Opublikowano dnia 15 sierpnia 1903 r. jy $ *!£?< Urzedu P*t*n.teweQO |pelrtjei tonjjydM La<""f POLSKIEJ RZECZYPOSPOLITEJ LUDOWEJ OPIS PATENTOWY Nr 47244 KI. 42 1, 3/05 KI. internat. GOI n Romuald Chrusciel Gliwice, Polska Kazimierz Gostkowski Gliwice, Polska Sposób pomiaru szczatkowej twardosci wody odsolonej i urzadzenie do stosowania tego sposobu Patent trwa od dnia 13 czerwca 1962 r.Nowoczesne elektrownie cieplne wyposazo¬ ne sa wylacznie w wysokoprezne kotly o du¬ zym obciazeniu powierzchni ogrzewalnej.Sprawnosc i bezawaryjnosc ruchu takich kot¬ lów oraz dlugosc okresu miedzyremontowego zalezy przede wszystkim od jakosci wody uzy¬ wanej do ich zasilania* Podstawowym warun¬ kiem nietworzenia sie kamienia kotlowego jest mozliwie zupelna demineralizacja wody zasi¬ lajacej. Calkowite usuniecie twardosci wody uzyskac mozna przy pomocy wyparek, ale naj¬ czesciej stosuje sie wymieniacze jonowe. Ciagla automatyczna kontrola wody zasilajacej kotly jest niewatpliwie zawsze korzystna; staje sie ona jednak koniecznoscia ruchowa przy demi- neralizacji jonowymiennej z powodu ograni¬ czonej zdolnosci wymiennej filtrów jonito¬ wych. Technologia calkowitego odsalania wo¬ dy jest wystarczajaco opanowana, natomiast kontrola szczatkowej twardosci wody w spo¬ sób ciagly, nie zostala do dzis rozwiazana.Przedmiotem wynalazku jest sposób oraz urzadzenie do ruchomej, ciaglej kontroli szczatkowej twardosci wody, zasilajacej wy¬ sokoprezne kotly nowoczesnych elektrowni cieplnych. Szczególnie dobrze nadaje sie tez ten sposób do sygnalizowania zblizajacego sie wyczerpania zdolnosci wymiennej jednostki jonitowej — tak zwanego „przeskoku jonów".Jest to wazne zagadnienie dla ekonomicznej eksploatacji kosztownych urzadzen do demine- ralizacji jonitowej. Elektryczny charakter otrzymanego sygnalu pozwala na wygodne sto¬ sowanie, tego urzadzenia do automatyzacji (np. automatyczne sterowanie periodycznej pracy poszczególnych wymienników). Sposób ten mozna równiez stosowac do kontroli czy¬ stosci pary dolotowej, której zasolenie jestszczególnie szkodliwe dla turbin wysokoprez¬ nych.Dotychczas w energetyce stosowane sa za¬ sadniczo dwa sposoby stalej, ruchomej kon¬ troli sladowego zasolenia skroplin, wzglednie resztkowej twardosci wody zasilajacej. Pierw¬ szy sposób to pomiar przewodnictwa elektrycz¬ nego kontrolowanej wody. W warunkach ru¬ chu elektrowni metoda ta pozwala na wyzna¬ czanie globalnej zawartosci soli z dokladnoscia do 15%. Ze wzgledu jednak na duza ilosc czyn¬ ników wplywajacych istotnie na wartosc prze¬ wodnictwa wody przy zasoleniu sladowym, sposób ten nadaje sie do kontroli ciaglej do¬ piero powyzej pewnego zasolenia granicznego.Warunki eksploatacji nowoczesnych kotlów przeplywowych, wymagaja oznaczenia twardo¬ sci wody zasilajacej ponizej granicy uzytecz¬ nosci solomierzy konduktometrycznych. Drugi sposób do stalej kontroli szczatkowej twar¬ dosci wody polega na wykorzystaniu barwnych reakcji jonów wapnia i magnezu do automa¬ tycznego oznaczania kolorymetrycznego* Meto¬ da ta osiaga sie dostatecznie czule zakresy pomiarowe, ale sygnalizacja zmiany mierzonej twardosci opózniona jest tu conajmniej o kil¬ ka minut. Zasadniczo jest to tylko automa¬ tycznie powstarzana analiza periodyczna i czas potrzebny na odbycie sie kolejnych faz jej cyklu (dozowanie i mieszanie reagentów, ustalanie sie niezbednej równowagi; przetla¬ czanie roztworu reakcyjnego, samo oznaczenie kolorymetryczne) nie da sie dowolnie skrócic.Analizatory budowane na tej zasadzie skladaja sie z elektrycznie sterowanego urzadzenia do¬ zujaco — reakcyjnego i autokompensacyjnego kolorymetru porównawczego, o modulowanym strumieniu swietlnym. Aparatura taka jest wiec dosc skomplikowana i wrazliwa na nieprzewi¬ dziane zaburzenia parametrów eksploatacyj¬ nych. W ruchu ciaglym wymaga ona skrupu¬ latnego nadzoru i konserwacji.Sposób pomiaru szczatkowej twardosci wed¬ lug wynalazku oparty jest na zupelnie innej zasadzie i szczególnie dobrze nadaje sie do po¬ miarów ciaglych, Sygnal elektryczny, zalezny od mierzonej twardosci, powstaje tu bezpo¬ srednio w czujniku pomiarowym i to zaledwie z sekundowym opóznieniem w stosunku do zmiany wielkosci zasolenia wody. W porówna¬ niu z metoda kolorymetryczna sposób ten daje jeszcze wieksza czulosc i nie wymaga okreso¬ wego uzupelniania reagentów. Od metody kon- duktometrycznej, poza wiejksza czuloscia, rózni sie istotnie tym, ze czujnik reaguje wiekszym sygnalem na obecnosc w wodzie dwuwartoscio- wych jonów wapnia i magnezu (ew. baru i strontu) anizeli jednowartosciowych jonów sodu czy potasu. Wskazania urzadzenia wedlug wynalazku zaleza wiec bardziej od stopnia twardosci kontrolowanej wody, anizeli od glo¬ balnego zasolenia. W porównaniu z czujnikiem konduktometrycznym, czujnik wedlug wy¬ nalazku jest mniej wrazliwy na wahania tem¬ peratury, co jest dodatkowa zaleta eksploata¬ cyjna tego sposobu.Sposób pomiaru szczatkowej twardosci urza¬ dzeniem wedlug wynalazku polega na pomiarze elektrokinetycznego potencjalu przeplywu wo¬ dy analizowanej, tloczonej przez cialo kapilar¬ ne. Badana wode tloczy sie albo ssie przez cien¬ ka pojedyncza kapilare lub cialo o strukturze wielokapilarnej (np.: drobno ziarnisty lil%% spiek). W czasie przeplywu wody przez kapi¬ lare powstajaca na jej koncach róznica po¬ tencjalów odpowiada znanej zaleznosci (wg Helmholtza) S-D-AP E 4 • k • iq • x gdzie: E róznica potencjalów na koncach kapi- lary zwana elektrokinetycznym poten¬ cjalem przeplywu f róznica potencjalów miedzy ruchoma i nieruchoma warstwa cieczy przy scianie kapifery zwana potencjalem elektrokinetycznym D stala dielektryczna wody AP róznica cisnien na koncach kapilary rj wspólczynnik lepkosci przeplywajacej wody x elektryczne przewodnictwo wlasciwe wadv Ze wzrostem sladowego stezenia obecnych w wodzie jonów potencjal elektrokinetyczny g maleje, a przewodnictwo elektryczne * rosnie; pozostale wielkosci nie ulegaja zmianie. Ilo- raz y a zatem i potencjal przeplywu E bedzie ze zmiana szczatkowego zasolenia ulegal wiek¬ szym wahaniom anizeli samo przewodnictwo *.Obecne w wodzie jony dwuwartosciowe po¬ woduja wieksza obnizke potencjalu elektrokine¬ tycznego anizeli jony jednowartosciowe o tym samym stezeniu. Ze miana temperatury zmie¬ nia sie wprawdzie przewodnictwo * i lepkosc rj, ale' iloczyn ich jest praktycznie wielkoscia sta¬ la. Pirzytoczóne tu znane zaleznosci tlumacza korzysci elektrokinetycznego sposobu pomiaru¥ szczatkowej twardosci wody w porównaniu do dotychczas stosowanych metod i warunkuja bardzo prosta konstrukcje calego analizatora.Urzadzenie do stosowania sposobu wg wy¬ nalazku przedstawiono na rysunku, gdzie po¬ dany jest schemat budowy twardosciomierza elektrokinetycznego. Kontrolowana wode dopro¬ wadza sie rurka doplywowa 1 do zbiorniczka przelewowego 2, skad przez rurke cisnienio¬ wa 3 pod Cisnieniem wlasnego slupa przetla¬ czana jest woda przez kapilare kwarcowa 5, po¬ czym wyplywa przelewem odplywowym 6 z apa¬ ratury. Objetosc wody tloczonej przez kapilare jest bardzo mala w sitosunku do objetosci za¬ wartej w doprowadzeniach. Dla uzyskania wiec wymaganej szybkosci doplywu analizowanej Wody, wieksza jej czesc wyplywa z aparatury juz przed kapilara kranem bocznikowym 4.Wlasciwe ustawienie tego kranu zapewnia automatyczne utrzymanie stalego poziomu wo¬ dy w zbiorniczku przelewowym 2 i tym samym stale cisnienie tloczace wode przez kapilare 5.Wystepujaca na koncach kapilary róznica po¬ tencjalów wyprowadzona jest na zewnatrz dwo¬ ma elektrodami platynowymi 7 i 8. Do wypro¬ wadzen mozna równiez uzyc elektrod kalome- lowych. Elektrody wyprowadzajace 7 i 8 pola¬ czone sa z wejsciem wzmacniacza pradu sta¬ lego 10 ekranowanym przewodem 9. Na wejsciu wzmacniacza 10, w celu uzyskania duzego oporu wejsciowego, zastosowano przemiennik z kon¬ densatorem dynamicznym, co zapewnia pomiar potencjalu przeplywu przy dostatecznie malym obciazeniu pradowym.Przy koncowej kontroli wody zdemineralizo- wanej, analizowana wode pobiera sie z ruro¬ ciagu tuz za jonowym wymiennikiem wyrów¬ nawczym (o mieszanym zlozu) i doprowadza mozliwie najkrótszym przewodem do twar¬ dosciomierza. Przy dostatecznej czystosci woda przeplywajaca przez kapilare 5 wytwarza na jej koncach pewne odpowiednio duze napiecie elektryczne. Do wzmacniacza 10 plynie prad proporcjonalny do tego napiecia, a po wzmoc¬ nieniu zasila wskaznik rejestrujacy 1L Przy wzroscie w przeplywajacej wodzie stezenia soli, a zwlaszcza jonów dwuwartosciowych, napiecie na koncach kapilary maleje, co niezwlocznie re¬ jestruje uklad elektryczny. Przy doplywie z kolei ponownie czystej wody, potencjal na koncach kapilary wraca do poprzedniej wartosci prak¬ tycznie bez opóznienia. Wyjscie wzmacniacza zasilac moze równiez przekaznik, uruchamiany w celach sygnalizacji badz automatyki, przy przekroczeniu okreslonego zasolenia wody. PL