CN113624697A - 用于发电厂水汽检测的在线式比色法pH测量仪 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种用于发电厂水汽检测的在线式比色法pH测量仪，属于水质化学分析仪表。包括多路进样阀、溢流器、缺水检测装置、通道选择阀、蠕动定量泵一、蠕动定量泵二、混合器、自动恒温器、光度计、pH6.86标液桶、pH9.18标液桶、pH10.0标液桶、酚酞指示剂桶。优点是：通过使用非传统玻璃电极作为pH传感器，消除了玻璃电极其对应的准确度影响因素，使用高稳定性和准确性的光度计来测量，极大的提高了测量的准确度和可靠性，降低了仪表维护人员的工作量，是发电厂汽水系统pH在线测量的一种新方法。根据发电厂水质pH变化慢的特点可扩展至更多路的水样分时测量。
Description
技术领域
本发明属于水质化学分析仪表。
背景技术
火力发电机组水汽系统的水质纯度很高，一般不允许添加一般的缓蚀剂，主要靠加氨调节水的pH值，辅助加少量的除氧剂(如联胺)或氧(加氧处理)，以达到防止水汽系统金属腐蚀的目的。为了同时防止水汽系统钢和铜的腐蚀，一般要求将水的pH值控制在严格的范围内，否则将发生腐蚀。而严格控制pH值的前提是准确测量水样的pH值。对于水汽系统有铜合金的系统，要求控制水样的pH值范围是pH8.8～pH9.3。
常用的玻璃电极法测量pH原理：
pH＝pHs-(E-Es)F/(2.3026RT)
电导率小于5uS/cm的水样接近于绝缘体，水样流动与电极表面摩擦类似于绝缘体之间摩擦可产生静电荷(见图4)，由于纯水的高电阻和仪表的高输入阻抗，静电荷不能及时流走而在玻璃电极表面积累。该静电荷的作用使玻璃电极的电极电位Eg发生变化，从而使pH计测量的电位差(Eg－Er)发生变化，造成pH测量误差。这种净电荷造成的电位差(Eg－Er)每变化5.9mV，就可造成0.1pH测量误差。如果不加以注意，电荷可造成的电位差(Eg－Er)变化几十毫伏，造成很大的pH测量误差。
水中的各种离子平衡的平衡常数随温度发生变化造成水的实际pH发生变化；
H2O＝H++OH-
NH3+H2O＝NH4+OH-
离子平衡常数Kt是随温度变化的。温度变化引起离子平衡常数Kt变化，必然引起电离平衡反应中H+或OH-浓度的变化，从而引起水的pH变化。而这种变化随水中不同物质组成而变化的，是无法确定和进行温度补偿的。
仪器的温度补偿只是对系数F/(2.3026RT)进行补偿，不能补偿参比电极随温度的变化和水样本身pH随温度的变化。而水汽pH控制指标是25℃时的pH值，在偏离25℃时对应的pH值发生变化，因此偏离25℃测量的pH值不能作为准确的控制值。
纯水pH测量受摩擦产生的静电荷影响很大，虽然加以特别注意尽可能减少其影响(测量池采用金属壳并接地，流速恒定)但难以完全排除其影响
用温度补偿的方法是无法消除温度对水样pH测量造成的误差，因此必须严格控制水样的温度在25±2℃范围内，而控制温度涉及到空压机制冷和加热系统受间歇制冷机运行恒温效果不尽其意。
玻璃电极在发电厂汽水系统的纯水环境下使用寿命明显低于标注的使用期，普遍在线使用时10个月左右就失效需要更换。
总之pH测量不准确受影响因素包括：纯水pH测量中静电荷的影响；温度的影响；校准pH计时的影响；污染的影响；流动电位的影响；液接电位的影响；目前在检测发电厂水质的仪器设备中还没有比色法测量原理类型的pH测量仪,实际使用中玻璃电极法的pH测量仪表误差较大。
发明内容
本发明提供一种用于发电厂水汽检测的在线式比色法pH测量仪，用于自动准确检测发电厂水质的pH值。
本发明采取的技术方案是：包括多路进样阀、溢流器、缺水检测装置、通道选择阀、蠕动定量泵一、蠕动定量泵二、混合器、自动恒温器、光度计、pH6.86标液桶、pH9.18标液桶、pH10.0标液桶、酚酞指示剂桶，其中多路进样阀分别与水样管路和溢流器连接，该溢流器与缺水检测装置连接，该缺水检测装置还与通道选择阀连接，该通道选择阀分别与pH6.86标液桶、pH9.18标液桶、pH10.0标液桶和蠕动定量泵一通过管路连接，该蠕动定量泵一还与混合器连接，酚酞指示剂桶经蠕动定量泵二与混合器连接，该混合器通过管路经自动恒温器与光度计连接。
本发明还包括计算显示控制单元。
本发明所述多路进样阀采用两位三通电磁阀。
本发明所述光度计的检测波长660nm。
本发明所述自动恒温器的温度恒定稳定在30℃±0.1℃。
本发明所述蠕动定量泵一采用连续运行工作方式。
本发明所述蠕动定量泵二采用间歇运行工作方式。
本发明所述pH6.86标液桶、pH9.18标液桶和pH10.0标液桶分别采用5升容量桶。
本发明所述酚酞指示剂桶采用5升容量桶。
本发明优点是：通过使用非传统玻璃电极作为pH传感器，消除了玻璃电极其对应的准确度影响因素，使用高稳定性和准确性的光度计来测量，极大的提高了测量的准确度和可靠性，降低了仪表维护人员的工作量，是发电厂汽水系统pH在线测量的一种新方法。根据发电厂水质pH变化慢的特点可扩展至更多路的水样分时测量。
附图说明
图1是本发明的系统图；
图2是本发明原理图；
图3是本发明程序菜单图；
图4是现有玻璃电极法测量示意图。
具体实施方式
包括多路进样阀1、溢流器2、缺水检测装置3、通道选择阀4、蠕动定量泵一5、蠕动定量泵二6、混合器7、自动恒温器8、光度计9、pH6.86标液桶10、pH9.18标液桶11、pH10.0标液桶12、酚酞指示剂桶13，其中多路进样阀1分别与水样管路和溢流器2连接，该溢流器2与缺水检测装置3连接，该缺水检测装置3还与通道选择阀4连接，该通道选择阀4分别与pH6.86标液桶10、pH9.18标液桶11、pH10.0标液桶12和蠕动定量泵一5通过管路连接，该蠕动定量泵一5还与混合器7连接，酚酞指示剂桶13经蠕动定量泵二6与混合器7连接，该混合器7通过管路经自动恒温器8与光度计9连接；
本发明还包括计算显示控制单元14；
本发明所述多路进样阀1采用两位三通电磁阀；
本发明所述光度计9的检测波长660nm；
本发明所述自动恒温器8的温度恒定稳定在30℃±0.1℃；
本发明所述蠕动定量泵一5采用连续运行工作方式；
本发明所述蠕动定量泵二6采用间歇运行工作方式；
本发明所述pH6.86标液桶10、pH9.18标液桶11和pH10.0标液桶12分别采用5升容量桶；
本发明所述酚酞指示剂桶13采用5升容量桶。
各部件单元作用：
多路进样阀：采用两位三通电磁阀，用于分时测量多路水样的控制，工作时只选择一路水样进入仪器，不在测量时段的水样通过电磁阀的另一通道排掉，保证了水样管路里水样的流动，当测量时水样是实时样品而不是管路内存水。
溢流器：稳定被测量水样流量，将满足需求后多余水样溢出。
缺水检测装置：缺水保护，当无水样时仪器停止运转，防止蠕动泵继续工作将酚酞溶液加入到测量回路中，保护仪器正常使用。通道选择阀：用来选择测量或校准时的溶液选择。
蠕动定量泵一：检测时的样品流量精准控制。
蠕动定量泵二：显色指示剂的精密定量加入。
混合器：混合被测样品和加入的指示剂，使其充分均匀混合显色。
自动恒温器：稳定恒温被测溶液,消除温度对测量结果的影响。
光度计：采用波长为660nm的滤光片滤掉非红色波长，测量出光度值送至单片机单元。
标液：供仪器校准时使用的多种pH值标准溶液。
酚酞指示剂：供水样反应显色使用的定浓度酚酞指示剂。
计算显示控制单元：作为仪器的核心部件用来处理检测结果并根据测量步骤来控制整个仪器系统,计算得出pH值进行显示、记录、输出。
表1主要参数表
检测工作机理：酚酞试剂作为pH指示剂，其从中性到碱性的变色范围为无色到红紫色(树莓色)，发电厂汽水系统内主要固定添加氨水和氢氧化钠作为pH调节剂，pH值在pH8至pH10之间基本处在酚酞的8.2～10.0变色区间。仪器使用固定量的定浓度酚酞溶液注入到定容积被测水样中，检测灯光通过被测溶液和红色滤光片到光敏原件，测量光度值对应计算出pH值。
仪器使用三种浓度pH值标液定时自动标定仪器，使用单片机系统作为计算显示控制单元，其中pH9.18和pH10.0标液作为两点标定法的标液，pH6.86标液作为参考值。
仪器水样流程如下：经多路进样阀、溢流器、缺水检测、通道选择阀、蠕动定量泵一、蠕动定量泵二、混合器、自动恒温器到光度计。
蠕动定量泵一采用连续运行工作方式，不间断为检测器提供水样。
蠕动定量泵二采用间歇运行工作方式，将显色指示剂加入到测量水样中，发电厂水质pH值变化比较稳定，采用周期测量方式可以减少显色指示剂的使用量也延长仪器使用寿命，在正常检测工作时取每次检测器检出的最高峰值作为pH值计算值。
本发明使用方法：
(1)、通过程序选择设定测量一路水样至三路水样；
(2)、通过程序设定采用定期校准或即时校准方式来标定仪器；
(3)、水样来样50mL/min～250mL/min，多余水样通过溢流器排放掉；
(4)、通道选择阀根据程序需要切换到相应的样品流路或标液流路；
(5)、在测量时段，酚酞溶液通过蠕动定量泵每分钟一次注入到样品回路中，每次0.5mL；
(6)、光度计每次测量周期检测结果取最大光度值作为积分条件来计算pH值；
(7)、当缺水检测器检测到样品管路内无水时仪器停止运行、停止恒温器工作、停止蠕动泵运转，直至有水样后仪器重新启动继续工作。
Claims (9)
1.一种用于发电厂水汽检测的在线式比色法pH测量仪，其特征在于：包括多路进样阀、溢流器、缺水检测装置、通道选择阀、蠕动定量泵一、蠕动定量泵二、混合器、自动恒温器、光度计、pH6.86标液桶、pH9.18标液桶、pH10.0标液桶、酚酞指示剂桶，其中多路进样阀分别与水样管路和溢流器连接，该溢流器与缺水检测装置连接，该缺水检测装置还与通道选择阀连接，该通道选择阀分别与pH6.86标液桶、pH9.18标液桶、pH10.0标液桶和蠕动定量泵一通过管路连接，该蠕动定量泵一还与混合器连接，酚酞指示剂桶经蠕动定量泵二与混合器连接，该混合器通过管路经自动恒温器与光度计连接。
2.根据权利要求1所述的一种用于发电厂水汽检测的在线式比色法pH测量仪，其特征在于：还包括计算显示控制单元。
3.根据权利要求1所述的一种用于发电厂水汽检测的在线式比色法pH测量仪，其特征在于：所述多路进样阀采用两位三通电磁阀。
4.根据权利要求1所述的一种用于发电厂水汽检测的在线式比色法pH测量仪，其特征在于：所述光度计的检测波长660nm。
5.根据权利要求1所述的一种用于发电厂水汽检测的在线式比色法pH测量仪，其特征在于：所述自动恒温器的温度恒定稳定在30℃±0.1℃。
6.根据权利要求1所述的一种用于发电厂水汽检测的在线式比色法pH测量仪，其特征在于：所述蠕动定量泵一采用连续运行工作方式。
7.根据权利要求1所述的一种用于发电厂水汽检测的在线式比色法pH测量仪，其特征在于：所述蠕动定量泵二采用间歇运行工作方式。
8.根据权利要求1所述的一种用于发电厂水汽检测的在线式比色法pH测量仪，其特征在于：所述pH6.86标液桶、pH9.18标液桶和pH10.0标液桶分别采用5升容量桶。
9.根据权利要求1所述的一种用于发电厂水汽检测的在线式比色法pH测量仪，其特征在于：所述酚酞指示剂桶采用5升容量桶。
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