

一般都由四个部分所构成，①取样、预处理及进样系统。从流程中取出具有代表性的样品，并使它符合分析器对样品状态或条件的要求。②分析器。将样品的成分量或物性量转换成可测量的电信号。③电源和电子线路。对仪表各部分供电，控制仪表各部分的工作，将分析器送来的电信号放大后，输出至显示、记录器，或同时送至自动控制器或电子计算机。④显示、记录器。用来显示、记录代表成分量或物性量的电信号。

二、在线化学仪表分类

常用的有：①热学式分析仪表，如热导式和热化学式气体分析器等；②电化学式分析仪表，如pH计，电导仪，盐量计，电磁浓度计，原电池式、极谱式和氧化锆氧分析器等；③磁式分析仪表，如热磁式和磁力机械式氧分析器等；④光学式分析仪表，如红外线气体分析器、紫外线分析器和流程光电比色计等；⑤色谱分析仪，如流程气相色谱仪和流程液相色谱仪两类；此外，还有密度计、湿度计、水分仪和粘度计等。

三、便携式化学仪表

水质有机物综合指标的分析方法有两种：化学法和光谱法。相比化学法，光谱法是新兴的分析技术，具有分析速度快、无需化学试剂、操作简单等优点，但是现行的光谱法水质分析仪多采用单一光谱，存在分析精度低的不足。

四、便携化学仪表与在线化学仪表测量偏差原因分析

1.一些可溶气体导致的差别

火力发电厂的工厂介质（水、汽）中往往溶解了某些气体，如氨、二氧化碳、一氧化碳等，它们与水分子作用后能产生离子，其化学反应式如下：

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

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

氨气溶于水成为弱碱性溶液，二氧化碳溶于水成为弱酸性溶液，这就增加了溶液的导电能力，使溶液的电导率增加。例如锅炉的蒸汽、汽轮机的凝结水由于上述原因可导致电导率的示值大十倍，甚至几十倍。由于对锅炉给水加氨处理和采用联氨除氧等措施，氨不可避免地进入水、汽系统，当用电导分析法监测蒸汽和凝结水中的含盐量时，必须消除这些可溶气体对电导率的影响。

可溶气体对在线化学仪表的影响几乎不存在，比如氨的影响已通过氢树脂消除，CO2以及其他可溶气体的影响不存在，因为在线化学仪表测量仪表所取水样均为密闭式循环水样；这些气体没有介入的方式。而便携式仪表所取水样为开放式，而且绝大多数是用容器取回实验室进行分析测量，这样的话不仅会引入部分挥发性物资的损失以及其他易溶气体的溶入，而且还会造成二次污染，结果会导致被测量水样的水质发生了巨大的变化。也就导致了两种测量方式产生了明显的差别。

2.温度补偿导致的差别

众所周知，溶液温度升高，离子水化作用减弱，溶液粘度降低，离子运动阻力减小，在电场下，离子的定向运动加快，因而使溶液的电导率增大；反之，溶液温度下降，其电导率下降，其电导率减小。在较低浓度时，电导率与温度关系可近似表示为：

Kt=kt0[1+β1（t-t0）+β2（t-t0）2]

式中 kt0、Kt---溶液温度分别为t0和t时的电导率，S·cm-1；

β1、β2---溶液的电导率温度系数。

由于β2（t-t0）2的值很小，可略去不计，上式可简化为Kt≈[1+β1（t-t0）]

一般情况下，在0～50℃范围内，盐类溶液的β1平均值为0.023℃-1；酸类溶液的β1平均值为0.016℃-1；碱类溶液的β1平均值为0.019℃-1。这里需要指出，不同的溶液一般具有不同的电导率温度系数，同一溶液的电导率温度系数一般也要随温度的变化而变化。

电解质溶液的电导率受温度影响较大，即使溶液的浓度不变，溶液的电导率也随着温度的改变而发生明显的变化。所以，若以电导率来表示水的品质或溶液的浓度，必须在同一温度条件下才有意义。我国电力系统中以25℃为基准温度。如果被测溶液的温度偏离基准温度，对所测得电导率需进行修正，及换算成基准温度下的数值，否则将造成较大的测量误差。在线化学仪表计所测水样温度恒定并且进行了合理的温度补偿，补偿方式随着溶液的性质不同而不同，补偿方式合理而有效；电导率分析仪温度补偿方式有以下几种：1. Coef（系数）-一般用于比电导率的温度补偿，2. HCL（盐酸）--一般用于氢电导率的温度补偿，3. NaCL（氯化钠）--一般用于精处理出口表计温度补偿。pH分析仪温度补偿有以下几种，1. NERNST--线性补偿（0.1984 mV/℃），2.Pure（纯）-- 按照超纯水曲线补偿，3.Matrix（模型）-- 根据硫酸盐曲线补偿（（ 4.84 mg/l对应于pH 4在25℃，4.Matrix 2--按照含氨/联氨曲线补偿（（0.272 mg/l氨+20 ug/l对应于pH 9.0在25℃，5.Matrix 3--按照氨/吗琳/联氨曲线补偿（（1.832 mg/1氨+10 mg/I吗琳+50ug/l联氨对应于pH 9.6在25℃，6.Matrix 4--按照磷酸盐曲线补偿（3mg/1磷酸盐十0.3mg/1氨），7.Coeff：（系数）-- 可调系数（pH/℃）。而便携式仪表所取水样为开放式，而且绝大多数是用容器取回实验室进行分析测量，这样的话被测水样温度发生了巨大的变化，便携式表计大都没有进行温度补偿，部分有补偿方式也是不论所测溶液是什么性质统一按2%进行补偿，这是导致了两种测量方式产生了明显的差别另一原因。

3.人为因素导致的影响

在电极式电导池中，为了测量溶液的电导率，必须有两块金属极板插入溶液中作为测量电极，在两电极之间加上一定的电压，如果所加电压是直流电压，该电导池实际上也是一个电解槽，在电场力的作用下，正离子向负极移动，在负极获得电子变成中性原子，同时负离子项正极移动，在正极放出电子变成中性原子。这就是电导率测量过程，由此可见，所测水样必须浸满流通池，保证水样的稳定性，可便携式仪表在测量过程中，由于操作因素，会造成水样并非完全浸满流通池，这样又会引起两种测量方式的偏差；对于需要添加试剂才能完成的手工分析测量方式，会由于测量人员的不同所加试剂量而不同，这样测量结果会有所不同，这也是造成在线测量仪表与便携测量仪表测量数据偏差的一种原因。

4.被测水样流量和流动状态的影响

化学仪表测量的第一要求：必须是流动的新鲜水样。而且流量要依据不同表计的要求而不同，在线化学仪表都配备流量计并且标有正常测量所需的流量范围，运行人员依据标识每2小时一次调整被测水样流量，使被测水样流量达到在线化学仪表测量要求，保证了测量的准确性。而且安装时，测量室必须处在垂直位置，测量室的测量中心与溢流管的中心线尽可能垂直，否则水样流动会产生偏流，影响仪表的灵敏度与重现性。而便携仪表所测水样一般为静止的取样，这又是导致两种测量方式偏差的一个原因。

5.分析仪状态影响

在线仪表投用后，仪表维护人员定期进行检查与维护对测量的准确性和增加仪表的使用寿命是很关键的。

巡检工作到位，发现问题及时解决，注意添加碱化剂二异丙胺的量，应不小于98%。消除了H+对测量的影响；定期维护保养到位，如定期清洗管路、电极、水样过滤器等，保证仪表可靠运行；针对不同表计经常损坏和消耗的备件进行检查并及时更换。如1811EL钠表的渗透管，9073钠表的流量计等。根据《化学仪表检验规程报》和我电厂实际情况，每月对钠表进行检验，并做好检验记录；若长期不用或者停机后，应对电极做好保护工作。测量电极长时间不用，应先清洗干净后干放；参比电极用完后应浸泡在与内充液浓度相同的氯化钾溶液中，不能长时间浸泡在纯水中，长时间不用应干放保存，并套上专用的橡皮套，防止内部变干损坏电极。长时间放置的电极重新使用前必须经过活化处理方可投入使用。在线仪表维护人员对每一块使用中的分析仪状态了如指掌，而便携仪表一般处于久置不用状态，使用人员对其状态了解不佳以及电极存放不当等而突然使用都会对测量带来很大的影响。

四、结论

通过以上透彻的分析，由于两种测量方式内在的以及外在的因素而导致测量结果不可避免的有所偏差，所以运行人员切不可强行要求以便携仪表测量结果校对在线化学仪表测量结果，而只能以两种测量结果为依据进行相关的指导分析，相辅相成，切莫强行要求两种测量结果完全一致，这样，会给化学监督带来很大的安全隐患。

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