康廣華

(華電水務(wù)工程有限公司，北京 100070)

全膜法水質(zhì)分析儀表的配置和維護(hù)

康廣華

(華電水務(wù)工程有限公司，北京 100070)

化學(xué)分析儀表準(zhǔn)確性差會(huì)影響電廠的生產(chǎn)安全和效益，為此給出全膜法鍋爐補(bǔ)給水系統(tǒng)化學(xué)分析儀表的配置參考，重點(diǎn)討論根據(jù)工藝參數(shù)和測(cè)點(diǎn)，取樣管路的設(shè)計(jì)、分析儀表電極和二次表的選型。

化學(xué)分析儀表 水質(zhì)分析 選型 運(yùn)行維護(hù)

鍋爐補(bǔ)給水化學(xué)分析儀表是在電廠中對(duì)鍋爐補(bǔ)給水生產(chǎn)過(guò)程中不同階段的水質(zhì)進(jìn)行化學(xué)物質(zhì)定量分析的一種過(guò)程分析儀，是監(jiān)督水質(zhì)指標(biāo)和系統(tǒng)設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)的一只“眼睛”。鍋爐補(bǔ)給水的水質(zhì)會(huì)直接影響鍋爐和汽輪機(jī)的安全運(yùn)行，以及火力發(fā)電廠的整體經(jīng)濟(jì)效益和環(huán)保驗(yàn)收結(jié)果，所以電廠越來(lái)越重視水質(zhì)分析。

分析儀表不同于其他熱工儀表，它集中了光學(xué)、電子及材料等技術(shù)，由于資金和渠道門檻過(guò)高，導(dǎo)致巨型公司收購(gòu)小公司，收購(gòu)后沒(méi)有投入資金進(jìn)行二次技術(shù)開(kāi)發(fā)。為了降低成本來(lái)迎合中國(guó)市場(chǎng)需求，在整合后也對(duì)儀表設(shè)計(jì)、產(chǎn)地、生產(chǎn)線進(jìn)行大幅度改動(dòng)，對(duì)不同分析儀都使用通用型二次表，導(dǎo)致很多分析儀表公司的產(chǎn)品質(zhì)量有不同程度的下降，部分公司針對(duì)部分產(chǎn)品采用貼牌生產(chǎn)(OEM)形式。所以出廠的產(chǎn)品質(zhì)量和壽命下降，實(shí)際工程中設(shè)計(jì)不嚴(yán)謹(jǐn)、測(cè)點(diǎn)布置不合理，導(dǎo)致經(jīng)常出現(xiàn)故障，大幅增加了運(yùn)行維護(hù)人員的工作量[1]。

根據(jù)火力發(fā)電廠事故調(diào)查數(shù)據(jù)表明，在線化學(xué)分析儀表準(zhǔn)確性差，影響水汽品質(zhì)合格率，加快了鍋爐和汽輪機(jī)的腐蝕、沉積和積鹽速率，造成每臺(tái)機(jī)組每年數(shù)百萬(wàn)元的經(jīng)濟(jì)損失。筆者總結(jié)這幾年的實(shí)際工程經(jīng)驗(yàn)，導(dǎo)致化學(xué)分析儀表準(zhǔn)確性差的原因有：供貨商過(guò)度考慮成本，所供儀表選型不當(dāng)或與實(shí)際工況不符，取樣點(diǎn)和樣水的分配、管路材料及接頭材料等?，F(xiàn)給出筆者總結(jié)探討的分析儀表的配置、選型、取樣管路設(shè)計(jì)及運(yùn)行維護(hù)中的注意事項(xiàng)等。

1 配置原則

火電廠鍋爐補(bǔ)給水系統(tǒng)由原水預(yù)處理(過(guò)濾器)、超濾反滲透、電除鹽(或離子交換)系統(tǒng)組成。電廠常見(jiàn)在線化學(xué)水質(zhì)分析儀表有：溶氧、pH、硅、鈉、余氯、濁度及酸堿濃度等。以全膜法鍋爐補(bǔ)給水系統(tǒng)為例，文獻(xiàn)[2]中推薦的在線儀表常規(guī)配置參見(jiàn)表1。

表1 超濾、反滲透和電除鹽(EDI)在線儀表配置

(續(xù)表1)

2 選型

化學(xué)水質(zhì)分析儀表由4個(gè)部分構(gòu)成：取樣、預(yù)處理和進(jìn)樣系統(tǒng)，分析器，電源和電子線路，顯示和記錄器。設(shè)計(jì)工作包括：預(yù)取樣、預(yù)處理和進(jìn)樣管路設(shè)計(jì)[3]，分析器和二次儀表的選型。

2.1預(yù)處理和取樣管路

采樣水系統(tǒng)應(yīng)保證采集有代表性的水樣，并保證將水樣無(wú)變質(zhì)地輸送到流通池或樣水分配器。取水傳輸管的材料應(yīng)對(duì)所監(jiān)測(cè)項(xiàng)目無(wú)干擾，并且耐腐蝕。取水管應(yīng)能保證水質(zhì)分析儀所需的流量。

取樣和進(jìn)樣系統(tǒng)主要包括取樣點(diǎn)、管路材質(zhì)、樣水分配和接頭。取樣點(diǎn)與加藥點(diǎn)的位置要合理，如反滲透入口母管氧化還原電位(ORP)的取樣點(diǎn)，應(yīng)設(shè)在還原劑加藥點(diǎn)之后，且保持一定距離，否則易引起加藥和控制不穩(wěn)定。接頭漏氣、流量分配不均，會(huì)影響溶解氧、氫電導(dǎo)、pH測(cè)量的準(zhǔn)確性。管路過(guò)長(zhǎng)，測(cè)量值更新滯后，導(dǎo)致加藥調(diào)節(jié)信號(hào)跟不上，造成pH或氧化還原電位波動(dòng)幅度大。

2.2選型注意事項(xiàng)

鍋爐補(bǔ)給水工藝特點(diǎn)：根據(jù)原水質(zhì)分析報(bào)告和出水水質(zhì)要求，采用不同類型的超濾和反滲透膜，最終確定其工藝流程，才能確定分析儀表的測(cè)點(diǎn)位置。所以選用分析儀表時(shí)需要特別重視工藝參數(shù)。下面介紹導(dǎo)電度、濁度、pH和硅表的選型注意事項(xiàng)[4]。

導(dǎo)電度包含二次表和電極。不同型號(hào)的電極具有不同的電極常數(shù)，也即改變電極常數(shù)可以改變導(dǎo)電度的量程。電極常數(shù)又稱電導(dǎo)池常數(shù)，是兩電極間離子運(yùn)動(dòng)路徑的平均長(zhǎng)度L與電極面積A之比，它由電極的幾何尺寸與結(jié)構(gòu)形式?jīng)Q定。鍋爐補(bǔ)給水屬于低電導(dǎo)溶液，其電極常數(shù)為1.00、0.10、0.01cm-1。導(dǎo)電度選型時(shí)，不僅要選好二次表，更要選對(duì)合適的電極。

pH計(jì)包含二次表和電極。不同的水質(zhì)(即水的導(dǎo)電度不同)配不同的電極。如果水的導(dǎo)電度范圍為10.0～0.1μs/cm，就采用純水和超純水電極；其探頭和流通池采用316L鋼制作，可以消除低電導(dǎo)率純水通過(guò)時(shí)在探頭表面產(chǎn)生的靜電電荷和周圍環(huán)境電磁干擾的影響，為了在測(cè)量過(guò)程中降低阻抗，采用同軸復(fù)合電極。在生產(chǎn)維護(hù)過(guò)程中，pH電極超過(guò)使用期限，要及時(shí)更換，更不能為了節(jié)省成本用國(guó)產(chǎn)電極替代，造成二次儀表與電極之間的信號(hào)不匹配。實(shí)際投用后，會(huì)導(dǎo)致測(cè)量偏高或偏低，鍋爐或管道發(fā)生不同程度的腐蝕、結(jié)垢和積鹽。

濁度儀表按量程可以劃分為低、中、高3類。超濾裝置進(jìn)口和出口濁度范圍在0～100NTU之內(nèi)，選用低量程濁度表，多采用散射法，其最小讀數(shù)為0.01NTU。濁度儀表采用傳感器流通池一體化設(shè)計(jì)，傳感器內(nèi)設(shè)參比電極和溫度電極。濁度測(cè)量過(guò)程中，水流、水樣溫度升高，會(huì)產(chǎn)生氣泡，影響測(cè)量結(jié)果。濁度儀選型要考慮清洗功能，以消除氣泡干擾，降低清洗周期。

EDI產(chǎn)水、除鹽水泵出口必須設(shè)硅含量測(cè)點(diǎn)，只需設(shè)一個(gè)多通道儀表。硅表的通道數(shù)為2、4、6。根據(jù)測(cè)點(diǎn)數(shù)量，確定通道數(shù)。所有硅表都配通道分配器，通道分配可以自動(dòng)進(jìn)行，只需設(shè)置通道循環(huán)測(cè)量分析的時(shí)間。通道分配可以接收外指令，根據(jù)工藝需求進(jìn)行通道切換。設(shè)計(jì)電源回路時(shí)需要考慮通道分配器的供電電壓和功率。設(shè)計(jì)過(guò)程中，硅表廠家需要提供的資料有：硅表和通道分配器的外形開(kāi)孔安裝尺寸，樣水進(jìn)出管的口徑及對(duì)外接線圖等。

3 分析儀表運(yùn)行維護(hù)

電廠基建過(guò)程中，只注重儀表選型，總包方不注重對(duì)取樣點(diǎn)的設(shè)計(jì)、管路材料和樣水分配，導(dǎo)致儀表投用時(shí)數(shù)據(jù)的真實(shí)性有待商榷。

電廠投產(chǎn)正常運(yùn)行后，首先清點(diǎn)工程移交的藥品和備品的數(shù)量，甄別假冒偽劣產(chǎn)品，因電極和試劑有使用有效期限，必須建立電極、試劑檔案，才能合理統(tǒng)計(jì)并安排備件、試劑計(jì)劃。例如電極的使用壽命一般為一年，購(gòu)置的新電極的存放也不宜過(guò)長(zhǎng)。同時(shí)，運(yùn)行人員要深入現(xiàn)場(chǎng)，掌握分析儀表取樣管路系統(tǒng)，如果發(fā)現(xiàn)接頭漏氣、流量分配不均，需及時(shí)改造。

生產(chǎn)投運(yùn)后，很多水質(zhì)參數(shù)報(bào)警，由維護(hù)工作和儀表問(wèn)題造成的占多數(shù)，即使水質(zhì)超標(biāo)一般也不會(huì)立刻影響安全運(yùn)行，所以運(yùn)行人員一般不重視水質(zhì)參數(shù)報(bào)警。多個(gè)水質(zhì)參數(shù)的組合變化不僅可以相互佐證儀表的準(zhǔn)確性，還可以幫助集控人員和儀表維護(hù)人員判斷設(shè)備的“健康”狀況。例如EDI產(chǎn)水側(cè)的導(dǎo)電度和硅含量，運(yùn)行人員反映導(dǎo)電度或硅含量只有一個(gè)發(fā)生變化而另一個(gè)沒(méi)有變化，就應(yīng)首先檢查分析儀表的健康狀況。

3.1定期維護(hù)

從樣品預(yù)處理、流量、過(guò)濾器、傳感器到儀表，過(guò)程測(cè)量步續(xù)多、結(jié)構(gòu)復(fù)雜加上測(cè)量值小，使得故障原因不可能直觀判斷，需要逐步排查。所以分析儀表要定期維護(hù)。根據(jù)分析儀表的特性來(lái)確定維護(hù)時(shí)間間隔。維護(hù)的主要內(nèi)容有：定期更換硅表、鈉表試劑和藥品，更換pH、電導(dǎo)電極及濁度儀燈泡等。每次定期維護(hù)前要檢查藥劑和標(biāo)準(zhǔn)液是否充足。分析儀表電源板、顯示板、控制板發(fā)生故障進(jìn)行更換后，要注意電路板的硬件和軟件版本，必須保持一致。

3.2pH表

pH表通常采用二點(diǎn)法進(jìn)行定位，若在定位過(guò)程中發(fā)現(xiàn)兩點(diǎn)定位偏差太大，應(yīng)檢查測(cè)量電極是否污染，參比電極有何問(wèn)題，輸入阻抗是否下降等問(wèn)題，不要急于調(diào)節(jié)斜率。若pH計(jì)斜率太低，可能是測(cè)量電極老化。使用5%的稀鹽酸浸泡15min，然后用除鹽水沖洗，重新校驗(yàn)。若pH值顯示漂移或波動(dòng)，判斷為參比電極故障或失效，更換電極緩沖溶液。

3.3導(dǎo)電度表

導(dǎo)電度維護(hù)工作量小，使用可靠性高，反映水汽品質(zhì)變化既準(zhǔn)確又靈敏[5]。如果導(dǎo)電度的測(cè)量回路密封不好說(shuō)明有空氣進(jìn)入，測(cè)量條件變化、電極污染、水樣溫度變化都會(huì)導(dǎo)致導(dǎo)電度偏高。平時(shí)維護(hù)時(shí)要重點(diǎn)檢查樣水流經(jīng)的管路是否有滲漏，流通池本體是否有裂縫、缺口等。

3.4硅表

以ploymetron9210硅表為例，闡述日常維護(hù)注意事項(xiàng)。定期維護(hù)工作：每周定期自動(dòng)校驗(yàn)零點(diǎn)，每周檢查試劑桶液位，低于1/4需要補(bǔ)充；每隔兩月要定期自動(dòng)校準(zhǔn)；每年更換試劑過(guò)濾器和蠕動(dòng)泵；定期清洗測(cè)量槽，以保證儀表正常測(cè)量。

測(cè)量值出現(xiàn)“0.01”數(shù)值，若是斷續(xù)出現(xiàn)，可能是水質(zhì)比較差，鏡面上經(jīng)常被鐵銹泥渣所污染；連續(xù)很長(zhǎng)時(shí)間出現(xiàn)的3種原因是：3種藥劑在加藥時(shí)并沒(méi)有加入到測(cè)量槽里(藥劑快要用完時(shí))；儀表重新啟動(dòng)后，加藥泵未清洗干凈導(dǎo)致泵堵塞，使藥劑不能加入測(cè)量槽；由于水質(zhì)比較差，導(dǎo)致儀表7號(hào)閥芯墊片產(chǎn)生變形，使得測(cè)量時(shí)樣水不斷漏進(jìn)測(cè)量槽，這時(shí)反應(yīng)完的藥劑被水沖掉不能產(chǎn)生藍(lán)光[6]。

硅表停運(yùn)的流程：首先關(guān)閉進(jìn)樣閥，防止啟機(jī)時(shí)臟水進(jìn)入；將未用完的試劑全部倒掉，防止過(guò)期試劑進(jìn)入儀表；進(jìn)入泵菜單將儀表試劑管中的殘留試劑全部排干；進(jìn)入電磁閥菜單將測(cè)量槽沖洗干凈后排空所有的殘留水樣，進(jìn)行干燥處理；最后斷電停機(jī)。

4 結(jié)束語(yǔ)

鍋爐補(bǔ)給水化學(xué)分析儀表的準(zhǔn)確性關(guān)系到水質(zhì)的品質(zhì)，火力發(fā)電廠水汽的品質(zhì)關(guān)系到機(jī)組的安全運(yùn)行。設(shè)計(jì)人員把關(guān)好測(cè)點(diǎn)布置，選用性能可靠且維護(hù)量低的儀表，運(yùn)行人員加強(qiáng)日常維護(hù)，從而提高電廠在線化學(xué)分析儀表測(cè)量的準(zhǔn)確性和可靠性，及時(shí)發(fā)現(xiàn)水汽品質(zhì)問(wèn)題，并及時(shí)加以解決，這樣才能保證火電廠的安全平穩(wěn)長(zhǎng)周期運(yùn)行。

[1] 沈保中.火力發(fā)電廠在線化學(xué)分析儀表配置優(yōu)化研究[C].清潔高效燃煤發(fā)電技術(shù)協(xié)作網(wǎng)年會(huì).北京:中國(guó)電機(jī)工程學(xué)會(huì),2009.

[2] DL/T 5068-2014,火力發(fā)電廠化學(xué)設(shè)計(jì)技術(shù)規(guī)程[S].北京:中國(guó)電力出版社,2015.

[3] 王森,符青靈.儀表工試題集(在線分析儀表分冊(cè))[M].北京:化學(xué)工業(yè)出版社,2006.

[4] 王森.在線分析儀器手冊(cè)[M].北京:化學(xué)工業(yè)出版社,2008.

[5] 余明芳.氫電導(dǎo)率檢測(cè)及在電廠汽水品質(zhì)控制中的應(yīng)用[J].浙江電力,2003,(4):47～49.

[6] 陳如玲.在線硅表防堵研究[J].華東電力,1998,(12):42～44.

AllocationandMaintenanceofIntegratedMembraneTechnology-basedWaterQualityAnalyzers

KANG Guang-hua

(HuadianWaterEngineeringCo.,Ltd.,Beijing100070,China)

Chemical analysis instrument’s accuracy influences power plant’s production safety and benefits. The integrated membrane method technology-based chemical analysis instrument for the boiler feedwater system were presented and having technological parameters and measuring points based to design the sampling pipe and the analytical instrument’s electrodes and to select other secondary instrument was discussed.

chemical analysis instrument, water quality analysis, selection, operation and maintenance

TH832

B

1000-3932(2016)11-1141-04

2016-08-15(修改稿)