离子色谱法在锅炉水质检测中的应用

李 锐

(广州特种承压设备检测研究院，广东 广州 510000)

0 引言

锅炉是工业、电力、化工生产中应用较为广泛的设备之一，其主要是将热能转化为动能的载体。现代锅炉在大型化与高参数化下对运行稳定性提出了更高的要求，而锅炉原水通常会含有很多不同种类的杂质，尤其锅炉原水中所含有的钙离子和镁离子使得原水的硬度较高，在锅炉运行中极易发生结垢问题，而一旦出现结垢，就会导致锅炉壁过厚，从而使锅炉水发生进一步浓缩，同时会降低锅炉受热面热传导效果与效率，不但会造成热能的浪费和成本的提升，也会带来很大的危险性，严重时甚至会出现锅炉炉筒部分发生鼓包，造成筒管爆裂出现事故。而且这些隐患也会造成锅炉水质不合格，达不到国家现行《工业锅炉水质》《火力发电机组及蒸汽动力设备水汽质量》的标准规定。因此，须重视锅炉水质检测，以保证锅炉运行安全。传统锅炉水质检测技术大多是进行离子含量测定，整体操作难度较高且工序众多，灵敏度不足，还会增加人力成本与时间成本，且会产生超量的化学试剂废液，对环境也会产生不小的污染影响。而离子色谱法的应用则能够提升工业循环冷却水或锅炉用水检定的灵敏度，尤其可进行锅炉水中氯、氟、亚硝酸根、硫酸根等物质含量的准确检测，整体操作难度较低，自动化操作水平好，能够大幅度提升整体检测效率与效果。

1 离子色谱法基本原理

离子色谱法是一种较为高效的检测技术方法，属于高效液相色谱，主要对水质中的阴离子与阳离子常数以及含量进行准确测试，通常采用树脂材料作为检测原材料，其能够对淋出液进行在线自动连接的电导检测[1]。

离子色谱法原理较为简单，首先使用某些离子，使其在特定检测条件下进行自发交换，在离子交换后容易被检测离子分离，再定性分离离子或定量分析。离子色谱法检测原理如图1所示。

图1 离子色谱法检测原理

在对离子进行分离过程中，检测人员常会应用促进离子交换的树脂材料，树脂容量相对较低，应用较多，所以通常被称为离子交换树脂。

离子交换树脂在实际的水质检测过程中进行测定时，主要利用其柱填料性能，锅炉水质检测人员采用离子强度较低且容易实验的溶液，溶液主要被作为流动相时，就能够采用观察手段近距离查看溶液电阻，用于检测和评定水中阴阳离子含量。如果检测人员对待检测水质使用不同分离原理，则水会发生3种相应分离模式，分别被称为离子排斥色谱、高效电子交换图色谱、离子对色谱。这3种高效离子交换色谱有着各自的优缺点，如何进行这3种色谱的选择需要依据实际要求，确保其能够满足锅炉水质检测相关标准需求[2]。

其具体原理为：选择淋洗液，使用氢氧根体系或碳酸根体系对阴离子作出检测，使用甲烷磺酸分析阳离子，取样后利用泵作用，淋洗液冲洗定量环带样品进入色谱柱进行分离。

进行阴离子分析时，由抑制器装置电解锅炉水后产生氢离子，以阳离子交换膜与淋洗液氢氧根离子结合生成水。碳酸氢根/碳酸根体系和氢离子结合后生成碳酸，再分解为CO2和水。

分析阳离子时，利用抑制器装置电解生成氢氧根，以阴离子交换膜和淋洗液氢离子结合后产生水，降低电导后增强待测离子相应，再检测电导检测器。

2 传统锅炉水质检测项目基本内容及具体步骤

传统锅炉水质检测项目中检测技术主要是针对水质硬度和氯离子进行检测。

在锅炉水质的硬度检测方面主要为样品提取，再加入氨-氯化铵缓冲溶液，融入指示剂，锅炉检测水样发生颜色变化，即颜色呈现蓝色后，说明其不具备硬度，如颜色呈现紫红色，则代表着锅炉水样存在一定硬度，在确定硬度后，要使用EDTA标准溶液来滴定水样，水样颜色转变为蓝色后，准确记录EDTA标准溶液的使用量，再依据使用量参数来确定锅炉水样硬度含量计算的相关数据，以获得硬度数值[3]。

氯离子检测：锅炉水取样后滴入酚酞试剂，如水样呈现红色，则滴入硫酸溶液，锅炉检测水样变为无色后则加入氢氧化钠溶液，直至锅炉水样颜色转为微红色，再加入硫酸溶液后水样会逐渐成为无色，变为无色后加入指示剂，并使用硝酸根标准溶液滴定到锅炉水样中，至其颜色变为橙红色后记录硝酸根标准溶液的使用量，并采用公式进行氯离子浓度的推算。

3 离子色谱法在锅炉水质检测中的应用

现阶段，对锅炉水质的检测项目主要包括pH值、溶解固形物、氯离子、碱度、含氧量、硬度等。其中碱度代表着锅炉水可接受氢离子程度，含有一定碱度不仅能够预防酸性腐蚀，还能够将有杂质的污垢排出并提高速度。但也要注意不能碱度过高，否则会被碱腐蚀。因此，锅炉水需要有一定的pH值与碱度。而氯离子是水中常见阴离子，极化度极强，会加速腐蚀，所以须测定氯离子含量，以反映锅炉水品质。另外，水中还会有氧元素导致氧腐蚀，测定的指标中有氧含量。纵观锅炉水质测定指标的关键为硬度，硬度是钙离子与镁离子总和，其与锅炉结成水垢概率与水硬度相关，硬度越大，概率越高，工作人员要重点检测硬度。

以ICS-2000型赛默飞离子色谱仪设备进行锅炉水质检测为例，检测过程中主要使用阴离子淋洗液发生器、泵、柱温箱、4 mm阳离子抑制器、4 mm阴离子抑制器、电导检测器等，阴离子色谱柱则选用IonPac AG19保护柱、IonPac AG19分析柱，而阳离子色谱柱则采用IonPac CG12保护柱、IonPac CG12分析柱，主要控制项包括流速设定为1.0 mL/min、定量环为25 μL、柱温控制在30℃，氢氧根浓度则控制在12 mmol/L，阳离子淋洗液为16 mmol/L甲烷磺酸，取1.0 mL，并使用18.2 Ωcm去离子水定容在1 000 mL，其中需要重视的是要保留时间定性，外标法定量。

样品检测前还要作预处理，主要进行锅炉原水的稀释，将其处理成为1倍锅炉原水和5倍锅炉水，以0.22 μm滤膜来分析样本。

关于离子色谱分析验证方面须取1 000 mg/L的Ca2+、Mg2+标准的储备液，分别对其配置0.1、0.5、2.0、5.0与10.0 mg/L浓度的混合标准溶液，吸取一定量1 000 mg/L C1-标准储备液，针对这些色谱条件来进行分析并依次进样，相对应的现行方程分别为y=0.558 3x、y=0.263 3x，相对系数为0.999 6、0.999 8、0.999 3，再进行3倍信噪比检出限的计算。

在分析后需要进行对比试验，取锅炉原水与锅炉水样各1份，利用离子色谱法和滴定法进行氯离子、镁离子、钙离子的测定，再进行结果对比，可发现测定结果差异并不明显。

在操作方面，离子色谱法在自动化方面有着很高的技术支持，且有着较高的准确度指标，锅炉水有一定概率干扰离子滴定终点，致使终点变色不明显，存在滴定误差，表明离子色谱法准确性较高。

离子色谱法能够一次进行不同离子含量的测试，且可在很短时间内获取阳离子、阴离子和样品组成成分的全部数据信息，还可同时多次进样，能够实现实验操作过程的自动化，提高检测便利性，有着较高的实验稳定性，最大程度上防止因人为因素而导致滴定误差的变大和读数误差的产生对实验结果精准度造成影响。

4 结语

锅炉水质检测是保证锅炉运行可靠性与安全性的关键保障，由于现代行业生产技术的快速提升，锅炉开始向大型化与高参数化层面迈进，对锅炉运行安全与稳定极为关键，这就需要增加锅炉水质检测的频次，精准掌握锅炉水质的实际情况，做好锅炉运行状态的实时监控，降低锅炉安全风险的发生概率。离子色谱法水质检测技术准确性较高，而且有利于缩短锅炉水质检测时间，加快检测效率，而且离子色谱法检测锅炉水质有着较高的操作便利性，自动化水平较高，节约成本，有着较为明显的应用优势。因此，相关技术部门要积极研究离子色谱法在锅炉水质检测方面的应用方法并予以改进，使技术水平更加先进，实现行业的快速发展。