CN107247096B - 一种多通道在线锂离子浓度分析仪表 - Google Patents
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Abstract
本发明属于压水堆核电厂一回路水质在线监测技术领域，涉及一种多通道在线锂离子浓度分析仪表。包括仪表壳体，多位选择阀，调节阀，流量计，带阀芯的快速接头，离子交换树脂柱，抑制器，流通池，锂电极，温度电极，参比电极，校准杯，参比电极液，仪表表头。本发明采用锂离子选择性半电池电极，采用电位法直接测量锂离子浓度，具有响应速度快，分析时间短，可实时显示锂离子浓度和变化趋势的优点。
Description
技术领域
本发明属于压水堆核电厂一回路水质在线监测技术领域，涉及一种多通道在线锂离子浓度分析仪表。
背景技术
常规的锂离子的分析方法主要为离线分析方法和少数的在线分析方法。离线分析主要有原子吸收法、离子色谱法、电感耦合等离子体法、电感耦合等离子体质谱法、离子选择电极法，离线分析需进行人工取样，具有分析速度慢、无法实时显示锂离子浓度等不足，尤其是待测系统样品存在波动情况下，无法及时检测锂离子浓度的变化情况和实时浓度值。在线分析方法主要有离子色谱法，以离子色谱仪为基础连接待测系统实现在线分析，然而分析速度慢、占地面积大、仪器成本及后期维护保养成本高等缺点。
压水堆核电厂一回路水化学控制普遍采用硼-锂协调。即通过向一回路添加一定浓度的硼酸(以硼计)和富集氢氧化锂，以控制反应性和调节一回路的pH值。正常运行情况下一回路硼浓度和锂离子浓度都在不同程度的变化，如一回路有硼化或稀释操作，其变化程度更大，核电厂设计有在线硼浓度计，实时监测硼浓度和变化趋势，而锂离子浓度分析均采用离线分析方法进行测量，且一回路系统含有大量的硼酸，硼酸对锂离子浓度的分析存在一定的影响作用。
为实现核电厂一回路锂离子浓度的实时监测和查看变化趋势，解决在线离子色谱分析速度慢、占地面积大、成本高和硼酸对锂离子浓度分析影响等问题，亟需研制一种多通道在线锂离子分析仪新型装置，消解硼酸的影响，实现在线分析。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种多通道在线锂浓度分析仪表，在线去除硼酸，消解硼酸基体的干扰，实现在线锂离子浓度连续监测。
为了实现这一目的，本发明采取的技术方案是：
一种多通道在线锂离子浓度分析仪表，用于检测压水堆核电厂一回路水质中的锂离子浓度，其中：
包括仪表壳体，多位选择阀，调节阀，流量计，带阀芯的快速接头，离子交换树脂柱，抑制器，流通池，锂离子电极，温度电极，参比电极，校准杯，参比电极液，仪表表头。
其中仪表壳体为长方体形状，前面板为具有开关功能的门状结构，前面板中间固定有一块长方形铅玻璃，用于观察整个仪表内部各个部件状况；仪表壳体用于固体多位选择阀，调节阀，流量计，带阀芯的快速接头，离子交换树脂柱，抑制器，流通池，锂离子电极，温度电极，参比电极，校准杯，参比电极液，仪表表头；
多位选择阀固定在仪表壳体的右上角，用于连接各个待测系统的样品，当多位选择阀转至待测系统，则测量此通道连接的待测系统中的锂离子浓度；由仪表表头对多位选择阀进行供电和程序控制，具有单通道或多通道间隔切换测量的功能；每切换一个通道，仪表表头记录切换后待测通道样品的分析结果，多位选择阀出口通过不锈钢管路与调节阀通过螺纹连接；
待测样品流体流至调节阀，调节阀用于控制和调节待测系统样品的流体流向和流速，通过不锈钢管线与多位选择阀和流量计通过螺纹连接；
流量计用于显示待测系统样品的流体流量，通过不锈钢管线与调节阀和带阀芯的快速接头通过螺纹连接；
带阀芯的快速接头包含公头和母头，公头与离子交换树脂柱的端盖通过螺纹连接，母头通过不锈钢管线与调节阀相连接，用于离子交换树脂失效时拆卸离子交换树脂柱；
离子交换树脂柱为圆柱体形状，内层为有机玻璃材质，外壳为带有窥视孔的不锈钢材质，离子交换树脂柱外壳的上、下各设置一个端盖与带阀芯的快速接头通过螺纹连接；
抑制器的电流由仪表表头提供，样品进口通道与调节阀通过不锈钢管线采用螺纹连接，样品出口通道与调节阀通过不锈钢管线采用螺纹连接，再生液入口通道与流量计通过不锈钢管线采用螺纹连接，再生液出口通道排放废液；
流通池为圆柱体形状，其底部侧面开有一小孔，通过不锈钢管线与调节阀采用螺纹连接，用于样品注入流通池；底面开有两个小孔，通过不锈钢管线与调节阀通过螺纹连接，用于流通池清洗时排放废液；底部开有另一小孔，通过不锈钢管线连接废液排放口，用于样品分析或仪表校准时排放待测样品或标准溶液；顶部有一个圆形盖板，通过螺栓与流通池筒体固定；顶部开有3个小孔，用于放置锂离子电极、温度电极、参比电极；
锂离子电极为离子选择性半电池电极，圆柱体形状，通过仪表表头供电，并将测量结果反馈给仪表表头，在仪表表头的显示屏直接显示测量结果，通过螺纹紧固方式固定在流通池测量通道的上部。
温度电极为圆柱体形状，通过仪表表头供电，并将测量结果反馈给仪表表头，在仪表表头的显示屏直接显示测量温度，温度测量结果用于对锂离子电极测量结果进行温度补偿校准，通过螺纹紧固方式固定在流通池测量通道的上部。
参比电极通过仪表表头供电，并为锂离子电极提供参比零电位，通过塑料软管与参比电极液镶嵌连接，通过螺纹紧固方式固定在流通池测量通道的上部。
校准杯用于仪表校准，上面有一盖子，直接盖在校准杯上；
参比电极液为圆柱体形状，内装有3mol/L的KCl溶液，通过背夹方式固定在仪表壳体上，通过塑料软管与参比电极连接，为参比电极提供3mol/L KCl溶液；
仪表表头为长方体形状，前面板包含显示屏、开关键、设置键、上下左右选择键、确认键。接收输入电源，为整个仪表供电，并将测量结果传输到远程中端机或集散控制系统；
通过仪表表头实现如下功能：设置多位选择阀的连接状态和切换模式；设置抑制器的供电电流；接收锂离子电极的测量信号，并通过计算在显示屏显示测量结果；接收温度电极的测量信号，用于补偿锂离子电极测量因温度导致的偏差；接收参比电极信号，作为锂离子电极的零点电位；配合校准杯，校准锂离子电极。
进一步的，如上所述的一种多通道在线锂离子浓度分析仪表，其中：仪表壳体除前面板处的铅玻璃外，其余均为不锈钢材质；调节阀为不锈钢材质，带阀芯的快速接头为不锈钢材质，流通池为有机玻璃材质，校准杯为不锈钢材质。
进一步的，如上所述的一种多通道在线锂离子浓度分析仪表，其中：流量计采用浮子流量计。
进一步的，如上所述的一种多通道在线锂离子浓度分析仪表，其中：离子交换树脂柱内装变色阴离子交换树脂，用于在线消除核电厂一回路水质中的硼酸，消除硼酸对锂离子浓度测量的影响。
进一步的，如上所述的一种多通道在线锂离子浓度分析仪表，其中：抑制器为CSRS阳离子型抑制器，通过电解去离子水产生氢离子和氢氧根离子，在抑制器中离子选择透过性膜的作用下，氢氧根离子与样品通道中的核电厂一回路水质中的硼酸根离子交换，氢氧根离子进入样品通道，硼酸根离子进入再生液通道，硼酸根离子通过再生液通道排到废液中，实现在线消解硼酸。
进一步的，如上所述的一种多通道在线锂离子浓度分析仪表，其中：锂离子电极、温度电极、参比电极通过螺纹方式固定在流通池，调节螺纹调整电极在流通池的插入深度。
进一步的，如上所述的一种多通道在线锂离子浓度分析仪表，其中：锂离子电极的检测锂离子浓度范围在1～1×10-6mol/L，温度电极检测温度范围在0～80℃。
进一步的，如上所述的一种多通道在线锂离子浓度分析仪表，其中：锂离子电极的校准，采用将一系列标准溶液分别倒入校准杯中，通过仪表表头的校准模式进行校准。
进一步的，如上所述的一种多通道在线锂离子浓度分析仪表，其中：抑制器通道和离子交换树脂柱通道互为备用，抑制器通道具有自再生功能，离子交换树脂柱当内装填的离子交换树脂失效时需更换。
本发明技术方案的有益效果在于：本发明采用锂离子选择性半电池电极，采用电位法直接测量锂离子浓度，具有响应速度快，分析时间短，可实时显示锂离子浓度和变化趋势；采用自再生抑制器和离子交换树脂柱，在线消除硼酸对锂离子浓度的影响；所用部件使用寿命长、稳定性强，具有维护周期长、维护成本低等特点，解决压水堆核电厂一回路水质在线锂浓度快速监测的问题。
附图说明
图1为本发明多通道在线锂离子浓度分析仪表示意图。
图中，1.仪表壳体，2.多位选择阀，3.调节阀，4.流量计，5.带阀芯的快速接头，6.离子交换树脂柱，7.抑制器，8.流通池，9.锂离子电极，10.温度电极，11.参比电极，12.校准杯，13.参比电极液，14.仪表表头。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明技术方案进行详细说明。
如图1所示，本发明一种多通道在线锂离子浓度分析仪表，用于检测压水堆核电厂一回路水质中的锂离子浓度，包括仪表壳体1，多位选择阀2，调节阀3，流量计4，带阀芯的快速接头5，离子交换树脂柱6，抑制器7，流通池8，锂离子电极9，温度电极10，参比电极11，校准杯12，参比电极液13，仪表表头14。
其中仪表壳体1为长方体形状，前面板为具有开关功能的门状结构，前面板中间固定有一块长方形铅玻璃，用于观察整个仪表内部各个部件状况；仪表壳体1用于固体多位选择阀2，调节阀3，流量计4，带阀芯的快速接头5，离子交换树脂柱6，抑制器7，流通池8，锂离子电极9，温度电极10，参比电极11，校准杯12，参比电极液13，仪表表头14；
多位选择阀2固定在仪表壳体1的右上角，用于连接各个待测系统的样品，当多位选择阀2转至待测系统，则测量此通道连接的待测系统中的锂离子浓度；由仪表表头14对多位选择阀2进行供电和程序控制，具有单通道或多通道间隔切换测量的功能；每切换一个通道，仪表表头14记录切换后待测通道样品的分析结果，多位选择阀2出口通过不锈钢管路与调节阀3通过螺纹连接；
待测样品流体流至调节阀3，调节阀3用于控制和调节待测系统样品的流体流向和流速，通过不锈钢管线与多位选择阀2和流量计4通过螺纹连接；
流量计4用于显示待测系统样品的流体流量，通过不锈钢管线与调节阀3和带阀芯的快速接头5通过螺纹连接；在本实施例中，流量计4采用浮子流量计。
带阀芯的快速接头5包含公头和母头，公头与离子交换树脂柱6的端盖通过螺纹连接，母头通过不锈钢管线与调节阀3相连接，用于离子交换树脂失效时拆卸离子交换树脂柱6；
离子交换树脂柱6为圆柱体形状，内层为有机玻璃材质，外壳为带有窥视孔的不锈钢材质，离子交换树脂柱6外壳的上、下各设置一个端盖与带阀芯的快速接头5通过螺纹连接；离子交换树脂柱6内装变色阴离子交换树脂，用于在线消除核电厂一回路水质中的硼酸，消除硼酸对锂离子浓度测量的影响；
抑制器7的电流由仪表表头14提供，样品进口通道与调节阀3通过不锈钢管线采用螺纹连接，样品出口通道与调节阀3通过不锈钢管线采用螺纹连接，再生液入口通道与流量计4通过不锈钢管线采用螺纹连接，再生液出口通道排放废液；在本实施例中，抑制器7为CSRS阳离子型抑制器，通过电解去离子水产生氢离子和氢氧根离子，在抑制器7中离子选择透过性膜的作用下，氢氧根离子与样品通道中的核电厂一回路水质中的硼酸根离子交换，氢氧根离子进入样品通道，硼酸根离子进入再生液通道，硼酸根离子通过再生液通道排到废液中，实现在线消解硼酸；
抑制器7通道和离子交换树脂柱6通道互为备用，抑制器7通道具有自再生功能，离子交换树脂柱7当内装填的离子交换树脂失效时需更换。
流通池8为圆柱体形状，其底部侧面开有一小孔，通过不锈钢管线与调节阀3采用螺纹连接，用于样品注入流通池8；底面开有两个小孔，通过不锈钢管线与调节阀3通过螺纹连接，用于流通池清洗时排放废液；底部开有另一小孔，通过不锈钢管线连接废液排放口，用于样品分析或仪表校准时排放待测样品或标准溶液；顶部有一个圆形盖板，通过螺栓与流通池筒体固定；顶部开有3个小孔，用于放置锂离子电极9、温度电极10、参比电极11；
锂离子电极9为离子选择性半电池电极，圆柱体形状，通过仪表表头14供电，并将测量结果反馈给仪表表头14，在仪表表头14的显示屏直接显示测量结果，通过螺纹紧固方式固定在流通池8测量通道的上部。锂离子电极9、温度电极10、参比电极11通过螺纹方式固定在流通池8，调节螺纹调整电极在流通池的插入深度；锂离子电极9的检测锂离子浓度范围在1～1×10-6mol/L，温度电极10检测温度范围在0～80℃；锂离子电极9的校准，采用将一系列标准溶液分别倒入校准杯12中，通过仪表表头14的校准模式进行校准。
温度电极10为圆柱体形状，通过仪表表头14供电，并将测量结果反馈给仪表表头14，在仪表表头14的显示屏直接显示测量温度，温度测量结果用于对锂离子电极9测量结果进行温度补偿校准，通过螺纹紧固方式固定在流通池8测量通道的上部。
参比电极11通过仪表表头14供电，并为锂离子电极9提供参比零电位，通过塑料软管与参比电极液13镶嵌连接，通过螺纹紧固方式固定在流通池8测量通道的上部。
校准杯12用于仪表校准，上面有一盖子，直接盖在校准杯上；
参比电极液13为圆柱体形状，内装有3mol/L的KCl溶液，通过背夹方式固定在仪表壳体1上，通过塑料软管与参比电极连接，为参比电极提供3mol/LKCl溶液；
仪表表头14为长方体形状，前面板包含显示屏、开关键、设置键、上下左右选择键、确认键。接收输入电源，为整个仪表供电，并将测量结果传输到远程中端机或集散控制系统；
通过仪表表头14实现如下功能：设置多位选择阀2的连接状态和切换模式；设置抑制器7的供电电流；接收锂离子电极9的测量信号，并通过计算在显示屏显示测量结果；接收温度电极10的测量信号，用于补偿锂离子电极9测量因温度导致的偏差；接收参比电极11信号，作为锂离子电极9的零点电位；配合校准杯12，校准锂离子电极9。
在本实施例中，仪表壳体1除前面板处的铅玻璃外，其余均为不锈钢材质；调节阀3为不锈钢材质，带阀芯的快速接头5为不锈钢材质，流通池8为有机玻璃材质，校准杯12为不锈钢材质。
Claims (1)
1.一种多通道在线锂离子浓度分析仪表，用于检测压水堆核电厂一回路水质中的锂离子浓度，其特征在于：
包括仪表壳体(1)，多位选择阀(2)，调节阀(3)，流量计(4)，带阀芯的快速接头(5)，离子交换树脂柱(6)，抑制器(7)，流通池(8)，锂离子电极(9)，温度电极(10)，参比电极(11)，校准杯(12)，参比电极液(13)，仪表表头(14)；
其中仪表壳体(1)为长方体形状，前面板为具有开关功能的门状结构，前面板中间固定有一块长方形铅玻璃，用于观察整个仪表内部各个部件状况；仪表壳体(1)用于固体多位选择阀(2)，调节阀(3)，流量计(4)，带阀芯的快速接头(5)，离子交换树脂柱(6)，抑制器(7)，流通池(8)，锂离子电极(9)，温度电极(10)，参比电极(11)，校准杯(12)，参比电极液(13)，仪表表头(14)；
多位选择阀(2)固定在仪表壳体(1)的右上角，用于连接各个待测系统的样品，当多位选择阀(2)转至待测系统，则测量此通道连接的待测系统中的锂离子浓度；由仪表表头(14)对多位选择阀(2)进行供电和程序控制，具有单通道或多通道间隔切换测量的功能；每切换一个通道，仪表表头(14)记录切换后待测通道样品的分析结果，多位选择阀(2)出口通过不锈钢管路与调节阀(3)通过螺纹连接；
待测样品流体流至调节阀(3)，调节阀(3)用于控制和调节待测系统样品的流体流向和流速，通过不锈钢管线与多位选择阀(2)和流量计(4)通过螺纹连接；
流量计(4)用于显示待测系统样品的流体流量，通过不锈钢管线与调节阀(3)和带阀芯的快速接头(5)通过螺纹连接；
带阀芯的快速接头(5)包含公头和母头，公头与离子交换树脂柱(6)的端盖通过螺纹连接，母头通过不锈钢管线与调节阀(3)相连接，用于离子交换树脂失效时拆卸离子交换树脂柱(6)；
离子交换树脂柱(6)为圆柱体形状，内层为有机玻璃材质，外壳为带有窥视孔的不锈钢材质，离子交换树脂柱(6)外壳的上、下各设置一个端盖与带阀芯的快速接头(5)通过螺纹连接；
抑制器(7)的电流由仪表表头(14)提供，样品进口通道与调节阀(3)通过不锈钢管线采用螺纹连接，样品出口通道与调节阀(3)通过不锈钢管线采用螺纹连接，再生液入口通道与流量计(4)通过不锈钢管线采用螺纹连接，再生液出口通道排放废液；
流通池(8)为圆柱体形状，其底部侧面开有一小孔，通过不锈钢管线与调节阀(3)采用螺纹连接，用于样品注入流通池(8)；底面开有两个小孔，通过不锈钢管线与调节阀(3)通过螺纹连接，用于流通池清洗时排放废液；底部开有另一小孔，通过不锈钢管线连接废液排放口，用于样品分析或仪表校准时排放待测样品或标准溶液；顶部有一个圆形盖板，通过螺栓与流通池筒体固定；顶部开有3个小孔，用于放置锂离子电极(9)、温度电极(10)、参比电极(11)；
锂离子电极(9)为离子选择性半电池电极，圆柱体形状，通过仪表表头(14)供电，并将测量结果反馈给仪表表头(14)，在仪表表头(14)的显示屏直接显示测量结果，通过螺纹紧固方式固定在流通池(8)测量通道的上部；
温度电极(10)为圆柱体形状，通过仪表表头(14)供电，并将测量结果反馈给仪表表头(14)，在仪表表头(14)的显示屏直接显示测量温度，温度测量结果用于对锂离子电极(9)测量结果进行温度补偿校准，通过螺纹紧固方式固定在流通池(8)测量通道的上部；
参比电极(11)通过仪表表头(14)供电，并为锂离子电极(9)提供参比零电位，通过塑料软管与参比电极液(13)镶嵌连接，通过螺纹紧固方式固定在流通池(8)测量通道的上部；
校准杯(12)用于仪表校准，上面有一盖子，直接盖在校准杯上；
参比电极液(13)为圆柱体形状，内装有3mol/L的KCl溶液，通过背夹方式固定在仪表壳体(1)上，通过塑料软管与参比电极连接，为参比电极提供3mol/L KCl溶液；
仪表表头(14)为长方体形状，前面板包含显示屏、开关键、设置键、上下左右选择键、确认键；接收输入电源，为整个仪表供电，并将测量结果传输到远程中端机或集散控制系统；
通过仪表表头(14)实现如下功能：设置多位选择阀(2)的连接状态和切换模式；设置抑制器(7)的供电电流；接收锂离子电极(9)的测量信号，并通过计算在显示屏显示测量结果；接收温度电极(10)的测量信号，用于补偿锂离子电极(9)测量因温度导致的偏差；接收参比电极(11)信号，作为锂离子电极(9)的零点电位；配合校准杯(12)，校准锂离子电极(9)；
仪表壳体(1)除前面板处的铅玻璃外，其余均为不锈钢材质；调节阀(3)为不锈钢材质，带阀芯的快速接头(5)为不锈钢材质，流通池(8)为有机玻璃材质，校准杯(12)为不锈钢材质；
流量计(4)采用浮子流量计；
离子交换树脂柱(6)内装变色阴离子交换树脂，用于在线消除核电厂一回路水质中的硼酸，消除硼酸对锂离子浓度测量的影响；
抑制器(7)为CSRS阳离子型抑制器，通过电解去离子水产生氢离子和氢氧根离子，在抑制器(7)中离子选择透过性膜的作用下，氢氧根离子与样品通道中的核电厂一回路水质中的硼酸根离子交换，氢氧根离子进入样品通道，硼酸根离子进入再生液通道，硼酸根离子通过再生液通道排到废液中，实现在线消解硼酸；
锂离子电极(9)、温度电极(10)、参比电极(11)通过螺纹方式固定在流通池(8)，调节螺纹调整电极在流通池的插入深度；
锂离子电极(9)的检测锂离子浓度范围在1～1×10-6mol/L，温度电极(10)检测温度范围在0～80℃；
锂离子电极(9)的校准，采用将一系列标准溶液分别倒入校准杯(12)中，通过仪表表头(14)的校准模式进行校准；
抑制器(7)通道和离子交换树脂柱(6)通道互为备用，抑制器(7)通道具有自再生功能，离子交换树脂柱(7)当内装填的离子交换树脂失效时需更换。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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| GR01 | Patent grant | ||
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