АНАЛИЗАТОР ПРИМЕСЕЙ КОНДЕНСАТА И СПОСОБ ИХ ОПРЕДЕЛЕНИЯ Российский патент 2009 года по МПК G01N27/27 

Изобретение относится к теплоэнергетике и может применяться для контроля водного теплоносителя на тепловых и атомных электрических станциях.

Известен анализатор «FAM Deltocon pH» (фирма «Swan»), который состоит из Н-катионитовой колонки двух датчиков для измерения удельной электропроводности исходной и Н-катионированной проб, предназначенный для расчетного определения pH вод типа конденсата на электростанциях по дифференциальному измерению электропроводности до и после Н-катионитного фильтра.

Недостатком данного способа являются: отсутствие автоматической индикации срабатывания Н-колонки и расчетное определение только водородного показателя pH, а так же завышенные требования к составу примесей рабочей среды. Как записано в техническом описании прибора, проба должна содержать в качестве примеси в основном NaCl, а при значении pH<8 концентрация примеси (NaCl) в пробе должна быть значительно меньше концентрации подщелачивающего агента (NH₃). При значениях pH ниже 7,5 прибор не обеспечивает определения заданного параметра. В реальных условиях работы энергоблоков на ГРЭС и, особенно, на ТЭЦ качество конденсата и питательной воды может меняться в широких пределах, включая значение pH, общую минерализацию, концентрацию аммиака и углекислоты. При этом концентрация бикарбонатов, определяемая общей щелочностью (NaHCO₃), не меньше, а иногда и много больше, концентрации хлоридов (NaCl). Расчет pH по измерению удельной электропроводности исходной и Н-катионированной пробы в этом случае может давать большую ошибку.

Известен способ контроля качества конденсата и питательной воды [патент на изобретение №2168172. Способ контроля качества конденсата и питательной воды. 2001 г.], который основан на одновременном измерении удельной электропроводности и рН исходной и Н-катионированной пробы. Все измерения проводят с учетом температуры, а определение показателей качества воды осуществляется путем обработки измерений на ЭВМ с использованием системы уравнений, характеризующей ионные равновесия в исходной пробе воды и Н-фильтрате.

Недостатками данного способа являются: низкая точность измерения значений рН пробы, пропущенной через Н-катионитовую колонку, при значении удельной электропроводности ниже 0,3-0,5 мкСм/см и невысокая точность расчета концентрации натрия, обусловленная ограничениями алгоритма расчета концентраций примесей, что отмечалось в литературе [Ларин Б.М., Бушуев Е.Н., Козюлина Е.В. Повышение информативности мониторинга водного режима конденсатно-питательного тракта энергоблоков.//Теплоэнергетика. 2003. №7. С.2-9].

Технический результат предлагаемого изобретения заключается в повышении информативности приборов автоматического химконтроля, измеряющих электропроводность и рН прямой пробы (до Н-колонки) и электропроводность Н-катионированной пробы (после Н-колонки). Это достигается путем совмещения измерительной системы и расчетной программы.

Анализатор примесей конденсата (АПК) состоит из устройства подготовки пробы (УПП), двух параллельных каналов: канала измерения активности ионов водорода (рН) и канала измерения удельной электропроводности (χ, χ_н), из двух последовательно установленных H и Н' катионитовых колонок, между которыми расположен контрольный датчик удельной электропроводности.

Анализатор примесей конденсата (АПК) предназначен для непрерывного контроля удельной электропроводности (χ, χ_н) и рН охлажденных проб и расчета содержания аммиака и иных минеральных примесей в конденсате паровых турбин и питательной воде энергоблоков тепловых и атомных станций, а так же для обнаружения присосов охлаждающей воды в конденсаторе турбин по содержанию в конденсате ионов натрия и хлора.

Анализатор состоит из измерительного и обрабатывающего блоков.

На фиг.1 представлена конструкция измерительного блока, состоящего из устройства подготовки пробы (УЮТ) 1, двух параллельных измерительных каналов, на одном из которых установлен датчик измерения активности ионов водорода (рН) 2, на другом установлены два Н-катионитовых фильтра (4, 6), три датчика измерения удельной электропроводности (3, 5, 7), контрольный датчик 5 установлен между Н и Н' фильтрами (4, 6).

Работа анализатора осуществляется следующем образом: поступающая в измерительный блок проба, предварительно охлажденная в устройстве подготовки пробы (УПП), распределяется в два параллельных канала: канал измерения удельной электропроводности (χ и χ_н) и канал измерения активности ионов водорода (рН). Для предотвращения работы с истощенным Н-фильтром, последний состоит из двух последовательно включенных колонок (рабочей и страхующей), между которыми включен контрольный датчик удельной электропроводности. При срабатывании рабочей Н-колонки разность показаний удельной электропроводности χ_Н и χ_Н ^' возрастает и дает сигнал при достижении установленного значения Δχ_Н.

Преобразование сигналов (параметров) датчиков в удобную для цифровой обработки форму выполняет работающий под управлением микропроцессора электронный преобразователь, обеспечивающий пересчет измеренных показателей в концентрации контролируемых примесей воды. Затем осуществляется циклическая передача подлежащих регистрации величин на показывающий (вторичный) прибор или ЭВМ.

Расчетная система уравнений для обработки результатов имеет следующий вид:

- Уравнения, описывающие диссоциацию слабых электролитов в анализируемой воде:

- Уравнение электронейтральности для анализируемой воды

- Уравнение электропроводимости для анализируемой воды

- Уравнения, описывающие диссоциацию слабых электролитов в Н-фильтрате:

- Уравнение электронейтральности для Н-фильтрата

- Уравнение электропроводимости для Н-фильтрата

- Балансовое уравнение форм состояния углекислоты

В уравнения (1)÷(10) входят следующие величины:

- входные данные - показатели приборов АХК:

χ_пр, χ_Н - соответственно измеряемые удельные электропроводимости в анализируемой воде и Н-фильтрате, См/см.

- выходные данные - концентрации ионов в анализируемой воде:

[H⁺], [NH₄ ⁺], [НСО₃ ^-], [СО₃ ^2-], [ОН^-] - концентрации соответствующих ионов в анализируемой воде, моль/дм³; [Na⁺]^усл - суммарная концентрация катионов натрия, кальция и магния в анализируемой воде в пересчете на ионы натрия, моль/дм³; [Cl^-]^усл - суммарная концентрация анионов сильных кислот (хлоридов, сульфатов и нитратов) в пересчете на хлориды, моль/дм³; [Н⁺]_н, [Na⁺]_H, [НСО₃ ^-]_н, [СО₃ ^2-]_н, [ОН^-]_н, [Cl^-]_н - концентрации соответствующих ионов в фильтрате Н-фильтра, моль/дм³;

- параметры (внутренние характеристики математической модели):

K_w, K_I, К_II, К_NH4ОН - концентрационные константы ионных равновесий воды, углекислоты по первой и второй ступеням и аммиака; λ_H+, λ_Na+ и т.д. - предельные подвижности (или эквивалентные электропроводимости) соответствующих ионов, См·см²/г-экв.

В расчетном алгоритме используются некоторые ограничения, отраженные в блок-схеме (Фиг.2).

Технический результат, достигаемый изобретением, заключается в повышении информативности и надежности систем химико-технологического мониторинга. Это достигается тем, что малонадежные в условиях сверхчистых вод аналитические измерения микроконцентраций ионов натрия, аммиака, хлоридов и значения общей щелочности более точно определяются расчетом по измерению χ, χ_Н и рН. При этом значения нормируемых показателей оператор получает в режиме реального времени, что позволяет быстро диагностировать нарушения водно-химического режима, а так же выяснять и устранять причину нарушений на ранней стадии развития ситуации. Самодиагностика рабочего состояния Н-катионированной колонки обеспечивается сравнением значений χ_Н и χ_Н ^' (фиг.1), которые не должны существенно различаться.

Примеры использования АПК в сравнении с FamDeltocon pH.

Пример 1.

Конаковская ГРЭС, энергоблок №6. Кислородно-аммиачный водный

режим (КАВР) Показатели качества питательной воды от 26.03.2007 г.: χ²⁵=0,195 мкСм/см; χ_н ²⁵=0,183 мкСм/см; рН 7,63, t=31,1°С:

- результаты расчета по изложенной программе

рН_расч=7,58;

[Na⁺]_усл=3,0 мкг/дм³;

[NH₃]=16,3 мкг/дм³;

[Cl^-]=5,4 мкг/дм³.;

- показания анализатора «Deltacon pH»:

χ²⁵=0,205 мкСм/см; χ_н ²⁵=0,168 мкСм/см; pH 7,75;

- показания штатного щитового рН-метра: 7,60.

Пример 2.

Конаковская ГРЭС, энергоблок №8. Нейтрально-кислородный водный режим ([NH₃]=0 мкг/дм³).

Показания анализатора примесей конденсата: χ²⁵=0,142 мкСм/см; χ_Н ²⁵=0,189 мкСм/см; pH 6,52, t=22,9°C:

- результаты расчета по изложенной программе

рН_расч=6,58;

[Na⁺]_усл=5,5 мкг/дм³;

[NH₃]=0 мкг/дм³;

[Cl^-]=14,5 мкг/дм³.;

- показания анализатора «Deltacon pH»:

Анализатор отключен.

- показания штатного щитового рН-метра: 6,58.

Изобретение может применяться для контроля водного теплоносителя на тепловых и атомных электрических станциях. Для определения примесей конденсата рассчитывают концентрации ионов водорода по измерению удельной электропроводности прямой и Н-катионированной пробы. При этом измеряют рН, удельную электропроводность пробы, а также удельные электропроводности Н-фильтрата пробы после каждой из 2^х Н-катионитных колонок, вычисляют концентрации ионов водорода, натрия, хлоридов, щелочность, аммиака и углекислоты в пробе и определяют потерю рабочей способности Н-катионитной колонки. Также предложено устройство для осуществления данного способа. Технический результат, достигаемый изобретением, заключается в повышении информативности и надежности систем химико-технологического мониторинга. 2 н.п. ф-лы, 2 ил.

1. Анализатор примесей конденсата, состоящий из устройства подготовки пробы (УПП), Н-катионитовой колонки, двух датчиков измерения удельной электропроводности исходной и Н-катионированной пробы, отличающийся тем, что анализатор состоит из измерительного и обрабатывающего блоков и двух измерительных каналов: на канале измерения удельной электропроводности дополнительно установлен Н-катионитовый фильтр, контрольный датчик измерения электропроводности включен между Н и Н'-катионитовыми фильтрами; на другом канале установлен датчик измерения активности ионов водорода.2. Способ определения примесей конденсата, рассчитывающий концентрации ионов водорода по измерению удельной электропроводности прямой и Н-катионированной пробы, отличающийся тем, что измеряются значения рН, удельной электропроводности пробы, а также удельной электропроводности Н-фильтрата пробы после каждой из двух Н-катионитных колонок, вычисляются концентрации ионов водорода, натрия, хлоридов, щелочность, аммиак и углекислота в пробе и определяется потеря рабочей способности Н-катионитной колонки.