CN104360038A - 一体化安定指数平衡反应装置 - Google Patents

Abstract

一种一体化安定指数平衡反应装置，其特点是，包括箱体、控制器，在箱体内设置隔板分隔的待测水样室和平衡反应室，在箱盖上吊装有液位控制报警器，在隔板上部设有水样溢流口，在平衡反应室置有滤网包裹的碳酸钙颗粒填料模块，在箱体上设有待测水样室的水样入口和出口，待测水样室的水样入口通过水样入口电磁阀、手动流量调节阀与水样源连接，待测水样室的水样出口通过水样出口电磁阀与滤前取样管连接，在平衡反应室内置有限位溢流管，平衡反应室的滤后取样口通过滤后取样电磁阀与滤后取样管连接，控制器分别与液位控制报警器、水样入口电磁阀、水样出口电磁阀和滤后取样电磁阀电连接。具有结构合理，采样真实可靠，便于维护，使用寿命长等优点。

Description

一体化安定指数平衡反应装置

技术领域

本发明涉及化学分析领域，是一种一体化安定指数平衡反应装置。 

背景技术

在工业生产中经常用大量的水作为冷却介质，称为工业冷却水，如地表水、海水和城市中水等，该水体中存在钙镁离子、碳酸氢根离子等，在热交换过程中由于蒸发作用，这些离子浓度发生变化，引起结垢或腐蚀现象，此时通常用安定度来判断水质的稳定性，而安定度的指标采用安定指数来衡量。 

安定指数是表示水质具有结垢性和腐蚀性的倾向的一个无量纲的指标。在行业标准里，它是利用待测水样在通过装有碳酸钙颗粒的过滤柱前后的碱度变化来判断水质的安定性,其反应式如下： 

此化学反应为可逆平衡反应，平衡向右移，水质有结垢倾向，向左则有腐蚀倾向，安定指数的实时分析对工业生产运行中的安全生产和节能减排具有实际意义，当前安定指数的检测主要通过人工分析来完成，但人工分析缺乏实时性，其实际意义大打折扣。 

在相关专利和文献中，有关于安定指数自动分析检测方面的研究，如中国专利公开(公告)号：CN101975778A公开了名称为“水质稳定性检测装置以及检测方法”的发明专利申请中记载了有关安定指数的碳酸钙过滤前后碱度的自动分析相关实现方式，其对安定指数化学平衡反应装置仍为实验室通常使用的过滤柱，经实验室和现场测试研究表明，采用过滤柱方式实现安定指数自动分析存在以下问题： 

(1)安定指数测量时的化学反应式是动态平衡反应方程式，工业冷却水用于冷却时，在反应式中为加热过程，反应向右进行，水质中会有二氧化碳气体出现，在长期运行过程中，由于使用过滤柱方式，导致过滤柱内气泡越积越多，如果不及时排除：首先，水质与碳酸钙颗粒接触面积大大减小，严重影响反应式中碳酸钙在碳酸钙颗粒上的附着效应；其次，由于本反应式是动态平衡反应，当反应式右移时，大量二氧化碳气体的存在，会抑制平衡反应的方向，导致测量值比真实值小，而我国工业用水以偏结垢为主；再次，大量气体占据过滤柱空间，会导致反应柱内待测水样流量减小； 

(2)安定指数测量主要应用于工业冷却水水质稳定性检测，采用过滤柱时，有效柱长为500mm左右，流量要求为6～8mL/min，而工业冷却水水质环境恶劣，长时间运行时，污堵现象极易导致流速逐渐减小，直至完全断流，现场测试，情况较好时可连续运行1个工作日，严重时运行4小时已不能满足测量要求； 

(3)更换过滤柱时，为确保柱内无气泡，需耗费很长时间完成碳酸钙颗粒的填充。 

发明内容

本发明的目的对现有技术进行实质性改进和创新，提供一种结构合理，取样真实可靠，能够实现实时、连续分析作业，分析准确率高，便于维护，维护量小，使用寿命长的一体化安定指数平衡反应装置。 

实现本发明目的采用的技术方案是，一种一体化安定指数平衡反应装置，其特征是，它包括：箱体、控制器，在箱体上置有箱盖，在箱体内设置隔板分隔的待测水样室和平衡反应室，在箱盖上吊装有液位控制报警器，液位控制报警器位于待测水样室内，在隔板上部设有将待测水样室的水样流入平衡反应室的水样溢流口，在平衡反应室内置有填料模块，在箱体的底部设置待测水样室的水样入口和水样出口，所述待测水样室的水样入口通过水样采样管上设置的水样入口电磁阀、手动流量调节阀与水样源连接，所述待测水样室的水样出口通过管路上设置的水样出口电磁阀与滤前取样管连接，在所述平衡反应室内置有从箱体底部穿出的限位溢流管，在箱体的底部设置平衡反应室的滤后取样口，所述滤后取样口通过管路上设置的滤后取样电磁阀与滤后取样管连接，所述控制器与所述液位控制报警器的信号输出端电连接，所述控制器与所述水样入口电磁阀的控制端电连接，所述控制器与所述水样出口电磁阀的控制端电连接，所述控制器与所述滤后取样电磁阀的控制端电连接。 

所述填料模块的结构是，包括滤网，在滤网内包裹有碳酸钙颗粒的滤料。 

本发明的一体化安定指数平衡反应装置，由于控制器与液位控制报警器、水样入口电磁阀、水样出口电磁阀、滤后取样电磁阀等实现电连接，通过间歇式时序控制方式，待测水样由控制器通过控制水样入口电磁阀、水样出口电磁阀和滤后取样电磁阀的开启和关闭以及检测上盖的液位控制报警器信号，实现待测水样在安定指数平衡反应装置内的水样采样、安定指数化学平衡反应和水样取样等功能为一体；还由于填料模块由滤网，在滤网内包裹经活化后碳酸钙颗粒作为滤料，填料模块置于平衡反应室内形成若干个孔隙，当一体化安定指数平衡反应装置采用间歇式运行方式时，水样经水样溢流口进入平衡反应室，水位由底部逐渐升高，由于填料模块中滤料为活化后碳酸钙颗粒，水样液位逐渐上升时，碳酸钙颗粒间的绝大部分气体经空隙排出，而在平衡反应过程中，当化学平衡向右进行，产生二氧化碳时，产生的气泡则可经模块两侧孔隙上浮，而不会发生气泡累积的现象，具有结构合理，取样真实可靠，能够实现实时、连续分析作业，分析准确率高，便于维护，维护量小，使用寿命长等优点。 

附图说明

图1为本发明的一体化安定指数平衡反应装置结构主视示意图； 

图2为图1中箱盖2结构示意图； 

图3为图1中箱体1结构示意图； 

图4为图3的示意俯视图； 

图5为图1中一个填料模块3横截面剖视示意图； 

图6为图1中控制器4的电路原理图； 

图7为图1中为控制器4软件程序图。 

图中：1箱体，2箱盖，3填料模块，4控制器，5水样入口电磁阀，6水样出口电磁阀，7滤后取样电磁阀，8待测水样室，9平衡反应室，10水样入口，11水样出口，12限位溢流管，13滤后取样口，14水样溢流口，15液位控制报警器，16手动流量调节阀，17水样采样管，18滤前取样管，19滤后取样管，20隔板，21水样源，22碳酸钙颗粒，23滤网，24STC90C51单片机电路，25键盘部分电路，26显示部分电路，27存储部分电路，28电磁阀驱动部分电路，29电源、键盘、中断和电磁阀连线接口，30外部通信接口。 

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步的说明。 

参照图1-图5，本发明的一体化安定指数平衡反应装置，包括：箱体1、控制器4，箱体1用于盛装待测溶液。在箱体1上置有箱盖2，在箱体1内设置隔板20分隔的待测水样室8和平衡反应室9。所述平衡反应室9的容积大于待测水样室8的容积。在箱盖1上吊装有液位控制报警器15，液位控制报警器15位于待测水样室8内，液位控制报警器15用于检测待测水样室8中的液位，并具有信号输出端以输出液位检测信号功能。在隔板20上部设有将待测水样室的水样流入平衡反应室的水样溢流口14，采用水样溢流口14使待测水样室8与平衡反应室9共用一个采样入口，节省了外部连接管路。在平衡反应室9内置有填料模块3，所述填料模块3的结构是，包括滤网23，在滤网23内包裹有碳酸钙颗粒的滤料。滤网23优选为PVC滤网。在箱体1的底部设置待测水样室8的水样入口10和水样出口11，所述待测水样室8的水样入口10通过水样采样管17上设置的水样入口电磁阀5、手动流量调节阀16与水样源21连接。所述待测水样室8的水样出口11通过管路上设置的水样出口电磁阀6与取样管18连接。在所述平衡反应室9内置有从箱体1底部穿出的限位溢流管12。在箱体1的底部设置平衡反应室9的滤后取样口13，所述滤后取样口13通过管路上设置的滤后取样电磁阀7与滤后取样管19连接。所述控制器4与所述液位控制报警器15的信号输出端电连接，接收来自于液位控制报警器15的液位检测信号，用于检测待测水样室8内水样的液位；所述控制器4与所述水样入口电磁阀5的控制端电连接，用于开启水样入口电磁阀5，使水样采样管17内水样经待测水样室8的水样入口10进入待测水样室8内；所述控制器4与所 述水样出口电磁阀6的控制端电连接，用于开启滤前取样管18，将待测水样室8内的水样经水样出口11流入滤前取样管18输出滤前水样；所述控制器4与所述滤后取样电磁阀7的控制端电连接，用于开启滤后取样管19，将平衡反应室9内，经填料模块3滤后的水样输出。所述限位溢流管12的高度低于水样溢流口14，使水样溢流口14产生溢流时的水样进入平衡反应室9内，使水样不会回流至待测水样室8内。所述限位溢流管12的高度不高于填料模块3内碳酸钙颗粒22填料和高度。所述限位溢流管12功能和作用包括：其一，使水样溢流口14产生溢流时的水样进入平衡反应室9内，水样不会回流至待测水样室8内；其二，限定了平衡反应室9内平衡反应后水样的占用的容积；其三，平衡反应室9内水样高度等于或低于填料模块3内碳酸钙颗粒22填料高度，保证平衡反应室9内有效水样为与碳酸钙颗粒22充分发生化学平衡反应的有效平衡反应后的待测水样。填料模块3填充于平衡反应室9的结构对有效解决水体中气泡的问题、污堵现象、极大减小了日常维护量上作用非常关键和重要。填料模块3为滤网23内包裹的碳酸钙颗粒22滤料，所述滤网23用多片高度一致的长方形滤网片缝制连接，然后由内向外翻转，形成边缘多个圆弧状矩形结构滤网23，所述滤网23的内填充碳酸钙颗粒22后制成填料模块3。填料模块3在平衡反应室9填充布置效果如图4所示，由于每片填料模块3边沿都为圆弧状结构，当多片填料模块3填充于平衡反应室9内时，形成多个孔隙。 

本发明的一体化安定指数平衡反应装置，采用间歇式运行方式，当水样经水样溢流口14溢流入平衡反应室9，在平衡反应室9中液位由底部逐渐升高，由于填料模块3内有多个空隙，可有效排除采样时和反应平衡过程中产生的气体，且采用间歇式运行方式，在每次水样采集前由控制器4对待测水样室8和平衡反应室9进行清洗，以防装置污堵，填料模块3可从平衡反应室9自由取出和放入，方便日常维护的拆卸、更换、清洗和安装，大大减小了维护量。间歇式运行方式中间歇式的概念为：每次一体化安定指数平衡反应装置执行待测水样采样完成后，关闭水样入口电磁阀5，阻止水样源21在滤前水样取样和滤后水样取样期间进入一体化安定指数平衡反应装置，待本次水样取样完毕，下次取样开始时，再重新开启水样入口电磁阀5，待测水样经水样源21再次进入一体化安定指数平衡反应装置，因每次水样的采样都需要关断水样入口电磁阀5，所以为间歇式采样方式。 

其中，液位控制报警器15为市售产品，可采用本领域公知的各种能够进行液位高低检测和报警的装置。本具体实施例采用的液位控制报警器15为干黄干液位报警器。水样入口电磁阀5、水样出口电磁阀6及滤后取样电磁阀7为市售电磁阀。 

本发明的一体化安定指数平衡反应装置待测水样的采样和平衡反应过程由控制器4控制完成，控制器4控制开启水样入口电磁阀5并开始计时，使待测水样经待测水样室8的水样 入口10通过水样采样管17流入待测水样室8，待测水样室8内待测水样液位上升，直至触发液位控制报警器15输出液位信号，控制器4检测到控制信号后停止计时，控制器4根据所计时间计算待测水样经待测水样室8通过水样溢流口14进入平衡反应室9水样容积所需的时间，并延长水样入口电磁阀5开启时间至所需时间；由控制器4控制关闭水样入口电磁阀5，并由控制器4控制打开和关闭水样出口电磁阀6，针对待测水样室8内水样出口11通过滤前取样管18输出滤前水样；由控制器4控制关闭水样出口电磁阀6，并由控制器4控制打开和关闭滤后取样电磁阀7，针对平衡反应室9内水样经滤后取样口13通过滤后取样管19输出平衡反应后待测水样。由于水样源21的水样压力不确定性，为保证水样流路中水样流量的稳定，在水样源21与水样入口电磁阀5之间的水样采样管17上安装手动流量调节阀16，手动流量调节阀16可以是现有市售的针型阀、球阀等。 

参照图6和7，对于本发明一体化安定指数平衡反应装置的控制器4要求是，具有预制的时序自动检测液位报警器15信号、自动控制水样入口电磁阀5、水样出口电磁阀6和滤后取样电磁阀7的开启和关闭，且具有一定的计时功能。现有的集成电路、单片机、PLC、DSP和计算机等具有控制处理功能的装置均可。 

本发明具体实施方式采用的控制器4是一种采用STC90C51单片机电路实现的一种具体的实施方案。控制器4的控制核心采用单片机STC90C51，液位捉控制报警器15信号、水样入口电磁阀5、水样出口电磁阀6和滤后取样电磁阀7的控制命令均由STC90C51单片机电路24通过内部预制程序处理；所述键盘部分电路25为按键设计电路，用于人工调节控制器的内部参数和功能；所述显示部分电路26显示控制器4运行和设置时的数据和参数等；所述存储部分电路27用于保存控制器的必要参数；所述电磁阀驱动部分电路29用于将STC90C51单片机电路24输出的控制信号加强，驱动水样入口电磁阀5、水样出口电磁阀6和滤后取样电磁阀7；所述电源、键盘、中断和电磁阀连线接口29为控制器外接电源、键盘和电磁阀等的接口；所述外部通信接口30与安定指数检测装置或仪器连接，用于通知控制器4执行一体化安定指数平衡反应装置工作程序。 

所述的控制器4采用STC90C51单片机软件程序可以用汇编语言、C语言或其它语言编写，在给出一体化安定指数平衡反应装置工作流程图后，本领域技术人员可以根据流程图，依据本专利自动控制、计算机处理知识就能够编写出软件程序。 

本发明的一体化安定指数平衡反应装置的功能是完成待测水样的自动采样和化学平衡反应过程，整个工作流程由控制器4通过检测液位控制报警器15的信号和控制水样入口电磁阀5、水样出口电磁阀6和滤后取样电磁阀7来完成，控制器4不能自主开启，必须由外部信号触发开启，外部信号可以是手动开关触发或来自安定指数检测装置向控制器4发出的指令， 本装置的工作过程如下： 

a)根据水样源21的压力波动情况，首次运行平衡反应装置的前调节手动流量调节阀16，将水流调节到一个合适的流量，其流量限制为不超过限位溢流管12溢流流量； 

b)控制器4收到外部输入的程序开始信号后，排出一体化安定指数平衡反应装置待测水样室8和平衡反应室9内残留水样，由控制器4控制水样出口电磁阀6和滤后取样电磁阀7将待测水样室8和平衡反应室9残留的水样排出，然后关闭水样出口电磁阀6和滤后取样电磁阀7，确保水样采样前安定指数平衡反应装置内无残留水样； 

c)清洗一体化安定指数平衡反应装置待测水样室8和平衡反应室9，清洗1～3次，操作步骤如下，控制器4控制开启水样入口电磁阀5进行水样采样，同时控制器4开始计时，水样首先充满待测水样室8，当所述液位充满待测水样室8后，液位控制报警器15液位浮子上浮，触发液位报警信号，控制装置接收到液位控制报警器15报警信号后进行下一步操作，如果超过控制器4内设置的极限等待时间，还未接收到液位控制报警器15输出的液位报警信号，则控制器4提示水样采样流路断流并结束本次采样；如果控制器4收到报警信号则停止计时，并计算延长水样入口电磁阀5开启时间至平衡反应室9达到水样采样容积要求，这时待测水样由待测水样室8与平衡反应室9间的水样溢流口14进入平衡反应室9，平衡反应室内9的限位溢流管12将待测水样液位限制到限位溢流管12高度，然后关闭水样入口电磁阀5，开启水样出口电磁阀6和滤后取样电磁阀7，将待测水样室8和平衡反应室9内水样排净，然后关闭水样出口电磁阀6和滤后取样电磁阀7，完成一次对安定指数平衡反应装置清洗，如要再次或多次清洗，则重复这一步，与前面操作步骤相同，故不再赘述； 

d)清洗完成后对待测水样采样，采样步骤如下，控制器4控制开启水样入口电磁阀5进行水样采样，同时控制器4开始计时，水样首先充满待测水样室8，当所述液位充满待测水样室8后，液位控制报警器15液位浮子上浮，触发液位报警信号，控制装置接收到液位控制报警器15报警信号后进行下一步操作，如果超过控制器4内设置的极限等待时间，还未接收到液位控制报警器15输出的液位报警信号，则控制器4提示水样采样流路断流并结束本次采样；如果控制器4收到报警信号则停止计时，并计算延长水样入口电磁阀5开启时间至平衡反应室9达到水样采样体积要求，这时待测水样由待测水样室8与平衡反应室9间的水样溢流口14进入平衡反应室9，平衡反应室内9的限位溢流管12将待测水样液位限制到限位溢流管12高度，然后关闭水样入口电磁阀5； 

e)水样采样完成后控制器(4)向外部发出水样采样完成指令；由外部指令和控制器协同操作，首先控制开启和关闭水样出口电磁阀6，完成滤前水样碱度的测量，控制器4控制开启和关闭滤后取样电磁阀7，完成滤后水样碱度的测量； 

f)待以上步骤完成后，结束本次测量。 

本发明的一体化安定指数平衡反应装置，能够有效解决实时、连续运行过程中水样采样前和化学平衡反应过程中水体中气体和气泡的干扰问题、污堵问题，大大减小了日常维护量，对安定指数实时分析的推广应用起到关键的作用。 

本发明的一体化安定指数平衡反应装置实施方式给出的具体实施例，并非穷举，本领域内技术人员不经过创造性劳动而做出的复制和改进应属于本发明权利要求保护的范围。 

Claims (2)

1.一种一体化安定指数平衡反应装置，其特征是，它包括：箱体、控制器，在箱体上置有箱盖，在箱体内设置隔板分隔的待测水样室和平衡反应室，在箱盖上吊装有液位控制报警器，液位控制报警器位于待测水样室内，在隔板上部设有将待测水样室的水样流入平衡反应室的水样溢流口，在平衡反应室内置有填料模块，在箱体的底部设置待测水样室的水样入口和水样出口，所述待测水样室的水样入口通过水样采样管上设置的水样入口电磁阀、手动流量调节阀与水样源连接，所述待测水样室的水样出口通过管路上设置的水样出口电磁阀与滤前取样管连接，在所述平衡反应室内置有从箱体底部穿出的限位溢流管，在箱体的底部设置平衡反应室的滤后取样口，所述滤后取样口通过管路上设置的滤后取样电磁阀与滤后取样管连接，所述控制器与所述液位控制报警器的信号输出端电连接，所述控制器与所述水样入口电磁阀的控制端电连接，所述控制器与所述水样出口电磁阀的控制端电连接，所述控制器与所述滤后取样电磁阀的控制端电连接。

2.根据权利要求1所述的一体化安定指数平衡反应装置，其特征是，所述填料模块的结构是，包括滤网，在滤网内包裹有碳酸钙颗粒的滤料。