CN110806428A - 一种发电机内冷水系统专用pH测量装置及其工作方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种发电机内冷水系统专用pH测量装置及其工作方法，包括流量计、电导率流通池、氢电导率流通池、脱气氢电导率流通池、流量调节阀、多通道电导率表、PLC控制面板、变色阳离子交换柱、二氧化碳脱除器和电再生阳离子交换器，流量调节阀和流量计安装在由发电机内冷水冷却器的出水管道引出的取样管道上，且流量调节阀和流量计、电导率流通池、电再生阳离子交换器、变色阳离子交换柱、氢电导率流通池、二氧化碳脱除器和脱气氢电导率流通池按照水流方向依次连接；电导率流通池、氢电导率流通池、脱气氢电导率流通池分别与多通道电导率表连接，多通道电导率表与PLC控制面板连接。本发明适用范围广，可用于定冷水系统也可用于双水内冷系统。
Description
技术领域
本发明涉及发电厂水质监测技术领域，尤其涉及一种发电机内冷水pH测量装置。
背景技术
发电机内冷水系统对发电机的安全运行起着至关重要的作用，内冷水在定子线棒中同时起冷却和绝缘作用，可以有效防止发电机产生过热或短路而出现事故。大型汽轮发电机在运行过程中,应在线连续测量内冷却水的电导率和pH值，定期测量含铜量及内冷水流量、含氨量、硬度。根据现在的化学检测手段，在线监测内冷水的电导率能很好实现，铜含量、含氨量、硬度可以进行取样分析。但内冷水(纯水)离线检测pH值时，受外界干扰影响因素太大，因此要求能够在线监测pH。
目前发电机内冷水pH在线监测主要采用直接电极法，但发电机内冷水属于纯水，静电荷、液接电位和温度都会对测量造成较大影响。此外，目前大部分pH表直接安装在带压管路中，导致pH电极参比液无法正常渗透，严重影响测量准确性；如果测量水样不回收，又会造成补水量偏大。这些因素导致发电机内冷水pH测量准确性差，采取相应措施只能减少影响，而不能完全消除影响，因此电厂所用的pH值测量仪表很难准确测定内冷水的pH值。
内冷水pH测量准确性差已经严重影响了发电机内冷水系统的正常运行，经常出现电导率和铜含量合格，但pH偏低的情况。为了保证接地电阻满足要求，现场不能通过提高电导率来调节pH值，最终造成内冷水水质无法满足标准要求。从根本上来说，其原因在于内冷水pH测量值偏小，未能反映真实水质，误导了运行人员的正常判断。为了解决这一干扰现场运行的问题，迫切需要解决准内冷水pH确测量问题。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术中存在的上述不足，而提供一种能够实现在线监测pH，测量不受静电荷、液接电位和温度等影响，能够保证测量准确性的发电机内冷水系统专用pH测量装置。
本发明解决上述问题所采用的技术方案是：一种发电机内冷水系统专用pH测量装置，其特征是，包括流量计、电导率流通池、氢电导率流通池、脱气氢电导率流通池、流量调节阀、多通道电导率表、PLC控制面板、变色阳离子交换柱、二氧化碳脱除器和电再生阳离子交换器，所述流量调节阀和流量计安装在由发电机内冷水冷却器的出水管道引出的取样管道上，且流量调节阀和流量计、电导率流通池、电再生阳离子交换器、变色阳离子交换柱、氢电导率流通池、二氧化碳脱除器和脱气氢电导率流通池按照水流方向依次连接，并且脱气氢电导率流通池连接至内冷水箱；所述电导率流通池、氢电导率流通池、脱气氢电导率流通池内分别设置有电导电极、氢电导电极、脱气氢电导电极，且电导率流通池、氢电导率流通池、脱气氢电导率流通池分别通过电导电极线、氢电导电极线、脱气氢电导电极线与多通道电导率表连接，所述多通道电导率表与PLC控制面板连接。
进一步的，所述发电机内冷水冷却器的出水管道通过三通阀连接取样管道。
进一步的，所述二氧化碳脱除器连接有电加热控制器，且二氧化碳脱除器的顶部和底部分别设置有冷却水进口和冷却水出口。
所述的发电机内冷水系统专用pH测量装置的工作方法，其特征是，过程如下：水样流经流量调节阀后先后流过电导率流通池、氢电导率流通池和脱气氢电导率流通池，多通道电导率表测量内冷水的电导率、氢电导率和脱气氢电导率，并将测量结果通过4～20mA输入PLC控制面板，经过PLC控制面板处理后显示pH测量值。
进一步的，本发明通过测量内冷水的氢电导率和脱气氢电导率来连续监测内冷水中的杂质阴离子浓度，从而消除杂质阴离子对pH计算的影响。
进一步的，本发明的内冷水pH计算只需电导率、氢电导率和脱气氢电导率共3个变量，而且这3个变量均可以准确测量，保证了pH计算的准确性。
进一步的，本发明实现对内冷水pH的精确计算，避免了直接用pH表测量内冷水pH存在的各种问题，大大提高了内冷水pH测量的准确性和可靠性。
进一步的，本发明电导率、氢电导率和脱气氢电导率测量采用多通道电导率表，要求电极常数为0.01cm-1或0.04cm-1级，要求具备纯水、酸性和氨等温度补偿方式，确保所选仪表适用于内冷水特殊水质的测量要求。
进一步的，为了准确测定内冷水的氢电导率，本发明采用电再生阳离子交换柱和变色阳离子交换柱串联的方式，可以同时确保测量准确性及运行周期。
进一步的，为了保证内冷水的氢电导率需要连续测量，本发明在变色阳离子交换柱前安装电再生阳离子交换柱，由电再生阳离子交换柱去除水中绝大部分阳离子，变色阳离子交换柱只起提高准确性和备用的作用，因此可以长时间连续进行氢电导率测量。
本发明与现有技术相比，具有以下优点和效果：
pH测量结果准确性高。当内冷水采用某种处理工艺时，电导率、氢电导率和脱气氢电导率就确定了内冷水的具体组成，其对应的pH是唯一的。只要测得内冷水的电导率、氢电导率和脱气氢电导率就可以计算出内冷水的pH，这种计算pH的准确性和可靠性要求远高于采用直接电极法测量结果。
可以长期运行而且免维护。采用直接法测量内冷水pH时，需要定期进行检验校准工作，半年或者一年需要更换电极。本发明的pH测量装置安装调试后不需要进行校准和维护，更不需要更换电极。由于安装了前置电再生阳离子交换柱，变色阳离子交换柱使用周期至少可以达到一年。
没有排污，内冷水系运补水量很小。由于本发明只在运行中监测电导率、氢电导率和脱气氢电导率，取样测量后的水样可以直接回内冷水箱，因此整个内冷水系统基本没有水损失，基本不需要补水。
适用范围广，可用于定冷水系统也可用于双水内冷系统。
附图说明
图1是本发明实施例的发电机内冷水系统专用pH测量装置的安装布局图。
图2是本发明实施例的发电机内冷水系统专用pH测量装置的结构示意图。
图中：三通阀1、流量计2、电导率流通池3、氢电导率流通池4、脱气氢电导率流通池5、流量调节阀6、多通道电导率表7、PLC控制面板8、电导电极9、氢电导电极10、脱气氢电导电极11、变色阳离子交换柱12、二氧化碳脱除器13、电再生阳离子交换器14、电导电极线15、氢电导电极线16、脱气氢电导电极线17、电加热控制器18。
具体实施方式
下面结合附图并通过实施例对本发明作进一步的详细说明，以下实施例是对本发明的解释而本发明并不局限于以下实施例。
实施例1。
参见图2，本实施例中的发电机内冷水系统专用pH测量装置，包括流量计2、电导率流通池3、氢电导率流通池4、脱气氢电导率流通池5、流量调节阀6、多通道电导率表7、PLC控制面板8、变色阳离子交换柱12、二氧化碳脱除器13和电再生阳离子交换器14，流量调节阀6和流量计2安装在由发电机内冷水冷却器的出水管道引出的取样管道上，且流量调节阀6和流量计2、电导率流通池3、电再生阳离子交换器14、变色阳离子交换柱12、氢电导率流通池4、二氧化碳脱除器13和脱气氢电导率流通池5按照水流方向依次连接，并且脱气氢电导率流通池5连接至内冷水箱；电导率流通池3、氢电导率流通池4、脱气氢电导率流通池5内分别设置有电导电极9、氢电导电极10、脱气氢电导电极11，且电导率流通池3、氢电导率流通池4、脱气氢电导率流通池5分别通过电导电极线15、氢电导电极线16、脱气氢电导电极线17与多通道电导率表7连接，多通道电导率表7与PLC控制面板8连接。
本实施例中，发电机内冷水冷却器的出水管道通过三通阀1连接取样管道。
本实施例中，二氧化碳脱除器13连接有电加热控制器18，且二氧化碳脱除器13的顶部和底部分别设置有冷却水进口和冷却水出口。
发电机内冷水系统专用pH测量装置的工作方法，其特征是，过程如下：水样流经流量调节阀6后先后流过电导率流通池3、氢电导率流通池4和脱气氢电导率流通池5，多通道电导率表7测量内冷水的电导率、氢电导率和脱气氢电导率，并将测量结果通过4～20mA输入PLC控制面板8，经过PLC控制面板8处理后显示pH测量值。
多通道电导率表7至少具备3个电导率通道，而且具备温度补偿功能，所配电导电极常数要求为0.01cm-1级或0.04cm-1级。
测量氢电导率时，采用电再生阳离子交换柱14和变色阳离子交换柱12两者串联共同起到去除阳离子的作用。变色阳离子交换柱12采用透明有机玻璃制作，当变色阳离子交换柱12内树脂失效3/4时更换树脂。
多通道电导率表7测量的电导率、氢电导率和脱气氢电导率值以4～20mA的标准信号传输至PLC控制面板8，PLC控制面板8进行数据处理，最终得到发电机内冷水pH值。
实施例2。
参见图1，发电机内冷水系统专用pH测量装置安装在发电机内冷水系统的冷却器出口，保证水样温度不会过高。pH测量装置与内冷水取样管路通过三通阀1串联，测量后的水样回交换器入口或直接回内冷水箱。当进行取样时，测量管路水样流量会短时减小，对测量的影响可以忽略。
参见图2，发电机内冷水系统专用pH测量装置由三通阀1、流量计2、电导率流通池3、氢电导率流通池4、脱气氢电导率流通池5、流量调节阀6、多通道电导率表7、PLC控制面板8、变色阳离子交换柱12、二氧化碳脱除器13、电再生阳离子交换器14和电加热控制器18组成。
三通阀1、流量调节阀6、流量计2、电导率流通池3、电再生阳离子交换器14、变色阳离子交换柱12、氢电导率流通池4、二氧化碳脱除器13和脱气氢电导率流通池5串联连接，测量水样依此从上述装置通过。电导电极线15、氢电导电极线16和脱气氢电导电极线17是并列关系，三者的一端分别连接电导率流通池3、氢电导率流通池4和脱气氢电导率流通池5，另一端同时接入多通道电导率表7，在多通道电导率表7的不同通道显示实时测量值。
为了将脱除二氧化碳后的高温水样温度降低至多通道电导率表7的可接受值，单独引一路水作为高温水样冷却水，在二氧化碳脱除器13的顶部和底部分别设置冷却水进口和冷却水出口，冷却水水样可以是闭式水，也可以是工业水。冷却水换热后可以直接排入机组排水槽，也可以回收至闭式水系统或工业水系统。
内冷水的pH是通过专用pH计算模型来计算，该模型理论推导如下：当内冷水采用NaOH作为碱化剂时，随着CO2的不断渗入，内冷水中存在以下平衡：
[H+]+[Na+]＝[OH-]+2[CO3 2-]+[HCO3 -] (1)
当内冷水的CO2含量(CC)和pH已知时，可知[CO3 2-]、[HCO3 -]与[CO2]存在以下关系：
[CO2]＝[CO3 2-]+[HCO3 -]+[H2CO3] (4)
整理可得：
将[CO3 2-]、[HCO3 -]和[H+]代入式(1)中可得[Na+]：
由此可得内冷水电导率SC：
理论计算表明：当内冷水的CO2含量(CC)、pH和SC具有一一对应关系。在内冷水CC、SC和pH存在一一对应关系的基础上，再结合大量试验即可建立发电机内冷水专用pH计算模型，该模型含有3个特征输入变量，分别为电导率、氢电导率和脱气氢电导率。
与采用电极法直接测量pH值相比，电导率、氢电导率和脱气氢电导率测量准确性高，可以保证输入变量的准确性。而内冷水pH计算模型是通过理论计算推导并经过试验验证的，计算模型的准确性可以保证，因此可以确保内冷水pH测量的准确性。
PLC控制面板8可以接收4～20mA电流信号，PLC控制面板8内置程序可以依据专用pH计算模型输出发电机内冷水pH值，同时该面板可以接入电厂DCS控制系统并在集中控制室工业电脑中显示实测值。
多通道电导率表7测量的电导率、氢电导率和脱气氢电导率值以4～20mA的标准信号传输至PLC控制面板8，PLC控制面板8以内置的pH计算模型进行数据处理，最终得到发电机内冷水pH值。
优先采用流量调节阀6进行流量控制，合适的流量范围为150mL～250mL。如果流量调节阀6故障，可以采用流量计2进行流量控制。
电再生阳离子交换器14内部设置有自动排气阀，防止空气进入电再生室，造成测量误差或无法再生。
变色阳离子交换柱12采用上进下出的顺流方式，其顶部设有排气阀，可以排除变色阳离子交换柱12顶部可能聚集的空气。当变色树脂达到树脂总量的3/4时，重新填装再生好的氢型树脂。
水样流经氢电导率流通池4后进入二氧化碳脱除器13，二氧化碳脱除器13采用热力除气的方式脱除二氧化碳，加热方式为电加热，以电加热控制器18进行温度控制，确保水样达到沸腾状态但不会过热。
本说明书中未作详细描述的内容均属于本领域专业技术人员公知的现有技术。
虽然本发明已以实施例公开如上，但其并非用以限定本发明的保护范围，任何熟悉该项技术的技术人员，在不脱离本发明的构思和范围内所作的更动与润饰，均应属于本发明的保护范围。
Claims (4)
1.一种发电机内冷水系统专用pH测量装置，其特征是，包括流量计（2）、电导率流通池（3）、氢电导率流通池（4）、脱气氢电导率流通池（5）、流量调节阀（6）、多通道电导率表（7）、PLC控制面板（8）、变色阳离子交换柱（12）、二氧化碳脱除器（13）和电再生阳离子交换器（14），所述流量调节阀（6）和流量计（2）安装在由发电机内冷水冷却器的出水管道引出的取样管道上，且流量调节阀（6）和流量计（2）、电导率流通池（3）、电再生阳离子交换器（14）、变色阳离子交换柱（12）、氢电导率流通池（4）、二氧化碳脱除器（13）和脱气氢电导率流通池（5）按照水流方向依次连接，并且脱气氢电导率流通池（5）连接至内冷水箱；所述电导率流通池（3）、氢电导率流通池（4）、脱气氢电导率流通池（5）内分别设置有电导电极（9）、氢电导电极（10）、脱气氢电导电极（11），且电导率流通池（3）、氢电导率流通池（4）、脱气氢电导率流通池（5）分别通过电导电极线（15）、氢电导电极线（16）、脱气氢电导电极线（17）与多通道电导率表（7）连接，所述多通道电导率表（7）与PLC控制面板（8）连接。
2.根据权利要求1所述的发电机内冷水系统专用pH测量装置，其特征是，所述发电机内冷水冷却器的出水管道通过三通阀（1）连接取样管道。
3.根据权利要求1所述的发电机内冷水系统专用pH测量装置，其特征是，所述二氧化碳脱除器（13）连接有电加热控制器（18），且二氧化碳脱除器（13）的顶部和底部分别设置有冷却水进口和冷却水出口。
4.一种如权利要求1-3中任一项所述的发电机内冷水系统专用pH测量装置的工作方法，其特征是，过程如下：水样流经流量调节阀（6）后先后流过电导率流通池（3）、氢电导率流通池（4）和脱气氢电导率流通池（5），多通道电导率表（7）测量内冷水的电导率、氢电导率和脱气氢电导率，并将测量结果通过4～20mA输入PLC控制面板（8），经过PLC控制面板（8）处理后显示pH测量值。
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