電廠化學儀表的使用與檢驗

電廠化學儀表的使用和檢驗 一 前言 電廠化學儀表可連續(xù)監(jiān)督水流品質 及時發(fā)現(xiàn)問題 防止事故發(fā)生 實現(xiàn)汽水品質實時監(jiān)控和加藥系統(tǒng)自動調節(jié) 簡化了分析人員的勞動強度 改善了勞動條件 具有連續(xù)監(jiān)督 響應速度快 精密度高 有利于自動化等技術特點 大容量機組對水汽品質要求極高 化學儀表的準確監(jiān)測是保證機組安全經(jīng)濟運行的必要手段 由于多數(shù)在線化學儀表的準確性未及時檢驗 使水汽品質惡化問題得不到及時發(fā)現(xiàn) 導致發(fā)電機組水汽系統(tǒng)發(fā)生腐蝕 結垢和積鹽 造成巨大的經(jīng)濟損失 許多電廠水汽品質合格率很高 但腐蝕結垢和積鹽問題卻很嚴重 其根本原因是在線化學儀表測量不準確 未能及時發(fā)現(xiàn)問題 例如國內某電廠兩臺600MW亞臨界機組2004年底相繼底投產(chǎn) 由于汽包汽水分離裝置缺陷 使飽和蒸汽中大量帶水 由于飽和蒸汽在線鈉表和電導率表測量不可靠 一直未能及時發(fā)現(xiàn)該問題 導致汽輪機高壓缸嚴重積鹽 汽輪機效率降低 例如國內某電廠凝汽器管為黃銅管 給水pH值控制指標為8 8 9 3 由于在線pH表測量的pH值偏低問題未得到及時發(fā)現(xiàn) 顯示的測量值是在合格范圍內 而實際給水pH值經(jīng)常超過9 5 導致凝汽器銅管汽側發(fā)生嚴重的氨腐蝕 不僅造成更換凝汽器管的直接損失 還造成汽輪機高壓缸積銅垢 降低了汽輪機效率 造成巨大損失 深能某廠 2機組高壓10級葉片 660MW超超臨界機組 2009年7月投運 2010年5月檢修 廣東某廠凝汽器泄漏造成嚴重積鹽和腐蝕 3機低壓缸 3機中 低壓缸聯(lián)絡管 廣東某廠2010年發(fā)生凝汽器泄漏 停機搶修 高壓缸轉子 中壓缸轉子 低壓缸轉子 類似的實例非常多 許多電廠汽水品質監(jiān)測合格率很高 熱力設備水汽系統(tǒng)腐蝕結垢和積鹽情況卻很嚴重 主要原因是在線化學監(jiān)測儀表測量不準確導致化學監(jiān)督失去作用 由此可見 提高電廠在線化學儀表測量準確性和可靠性 提高化學監(jiān)督的準確性 及時發(fā)現(xiàn)水汽品質控制上的問題并加以解決 對發(fā)電廠的安全經(jīng)濟運行具有重要的意義 按使用場合的不同可分為實驗室化學分析儀表與在線化學分析儀表 按測量原理分為電化學式 熱學式 光學式 色譜及物理特性分析儀表等幾類 按校驗方法可分為兩類 第一類 可以用標準物質檢驗實際測量準確性的儀表 硅表 磷表 聯(lián)氨表等 第二類 無法用標準物質檢驗實際測量實際測量條件下測量準確性的儀表 電導率表 pH表 鈉表 溶解氧表 2 1電廠化學儀表的分類 二 電廠化學儀表簡介 2 2電廠化學儀表的組成 電廠化學儀表的種類雖然很多 結構各不相同 但其基本組成構成可分為 分析部分 信號處理部分 顯示部分 在線儀表除上述三大部分外 還有采樣與樣品預處理部分 1 分析部分分析部分又叫傳感器 它是根據(jù)化學 物理原理把試樣中待測組分轉換成相應的 能準確測量的電位信號 例如 pNa計的pNa電極與參比電極組成的測量電池 按照電化學式的能斯特公式把溶液中的Na 濃度轉換成能被準確測量的電壓信號 這一測量電壓就是pNa計的分析部分 也就是pNa計的傳感器 2 信號處理部分信號處理部分又叫變送器 傳感器輸出的電信號種類不同 如可以是電壓信號 電流信號等 這些信號一段都很微弱 不能直接帶動指示器 記錄儀或自動控制系統(tǒng)的調節(jié)裝置工作 因此需要對這些微弱信號進行放和變換處理 同時 為了排除各種影響測量的因素 得到正確的測量結果 儀表中還設置了各種自動調校和標定功能的電路 一些智能的儀表還設置了自檢 數(shù)據(jù)存儲與處理等功能 3 顯示部分對被測量值的測量結果要通過顯示部分顯示出來 被測量值的顯示主要有兩種方式 即模擬顯示和數(shù)字顯示 4 采樣與樣品的預處理系統(tǒng)采樣部分包括取樣管 高溫冷卻架 恒溫冷卻器 超壓超溫斷水保護裝置和人工取樣盤等 由于儀表分析原理的不同 其樣品預處理的方法也不同 如pNa計的樣品預處理的樣品堿化處理 而Si表的樣品預處理是顯色等 2 3電廠化學儀表的技術指標 1 測量范圍 指儀表的最大顯值范圍 如某電溶解氧表的測量范圍為0 200 g L 選擇儀表時 測量范圍是主要考慮的技術指標之一 2 靈敏度 指引起儀表讀數(shù)可察覺變化的最小變化值 如果pH計的靈敏度是0 01 則表示該儀表的讀數(shù)的可察覺的最小變化值為0 01 該表的讀數(shù)可以讀到小數(shù)點后第二位 如 8 01 9 14 對于數(shù)顯儀表 這與儀表的讀取位置有關 3 準確度準確度是指測量結果與實際值 真值 之間的符合程度 準確度用誤差來表示 誤差越小 準確度越高 4 穩(wěn)定性 指儀表工作狀態(tài)的穩(wěn)定程度 通常儀表的讀數(shù)都有一定的飄移 穩(wěn)定性高的儀表的讀數(shù)漂移值小 5 輸入阻抗 輸入阻抗是保證測量準確度的一個重要指標 通常當儀表與發(fā)送器相互配合時 要求儀表的輸入阻抗比發(fā)送器的阻抗大3個數(shù)量級 6 其它指標 包括儀表的輸出 數(shù)據(jù)接口 報警 電源 對被測介質的要求等 2 4電廠化學儀表的性能評定 為了掌握儀表的準確度 及其變化情況 及時采取措施 保證化學監(jiān)督的有效性 需要對儀表進行多種性能評定 找出儀表的各種誤差 通過修正使測量結果的準確度得以保證 儀表性能的評定分為三種方式 1 儀表檢定儀表檢定是評價儀表本身是否合格并確定其精確度等級的儀表性能檢定工作 這項工作必須要具有相應儀表的檢定資格證書的專業(yè)人員進行 其他人員不能出具鑒定書 2 儀表校驗儀表校驗是指有規(guī)定條件下 以檢查驗證被檢測的儀表的示值與標準值的差異程度為目的的操作 一般采用比被驗儀表等級高 且以檢定過的儀表來校準被驗儀表 也可用基準物質進行校準 校驗是儀表維護的一項主要內容 除定期進行儀表的校驗外 在對儀表維修后 必須經(jīng)過檢驗合格后才能投運 3 儀表對比 是在規(guī)定的條件下 將被檢儀表與準確度等級相同的同類標準儀表或計量器具進行對比 從而可以了解被檢儀表的性能 這里標準儀表是指標準度已知 可以信賴的儀表 例如 為了檢驗一個參比電極的可靠性 常將被測參比電極與另一準確度可靠的參比電極對比 從而可知 被測量的參比電極的可靠性和準確性 三 電廠化學儀表檢驗 化學儀表測量獲得準確測量結果的必要條件 使用經(jīng)過計量檢定機構檢定合格的化學儀表 對化學儀表測量傳感器測量原理有較深入的了解 使用中對影響傳感器正常工作的干擾因素有全面的掌握 3 1電廠化學儀表檢驗標準 1 JJG119 2005實驗室pH 酸度 計檢定規(guī)程 2 JJG376 2007電導率儀檢定規(guī)程 3 JJG757 2007離子計檢定規(guī)程 4 DLT677 2009發(fā)電廠在線化學儀表檢驗規(guī)程 3 2pH 酸度 計的檢驗 檢驗方法 1 由于pH 酸度 計電計示值與電位之間的關系符合能斯特公式 采用pH檢定儀模擬輸入直流電位值檢定儀表的電計部分 2 用pH標準緩沖溶液進行校正pH 酸度 計儀表 3 用pH標準儀表與pH 酸度 計儀表進行比對 詳見JJG119 2005和DLT677 2009 檢驗流程 計量標準器 主要配套設備 標準PH表 標準物質 3 3電導率儀的檢驗 詳見JJG376 2007和DLT677 2009 檢驗方法 1 用交流電阻箱檢定儀表的電計部分 2 用標準溶液 KCl 進行校正電導率儀 3 用標準電導率儀表進行比對 檢驗流程 計量標準器 主要配套設備 標準電導表 標準物質 詳見JJG757 2007和DLT677 2009 3 4鈉表的檢驗 鈉表檢驗問題及注意事項 1 標準液配制使用無鈉水 用高濃度標準液配制低濃度標定液所使用的純水必須確保是無鈉水 2 兩點法校正時 注意電極響應時間問題 特別是自動校正的儀表 應待電極電位基本穩(wěn)定后 再按 確認 鍵 以保證電極電位達到穩(wěn)定值 參見pH計 必要時對電極進行恢復處理 詳見JJG757 2007和DLT677 2009 鈉表檢驗問題及注意事項 3 影響pH測量的一些因素同樣影響Na的測量 例如靜電荷 流動電位 取決于取樣流速 參比電極液接電位 取決于取樣壓力 接地情況等 4 鈉離子的活度系數(shù)隨水的總離子強度的變化而變化 從而會造成測量誤差 因此應該保持較低的離子強度或者保持恒定的離子強度 要求堿化劑的加入量保持恒定 3 4鈉表的檢驗 詳見JJG757 2007和DLT677 2009 鈉表檢驗問題及注意事項 5 水樣的堿化是為了減少氫離子對測量的影響 應定期檢查堿化后的水樣的pH 避免簡化劑量不夠造成的誤差 6 另外 一部分鈉電極在測量ppb數(shù)量級的鈉時選擇性不夠 造成測量高濃度時準確 測量低濃度時誤差增大 對于 g L數(shù)量級鈉的測量應使用在線鈉表 3 4鈉表的檢驗 標準鈉表 3 5溶氧表的檢驗 詳見DLT677 2009 詳見JJG757 2007和DLT677 2009 1 校正 用廠家推薦的方法 溫度補償 由于氧的溶解度的溫度系數(shù)高 必須確保溫度測量精度達到 有些儀器在安裝后需要對溫度補償電路進行校驗 以補償導線電阻 零點調整 將探頭浸入亞硫酸鈉溶液中幾個小時后 讀數(shù)應在0 4 g L 將儀器調零 詳見JJG757 2007和DLT677 2009 2 空校溶解氧目前許多電廠在線溶氧表采用空氣校正的方法進行校正 該方法有使用簡單的特點 空氣標定使用組份20 9 氧氣的空氣 根據(jù)當?shù)氐臍鈮哼M行修正 以確保得到準確的氧分壓 空氣校正時 如果不校正大氣壓 會產(chǎn)生正誤差 對于擴散型傳感器 進行空氣標定時必須使電極表面膜無水 以免水滴影響氧的擴散速率 但必須將探頭置于濕度大于 的空氣中 以免膜干燥受損 待儀器讀數(shù)穩(wěn)定后進行校正調節(jié) 詳見JJG757 2007和DLT677 2009 2 空校溶解氧對于平衡型傳感器 進行空氣標定時 可以將探頭置于濕度大于 的空氣中 以免膜干燥受損 分鐘以上 也可以把電極放入裝滿水的容器中 向水中曝氣 分鐘以上 使水中溶解氧濃度達到飽和 待儀器讀數(shù)穩(wěn)定后進行校正調節(jié) 需注意的是空校時對應水中的飽和溶解氧濃度為8000 g L左右 而實際使用時溶解氧濃度一般為30 g L以下 相差2 3個數(shù)量級 空校后并不一定能保證測量的準確性 例如 某電廠對 2機組凝結水溶氧表進行校正時發(fā)現(xiàn) 在空氣校準時 傳感器的響應斜率約為10 11nA g LO2 但是當測量低濃度溶解氧的水樣時 傳感器的響應斜率降低到約為1nA g LO2 測量結果誤差很大 屬于傳感器不正常 對于采用空氣校正的溶氧表 一定要定期到有校正能力的單位進行比對校驗 如果發(fā)現(xiàn)空校后在測量低濃度溶解氧時不能給出正確測量值 應對探頭進行處理或更換 詳見JJG757 2007和DLT677 2009 3 溶解氧的電解校正電解校正溶解氧表是保證測量低濃度溶解氧準確性的最有效的校正方法之一 也是電廠常用的儀表校正方法之一 但實際應用情況卻是許多采用電解校正的溶解氧表測量準確性較差 甚至出現(xiàn)測量誤差很大的情況 分析其原因主要是校正過程中水樣的溶解氧濃度較大并且波動太大 電解校正的原理是在傳感器前串接一個電解池 電解校正時給電解池施加一定的電解電流 電解池相應以某一確定的速度電解出氧氣 此時控制流過電解池的水樣流速一定 則由電解池產(chǎn)生的氧使進入測量傳感器的水樣溶解氧濃度增加一個確定的值 見下圖曲線 此時如果溶樣表的測量值增量與應該增加的值不符 儀器內置程序自動計算進行校正 但是 如果由于傳感器前管路系統(tǒng)有漏氣或除氧器出水溶解氧濃度波動較大 造成水樣溶解氧濃度較高并且波動較大 此時電解校正 電解氧增量與水樣溶解氧變化疊加 見曲線 儀器內置程序自動計算進行校正將給出錯誤的校正結果 有時甚至出現(xiàn)負值 詳見JJG757 2007和DLT677 2009 4 溶解氧的校驗小結溶解氧傳感器異常情況 陽極老化 氣泡 膜破裂測量回路泄漏問題對測量和校正影響很大 難發(fā)現(xiàn) 需進行專門查漏 用空氣飽和的水進行校正的氧表測量低濃度溶解氧濃度時會出現(xiàn)誤差 應校驗合格后才能使用 標準氧表 四 化學儀表的誤差分析與處理措施 使用高質量 經(jīng)過計量檢定機構檢定合格的化學儀表是否一定可以得到正確的測量結果 不一定 隨著電子技術的快速發(fā)展 化學儀表的二次儀表部分出現(xiàn)問題的情況比較少 多數(shù)誤差出現(xiàn)在測量系統(tǒng)和傳感器上 化學儀表的特殊性 傳感器工作時伴隨著發(fā)生一系列化學反應 電化學反應和物理化學過程 如果不深入了解這些反應和過程 使用再好的儀表也難以得到準確的測量結果 4 1電導率表的誤差分析與處理措施 測量氫電導率的方法可靈敏地反映水 汽中陰離子雜質的總量 是監(jiān)測凝結水 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)氫電導率控制的好 多數(shù)腐蝕結垢問題可以避免 但運行過程中由于溫度補償 電極污染 樹脂失效等因素影響了電導率測量的準確性 4 1電導率表的誤差分析與處理措施 1 標準溶液法檢驗電極常數(shù)存在誤差國內所有檢測電導率表的標準均使用標準溶液進行電極常數(shù)的檢驗 標準溶液電導率大于100 S cm 但純水電導率一般小于0 1 S cm 電極表面極化電阻 微分電容 導線分布電容的影響不同 導致標準溶液校驗的表計存在誤差 應采用標準電導表和標準電極修正電極常數(shù) 4 1電導率表的誤差分析與處理措施 2 溫度補償附加誤差純水電導率的溫度補償系數(shù)是非線性的 并且是隨溫度和電導率變化而顯著變化的 建議將測量給水 凝結水和蒸汽氫電導率的電導率表的溫度補償系數(shù)根據(jù)所測水樣電導率范圍和溫度范圍 設為0 02 0 06 自動溫度補償無法消除溫度變化引起的電導率測量誤差 必須保證在線化學儀表的恒溫效果 盡可能調整控制水樣的溫度在25 1 C范圍內 4 1電導率表的誤差分析與處理措施 3 電導率表實際測量回路中由于流體在電極中的液面高度不同 電極表面污染 泄漏 仍然會產(chǎn)生較大的測量誤差 應注意電導電極使用期限 并定期對電極進行檢查和清洗 4 1電導率表的誤差分析與處理措施 4 測量氫電導率的氫型交換柱由于樹脂失效 樹脂裂紋 流速 氣泡等因素會影響測量準確性 解決辦法是對氫型交換柱系統(tǒng)進行改造 使更換樹脂時能夠保存水 樹脂與水同時裝進交換柱中 樹脂層上部始終有一層水 避免運行時樹脂層中存在空氣泡 并采用從下向上的流動運行方式 建議采用變色陽離子交換樹脂進行電導率的測量 4 1電導率表的誤差分析與處理措施 4 2pH表的誤差分析與處理措施 爐水 給水 凝結水pH值的準確測量和控制是保證水汽系統(tǒng)防腐和防止積鹽的重要環(huán)節(jié) 而pH測量受靜電荷 玻璃電極質量 參比電極質量 外界干擾 校正操作等多方面的影響 容易產(chǎn)生較大的測量誤差 1 靜電荷引起的測量誤差發(fā)電機內冷水 給水等低電導率的水樣在線流動測量pH值很容易受到靜電荷的影響 使pH測量結果與水樣的真實pH值相差較大 因此 pH值測量池應采用金屬殼并接地 并保持流速恒定 4 2pH表的誤差分析與處理措施 4 2pH表的誤差分析與處理措施 2 液接電位引起的測量誤差當純水的離子強度和內充液的離子強度相差較大 此時的液接電位會明顯高于校正時的液接電位 造成純水pH測量誤差 由于這種誤差隨水樣的壓力變化而變化 建議選用專用的純水pH測量電極 并選用與測量水樣的pH值相近的標準緩沖溶液 4 2pH表的誤差分析與處理措施 3 溫度變化引起的測量誤差 溫度變化會對pH測量造成三種影響 如表1所示 目前多數(shù)pH表只有玻璃電極能斯特斜率隨溫度的變化可以通過自動溫度測量的補償方法消除 而不能補償參比電極隨溫度的變化和水樣本身pH隨溫度的變化 因此必須嚴格控制水樣的溫度在25 2 范圍內 表1 0 272mg LNH3 20 g LN2H4的水樣10 時未進行溫度補償時各項誤差比較 4 2pH表的誤差分析與處理措施 4 pH的準確測量還受到玻璃電極質量 電極表面被污染的情況 地回路等因素的影響 因此 pH電極的定期更換 表面清潔 在線流動標定才能減少在線pH表的測量誤差 4 3鈉表的誤差分析與處理措施 在線鈉表用于監(jiān)測凝結水和飽和蒸汽 與氫電導率測量相比 具有相應速度快 信號反應靈敏的優(yōu)點 可以及時發(fā)現(xiàn)凝汽器泄漏 尤其是沿海電廠 和蒸汽品質惡化的情況 對減少水汽系統(tǒng)腐蝕結垢和蒸汽系統(tǒng)積鹽有重要意義 4 3鈉表的誤差分析與處理措施 1 玻璃電極靜電荷 參比電極液界電位的影響 地回路影響 同測量pH類似 2 玻璃電極選擇性的影響 一般采用濃度較