CN114034812A - 一种超特高压换流站外冷水硬度在线监测装置及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种超特高压换流站外冷水硬度在线监测装置及方法，涉及电力试验技术领域，其技术方案要点是：包括第一取样管路、第二取样管路、第三取样管路、缓冲罐、吸样管路、试剂管路、缓冲管路、滴定池以及处理器；处理器，用于根据接收的触发信号控制相应第一取样管路、第二取样管路、第三取样管路中的至少一路启动，并控制吸样管路、试剂管路、缓冲管路向滴定池中分别输送水样品、试剂溶液和缓冲液后完成滴定检测，以及在光学传感器检测到溶液颜色变化值设定颜色时控制监测装置停止滴定，同时依据试剂溶液的浓度以及试剂体积、水样品的消耗体积计算输出水样品的硬度。本发明可对处于制备状态的软化器实现不间断监测，提高了工作效率。
Description
技术领域
本发明涉及电力试验技术领域，更具体地说，它涉及一种超特高压换流站外冷水硬度在线监测装置及方法。
背景技术
超特高压换流站冷却水系统对于及时冷却换流阀设备，保证换流阀安全运行具有及其重要的作用。冷却水系统由内冷水系统和外冷水系统组成，内冷水系统对换流阀设备进行冷却后温度上升，这就需要外冷循环水通过冷却塔对内冷水进行降温。外冷循环水的硬度是影响冷却塔盘管外壁结垢程度的关键因素，硬度过高将会导致盘管外壁严重结垢，影响热交换效率，给换流阀安全运行带来风险。为将外冷循环水硬度控制在合理范围，需要软化水系统制备软化水对循环水进行补充。
为监督外冷水水质状况，需对外冷循环水和软化水硬度进行检测，目前采用的方法为人工取样进行滴定分析，工作量大，检测效率低，难以进行长时间连续检测，需要采用在线监测的方式提高检测效率；此外，超特高压换流站外冷循环水和软化水具有不同的运行特点，外冷循环水处于连续的循环运行状态，可以随时进行取样，而软化水由两个软化器交替制备，对于某个软化器制备的软化水，存在无法取样的时间段；另外，现有的水质在线监测装置和方法只用于监测单一对象，适用于单一运行方式，无法同时对不同运行方式的多个水样进行在线监测。
因此，研究设计一种能够克服上述缺陷的换流站外冷水硬度在线监测装置及方法是我们目前急需解决的问题。
发明内容
为解决现有技术中的不足，本发明的目的是提供一种超特高压换流站外冷水硬度在线监测装置及方法，能够代替人工取样和检测，实现对换流站外冷循环水和软化水的可靠、在线以及不间断的监测。
本发明的上述技术目的是通过以下技术方案得以实现的：
第一方面，提供了一种超特高压换流站外冷水硬度在线监测装置，包括第一取样管路、第二取样管路、第三取样管路、缓冲罐、吸样管路、试剂管路、缓冲管路、滴定池以及处理器；
第一取样管路的进口端外接循环水系统，出口端连接缓冲罐；
第二取样管路、第三取样管路的进口端分别外接一个软化器，出口端均连接缓冲罐；
吸样管路的进口端连接缓冲罐，吸样管路、试剂管路和缓冲管路的出口端均连接滴定池；
滴定池配置有检测滴定颜色的光学传感器；
处理器，用于根据接收的触发信号控制相应第一取样管路、第二取样管路、第三取样管路中的至少一路启动，并控制吸样管路、试剂管路、缓冲管路向滴定池中分别输送水样品、试剂溶液和缓冲液后完成滴定检测，以及在光学传感器检测到溶液颜色变化值设定颜色时控制监测装置停止滴定，同时依据试剂溶液的浓度以及试剂溶液、水样品的消耗体积计算并输出水样品的硬度。
进一步的，所述处理器电连接有安装在软化器所在管路的压力变送器；当处理器接收到控制软化器所对应的取样管路开启的触发信号时，处理器判断压力变送器监测相应软化器所反馈的压力监测结果是否大于设定阈值，若大于则控制相应的取样管路启动。
进一步的，所述第一取样管路、第二取样管路、第三取样管路均包括通过管道依次连接的球阀、过滤器和电磁阀。
进一步的，所述缓冲罐设有废液排口和溢流口；
当缓冲罐中进入的水样品达到预设体积时，处理器控制相应电磁阀关闭停止取样，并控制废液排口开启进行缓冲罐清洗；
当缓冲罐中的水样品体积为零时，处理器控制废液排口关闭，并控制相应电磁阀开启继续取样，直至缓冲罐清洗次数达到预设次数。
进一步的，所述吸样管路配置有吸液泵；试剂管路、缓冲管路均包括通过管道依次连接的洗液瓶、储液瓶和吸液泵。
进一步的，所述滴定池包括滴定暗室以及位于滴定暗室内的连接头、滴定杯；光学传感器的发光元件、接收元件分布在滴定杯的两侧；滴定暗室设有以磁力搅拌滴定杯内液体的搅拌元件。
进一步的，所述处理器的输出端连接有显示器、打印机、信号发射器、警示器中的至少一种。
第二方面，提供了一种超特高压换流站外冷水硬度在线监测方法，包括以下步骤：
根据接收的触发信号控制相应第一取样管路、第二取样管路、第三取样管路中的至少一路启动；
控制吸样管路、试剂管路、缓冲管路向滴定池中分别输送水样品、试剂溶液和缓冲液后完成滴定检测；
在光学传感器检测到溶液颜色变化值设定颜色时控制监测装置停止滴定；
依据试剂溶液的浓度以及试剂溶液、水样品的消耗体积计算并输出水样品的硬度。
进一步的，所述试剂溶液为EDTA二钠溶液，缓冲液为pH＝10的氨-氯化铵缓冲溶液和铬黑T指示剂的混合溶液；当溶液颜色由红色变为亮蓝色时，监测装置滴定停止。
进一步的，所述水样品的硬度计算公式具体为：
其中，c1表示被测水样品的硬度，单位mg/L；c表示EDTA二钠溶液的浓度，单位mmol/L；V表示滴定消耗的EDTA二钠溶液的体积，单位mL；S1表示EDTA二钠溶液滴定管路的长度；α表示EDTA二钠溶液滴定管路在单位长度下的损坏系数；V0表示被测水样品的取样体积，单位mL；Vx表示缓冲罐单次清洗体积；n表示一个检测周期内缓冲罐的清洗次数；S0表示被测水样品滴定管路的长度；β表示被测水样品滴定管路在单位长度下的损坏系数。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
1、本发明提出的一种超特高压换流站外冷水硬度在线监测装置，可以实现对外冷循环水和软化水的自动取样和检测，监测对象和周期可以根据运行需要灵活调整，对于处于制备状态的软化器(运行状态的循环水和软化水)可以实现不间断监测，为软化水系统制备软化水对循环水的补充提供准确、可靠、实时的参考数据，提高了工作效率，提升水质检测能力，可靠保障超特高压换流站外冷水系统安全运行；
2、本发明在软化水取样时自动感知软化器是否处于制水状态，保证在软化水制水时进行取样和检测，对于不同运行方式和水质特点的循环水、软化水，都能进行硬度在线监测，对于超特高压换流站外冷水系统的在线监测具有很高的应用价值；
3、本发明对水样品的硬度计算时综合考虑了管路输送时的损耗，有效提高了水样品的硬度的计算准确度。
附图说明
此处所说明的附图用来提供对本发明实施例的进一步理解，构成本申请的一部分，并不构成对本发明实施例的限定。在附图中：
图1是本发明实施例中的整体结构示意图；
图2是本发明实施例中滴定池的结构示意图。
附图中标记及对应的零部件名称：
1、球阀；2、压力变送器；3、电磁阀；4、缓冲罐；5、废液排口；6、溢流口；7、吸液泵；8、储液瓶；9、洗液瓶；10、滴定杯；11、接收元件；12、滴定池；13、发光元件；14、搅拌元件；15、废液口；16、滴定暗室；17、连接头；18、滴定杯盖。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下面结合实施例和附图，对本发明作进一步的详细说明，本发明的示意性实施方式及其说明仅用于解释本发明，并不作为对本发明的限定。
需说明的是，当部件被称为“固定于”或“设置于”另一个部件，它可以直接在另一个部件上或者间接在该另一个部件上。当一个部件被称为是“连接于”另一个部件，它可以是直接或者间接连接至该另一个部件上。
需要理解的是，术语“长度”、“宽度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。
实施例1：一种超特高压换流站外冷水硬度在线监测装置，如图1所示，包括第一取样管路、第二取样管路、第三取样管路、缓冲罐4、吸样管路、试剂管路、缓冲管路、滴定池12以及处理器。第一取样管路的进口端外接循环水系统，出口端连接缓冲罐4；第二取样管路、第三取样管路的进口端分别外接一个软化器，出口端均连接缓冲罐4；吸样管路的进口端连接缓冲罐4，吸样管路、试剂管路和缓冲管路的出口端均连接滴定池12；滴定池12配置有检测滴定颜色的光学传感器。
其中，处理器，用于根据接收的触发信号控制相应第一取样管路、第二取样管路、第三取样管路中的至少一路启动，并控制吸样管路、试剂管路、缓冲管路向滴定池12中分别输送水样品、试剂溶液和缓冲液后完成滴定检测，以及在光学传感器检测到溶液颜色变化值设定颜色时控制监测装置停止滴定，同时依据试剂溶液的浓度以及试剂溶液、水样品的消耗体积计算并输出水样品的硬度。
处理器电连接有安装在软化器所在管路的压力变送器2；当处理器接收到控制软化器所对应的取样管路开启的触发信号时，处理器判断压力变送器2监测相应软化器所反馈的压力监测结果是否大于设定阈值，若大于则控制相应的取样管路启动。软化水取样时，电磁阀3根据压力变送器2的监测结果来决定是否动作，保证软化器制水时取样，未制水时不取样。
第一取样管路、第二取样管路、第三取样管路均包括通过管道依次连接的球阀1、过滤器和电磁阀3。需要说明的是，取样通过电磁阀3动作实现，电磁阀3开启后，水样靠自身压力进入装置的缓冲罐4中。取样对象可以根据需要进行选择，即可以对单个水样进行取样监测，也可以对三个水样进行取样监测。
需要说明的是，过滤器可与压力变送器2集成安装，也可以独立安装。
缓冲罐4设有废液排口5和溢流口6；当缓冲罐4中进入的水样品达到预设体积时，处理器控制相应电磁阀3关闭停止取样，并控制废液排口5开启进行缓冲罐4清洗；当缓冲罐4中的水样品体积为零时，处理器控制废液排口5关闭，并控制相应电磁阀3开启继续取样，直至缓冲罐4清洗次数达到预设次数。被监测的水样进入缓冲罐4，然后由废液排口5排放，如此重复数次，达到清洗缓冲罐4的目的，清洗次数可设置。缓冲罐4清洗完毕后，被测水样进入缓冲罐4，由吸液泵7吸取一定量体积进入滴定池12，取样体积可设置，一般设置为40-50mL，以满足搅拌、检测器检测和滴定池12容积的综合需要。
吸样管路配置有吸液泵7；试剂管路、缓冲管路均包括通过管道依次连接的洗液瓶9、储液瓶8和吸液泵7。
如图2所示，滴定池12包括滴定暗室16以及位于滴定暗室16内的连接头17、滴定杯10；光学传感器的发光元件13、接收元件11分布在滴定杯10的两侧；滴定暗室16设有以磁力搅拌滴定杯10内液体的搅拌元件14。此外，滴定杯10的顶部设有滴定杯10盖，以及底部设有排出废液的废液口15。
在本实施例中，吸液泵7可以准确吸取要求的水样体积。被测水样进入滴定池12后，开始硬度检测流程。检测过程中，搅拌电机控制搅拌磁子对测试溶液进行搅拌。
此外，处理器的输出端连接有显示器、打印机、信号发射器、警示器中的至少一种。
实施例2：一种超特高压换流站外冷水硬度在线监测方法，如图1与图2所示，包括以下步骤：
S1：根据接收的触发信号控制相应第一取样管路、第二取样管路、第三取样管路中的至少一路启动；
S2：控制吸样管路、试剂管路、缓冲管路向滴定池中分别输送水样品、试剂溶液和缓冲液后完成滴定检测；
S3：在光学传感器检测到溶液颜色变化值设定颜色时控制监测装置停止滴定；
S4：试剂溶液的浓度以及试剂溶液、水样品的消耗体积计算并输出水样品的硬度。
进一步的，试剂溶液为EDTA二钠溶液，缓冲液为pH＝10的氨-氯化铵缓冲溶液和铬黑T指示剂的混合溶液；当溶液颜色由红色变为亮蓝色时，监测装置滴定停止。
进一步的，水样品的硬度计算公式具体为：
其中，c1表示被测水样品的硬度，单位mg/L；c表示EDTA二钠溶液的浓度，单位mmol/L；V表示滴定消耗的EDTA二钠溶液的体积，单位mL；S1表示EDTA二钠溶液滴定管路的长度；α表示EDTA二钠溶液滴定管路在单位长度下的损坏系数；V0表示被测水样品的取样体积，单位mL；Vx表示缓冲罐单次清洗体积；n表示一个检测周期内缓冲罐的清洗次数；S0表示被测水样品滴定管路的长度；β表示被测水样品滴定管路在单位长度下的损坏系数。
缓冲液为pH＝10的氨-氯化铵缓冲溶液和铬黑T的混合溶液，通过吸液泵定量加入待测水样中，加入体积可设置，一般为3-5mL，保证调节被测溶液pH为10的同时加入适量的指示剂，实现pH缓冲溶液和指示剂的一次性加入，解决铬黑T指示剂粘度较大和单独加入时量太小，难以准确单独滴加的问题。铬黑T在缓冲液中的浓度可根据水样体积和缓冲液加入体积进行推算得出，使得缓冲液加入水样后，调节pH为10的同时，铬黑T指示剂的浓度与单独滴加时的浓度一致，满足检测需要。添加带铬黑T指示剂的缓冲液后，通过注射泵自动滴定已知准确浓度的EDTA二钠。EDTA二钠溶液和带铬黑T指示剂的缓冲液的容器与洗液瓶相连，洗液瓶中装40％碱液，以保证检测所用的溶液长期有效。滴定过程中，通过光学传感器检测溶液颜色变化，当被测水样具有一定硬度时(绝大多数时候，循环水都能检测出硬度)，光学传感器检测到溶液颜色由红色变为亮蓝色时，滴定停止，滴定消耗的EDTA二钠溶液体积通过核心处理系统计量。当软化器运行状态良好时，软化水硬度很低，当软化水样、带铬黑T指示剂的缓冲液加入滴定池后，未开始滴定溶液就已经变成终点的亮蓝色，此时光学传感器检测到溶液状态，将信号传给核心处理系统，将滴定体积计量为“0”，且注射泵不动作，最终显示测试结果为“0”。若软化器状态异常，软化出水硬度异常升高，则可以按照被测水样具有一定硬度时的检测流程进行检测，通过检测结果可以反映出软化水的异常状态，且可以根据取样通道明确其对应的异常软化器。检测完成后，溶液通过废液排口排至废液桶，装置进入休眠状态等待下一个测试周期。通过以上流程，实现了对循环水、软化水硬度的多通道在线监测，满足硬度差异较大和不同运行方式的循环水和软化水的共同监测。
以上所述的具体实施方式，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施方式而已，并不用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种超特高压换流站外冷水硬度在线监测装置，其特征是，包括第一取样管路、第二取样管路、第三取样管路、缓冲罐(4)、吸样管路、试剂管路、缓冲管路、滴定池(12)以及处理器；
第一取样管路的进口端外接循环水系统，出口端连接缓冲罐(4)；
第二取样管路、第三取样管路的进口端分别外接一个软化器，出口端均连接缓冲罐(4)；
吸样管路的进口端连接缓冲罐(4)，吸样管路、试剂管路和缓冲管路的出口端均连接滴定池(12)；
滴定池(12)配置有检测滴定颜色的光学传感器；
处理器，用于根据接收的触发信号控制相应第一取样管路、第二取样管路、第三取样管路中的至少一路启动，并控制吸样管路、试剂管路、缓冲管路向滴定池(12)中分别输送水样品、试剂溶液和缓冲液后完成滴定检测，以及在光学传感器检测到溶液颜色变化值设定颜色时控制监测装置停止滴定，同时依据试剂溶液的浓度以及试剂溶液、水样品的消耗体积计算并输出水样品的硬度。
2.根据权利要求1所述的一种超特高压换流站外冷水硬度在线监测装置，其特征是，所述处理器电连接有安装在软化器所在管路的压力变送器(2)；当处理器接收到控制软化器所对应的取样管路开启的触发信号时，处理器判断压力变送器(2)监测相应软化器所反馈的压力监测结果是否大于设定阈值，若大于则控制相应的取样管路启动。
3.根据权利要求1所述的一种超特高压换流站外冷水硬度在线监测装置，其特征是，所述第一取样管路、第二取样管路、第三取样管路均包括通过管道依次连接的球阀(1)、过滤器和电磁阀(3)。
4.根据权利要求1所述的一种超特高压换流站外冷水硬度在线监测装置，其特征是，所述缓冲罐(4)设有废液排口(5)和溢流口(6)；
当缓冲罐(4)中进入的水样品达到预设体积时，处理器控制相应电磁阀(3)关闭停止取样，并控制废液排口(5)开启进行缓冲罐(4)清洗；
当缓冲罐(4)中的水样品体积为零时，处理器控制废液排口(5)关闭，并控制相应电磁阀(3)开启继续取样，直至缓冲罐(4)清洗次数达到预设次数。
5.根据权利要求1所述的一种超特高压换流站外冷水硬度在线监测装置，其特征是，所述吸样管路配置有吸液泵(7)；试剂管路、缓冲管路均包括通过管道依次连接的洗液瓶(9)、储液瓶(8)和吸液泵(7)。
6.根据权利要求1所述的一种超特高压换流站外冷水硬度在线监测装置，其特征是，所述滴定池(12)包括滴定暗室(16)以及位于滴定暗室(16)内的连接头(17)、滴定杯(10)；光学传感器的发光元件(13)、接收元件(11)分布在滴定杯(10)的两侧；滴定暗室(16)设有以磁力搅拌滴定杯(10)内液体的搅拌元件(14)。
7.根据权利要求1所述的一种超特高压换流站外冷水硬度在线监测装置，其特征是，所述处理器的输出端连接有显示器、打印机、信号发射器、警示器中的至少一种。
8.一种超特高压换流站外冷水硬度在线监测方法，其特征是，包括以下步骤：
根据接收的触发信号控制相应第一取样管路、第二取样管路、第三取样管路中的至少一路启动；
控制吸样管路、试剂管路、缓冲管路向滴定池中分别输送水样品、试剂溶液和缓冲液后完成滴定检测；
在光学传感器检测到溶液颜色变化值设定颜色时控制监测装置停止滴定；
依据试剂溶液的浓度以及试剂溶液、水样品的消耗体积计算并输出水样品的硬度。
9.根据权利要求8所述的一种超特高压换流站外冷水硬度在线监测方法，其特征是，所述试剂溶液为EDTA二钠溶液，缓冲液为pH＝10的氨-氯化铵缓冲溶液和铬黑T指示剂的混合溶液；当溶液颜色由红色变为亮蓝色时，监测装置滴定停止。
10.根据权利要求9所述的一种超特高压换流站外冷水硬度在线监测方法，其特征是，所述水样品的硬度计算公式具体为：
其中，c1表示被测水样品的硬度，单位mg/L；c表示EDTA二钠溶液的浓度，单位mmol/L；V表示滴定消耗的EDTA二钠溶液的体积，单位mL；S1表示EDTA二钠溶液滴定管路的长度；α表示EDTA二钠溶液滴定管路在单位长度下的损坏系数；V0表示被测水样品的取样体积，单位mL；Vx表示缓冲罐单次清洗体积；n表示一个检测周期内缓冲罐的清洗次数；S0表示被测水样品滴定管路的长度；β表示被测水样品滴定管路在单位长度下的损坏系数。
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