МУ 34-70-114-85 Методические указания по применению кондуктометрического контроля для ведения водного режима электростанций

Рис.1. Удельная электрическая проводимость водных растворов электролитов в диапазоне 0-160 мкг/кг

Рис.2. Удельная электрическая проводимость водных растворов электролитов в диапазоне 0-1,6 мг/кг

Рис.3. Удельная электрическая проводимость водных растворов электролитов в диапазоне 0-16 мг/кг

Рис.4. Удельная электрическая проводимость водных растворов электролитов в диапазоне 0-160 мг/кг

Рис.5. Удельная электрическая проводимость водных растворов электролитов в диапазоне 0-1600 мг/кг

Рис.6. Удельная электрическая проводимость водных растворов электролитов в диапазоне 0-16 г/кг

Таблица 1

     
Предельная эквивалентная электрическая проводимость и коэффициенты ,

мкСм/см,                             (2)

где - концентрация раствора, моль/л;

- предельная эквивалентная электрическая проводимость при 25 °С (табл.1), Ом·см/(г-экв);

, - коэффициенты.

По характеру изменения электрической проводимости водных растворов вещества можно разделить на три основные группы:

1.1.1. Сильные кислоты и основания. Благодаря высокой подвижности ионов водорода или гидроксила растворы сильных кислот и щелочей хорошо проводят электрический ток. Соотношение между УЭП (мкСм/см) и концентрацией (мг/кг, в диапазоне концентраций до нескольких процентов) у соляной кислоты достигает 10, у едкого натра - 5. Поскольку сильные кислоты и основания при небольших концентрациях полностью диссоциированы, зависимости между их электрической проводимостью и концентрацией близки к прямым.

1.1.2. Соли сильных кислот и оснований. Подвижности ионов солей сравнительно мало различаются между собой, поэтому отношение УЭП к концентрации у этой группы веществ изменяется в относительно узких пределах - от 1,5 до 2,5. Для приближенных оценок можно принять, что солесодержание таких растворов, выраженное в мг/кг, примерно в два раза меньше их электрической проводимости в мкСм/см. При высокой степени диссоциации зависимость между электрической проводимостью и концентрацией у этой группы веществ (в диапазоне концентраций до нескольких процентов) также близка к прямой. Эти особенности позволяют выражать солесодержание растворов нескольких веществ в условной концентрации какой-либо одной соли (NaCl). Шкалы некоторых кондуктомеров градуируются в единицах условного солесодержания, такие приборы называются солемерами.

1.1.3. Слабые кислоты, основания и их соли. Вследствие существенного изменения степени диссоциации этой группы веществ УЭП таких растворов изменяется нелинейно. При значительном разбавлении (в чистых водах) слабые кислоты и основания, такие как углекислота и аммиак, полностью диссоциированы и электрическая проводимость их растворов близка к УЭП сильных кислот и оснований. По мере увеличения концентрации степень диссоциации этих веществ быстро снижается, соответственно уменьшается приращение их электрической проводимости.

Содержащиеся в воде недиссоциированные соединения, коллоидные и взвешенные вещества практически не оказывают заметного влияния на УЭП водных растворов. Концентрацию таких примесей нельзя измерить кондуктометрическим методом. К этой группе веществ относятся кремнекислота и многие органические соединения.

Подобно жесткости, щелочности, рН удельная электрическая проводимость является групповым показателем и характеризует содержание в воде ионов всех растворенных веществ. Непосредственно измерить концентрацию вещества по УЭП его раствора можно только в его монорастворах. Для определения методом кондуктометрии концентрации в многокомпонентном растворе какой-либо одной группы соединений используются специальные приемы подготовки пробы или специализированные системы измерения, рассматриваемые в разд.2.

Показатель УЭП может быть использован для проверки или упрощения полных анализов многокомпонентных растворов. Эта возможность основана на свойстве аддитивности - независимости одна от другой электрических проводимостей отдельных веществ в растворах невысокой концентрации (до нескольких г/кг). Согласно этому свойству УЭП раствора равна сумме электрических проводимостей содержащихся в нем веществ. Если, например, в химически очищенной или в котловой воде содержатся гидраты, карбонаты, хлориды, сульфаты, фосфаты, то сумма электрических проводимостей натриевых солей этих анионов, найденная из рис.1-6, должна быть равна измеренной при 25 °С электрической проводимости анализируемой пробы.

Рис.7. Чувствительный элемент кондуктометра КЛ-1-2 "Импульс" с пределами измерения 1-1000 мкСм/см:

1 - корпус; 2 - электроды; 3 - основание; 4 - ручка; 5 - oграждение; 6 - пробка; 7 - клеммы

Рис.8. Чувствительный элемент "А" кондуктометра АК-310 с постоянными 10 и 100 см:

1 - корпус; 2 - коаксиальные электроды; 3, 4 - прокладки; 5 - терморезистор; 6 - штуцер; 7 - клеммник; 8 - крышка

Рис.9. Ячейка кондуктометра ПК-67М с пределами измерения 0,04-10 мкСм/см:

1 - корпус; 2 - электроды; 3, 4 - штуцеры для подвода и отвода пробы; 5 - прокладка;
6 - эпоксидный компаунд; 7 - клеммы

Рис.10. Чувствительный элемент кондуктометра КЛ-1-2 "Импульс" с пределами измерения 10-10 мкСм/см

Обозначения см. на рис.7

Рис.11. Проточная трехэлектродная кондуктометрическая ячейка ЦЛЭМ Тулэнерго, постоянные 1-0,01 см:

1 - корпус; 2 - электроды; 3 - термочувствительный элемент; 4 - коробка зажимов

Рис.12. Погружная ячейка ЦЛЭМ Тулэнерго с пределами измерения 10-10 мкСм/см:

1 - корпус; 2 - графитовые электроды; 3 - термочувствительный элемент; 4 - подвеска с упором;
5 - бобышка; 6 - прокладка; 7 - гайка; 8 - клеммная коробка; 9 - трубопровод с контролируемой средой

Количество электродов в ячейке может быть различным. В двухэлектродной ячейке (см. рис.9) оба электрода изолированы от земли, поэтому подвод пробы к ней должен быть выполнен резиновыми или пластиковыми шлангами. Эта же ячейка может быть установлена в трубопровод с контролируемой средой, в этом случае ее наружный электрод заземляется и экранирует внутренний от внешних электрических полей. Такой же принцип использован в трехэлектродной ячейке кондуктометра АК-310 (ее чувствительный элемент "А" показан на рис.8). В этой ячейке заземленный корпус 1 выполняет роль наружного электрода, а подключаемые по выбору внутренние электроды 2 в паре с корпусом образуют ячейки с постоянными около 100 и 10 см. При подключении верхнего электрода большей площади диапазон измерений составляет 0-1 мкСм/см (0-0,1 мСм/см), нижнего электрода 0-10 мкСм/см (0-1,0 мСм/см). В трехэлектродной ячейке ЦЛЭМ Тулэнерго (см. рис.11) штуцера для присоединения ячейки к пробопроводной линии выполняют роль наружных электродов и экранируют центральный изолированный электрод. Меняя расстояние между центральным и крайним электродами, получают ячейки с разными постоянными на различные диапазоны измерений.

Для метрологических целей разработана четырехэлектродная ячейка с двумя токовыми электродами (рабочими) и двумя потенциальными (измерительными), с которых снимают значение падения напряжения на определенном участке ячейки с известными геометрическими размерами. На основе такой ячейки создан Государственный специальный эталон единицы УЭП.

Кондуктометрические ячейки могут быть проточными или погружными. Проточная ячейка (см. рис.8, 9, 11) присоединяется непосредственно к точке отбора, либо проба заливается в нее. Погружная ячейка (см. рис.9, 12) опускается в сосуд с анализируемой жидкостью или устанавливается в трубопровод с контролируемой средой. Полное заполнение ячейки является обязательным условием правильного измерения, в ней не должно быть пузырьков воздуха, поэтому поток жидкости через ячейку или ее наполнение должны производиться снизу вверх. В процессе эксплуатации на поверхности электродов и корпуса ячейки могут появиться отложения, искажающие результаты измерений. Ячейки необходимо периодически очищать соответствующими растворителями (см. разд.3.2).

Шкалы кондуктометров градуируются в единицах удельной электрической проводимости. В приборах, предназначенных для контроля концентраций монорастворов, применяется градуировка шкал в единицах концентраций - такие приборы называют солемерами или концентратомерами. Результаты измерения УЭП многокомпонентных растворов целесообразно выражать в единицах электрической проводимости, поскольку этот показатель более объективно характеризует качество пробы, чем условное солесодержание. При использовании кондуктометров для контроля водно-химического режима нормы следует также устанавливать в единицах УЭП, а пересчет электрической проводимости в солесодержание выполнять только в случае необходимости при наладке систем контроля или теплохимических испытаниях. В ряде случаев для сменного персонала устанавливают нормы УЭП для нескольких температур пробы, во избежание необходимости приведения результатов к одной температуре.

Рис.13. Влияние температуры на электрическую проводимость и рН теоретически чистой воды

Рис.14. Удельная электрическая проводимость разбавленных растворов NаСl при разной температуре

Рис.15. Удельная электрическая проводимость разбавленных растворов NаSО при разной температуре

Рис.16. Удельная электрическая проводимость разбавленных растворов НСl при разной температуре

Рис.17. Удельная электрическая проводимость разбавленных растворов углекислоты
при разной температуре в диапазоне 0-50 мкг-экв/кг

Рис.17а. Удельная электрическая проводимость растворов углекислоты при разной температуре
в диапазоне 0-200 мкг-экв/кг

Рис.18. Удельная электрическая проводимость разбавленных растворов NаОН при разной температуре

Рис.19. Удельная электрическая проводимость разбавленных растворов NHOH
при разной температуре в диапазоне 0-5,0 мкг-экв/кг

Рис.19а. Удельная электрическая проводимость растворов NНОН при разной температуре
 в диапазоне 0-30 мкг-экв/кг

Чтобы решить, каким из рис.14-19а следует пользоваться в каждом конкретном случае, исходят из предполагаемого состава контролируемой пробы или условий ее подготовки. Если, например, блок работает на гидразинно-аммиачном, восстановительном или окислительном режиме с подщелачиванием аммиаком, преобладающей примесью теплоносителя будет аммиак, и контроль следует вести с помощью рис.19, 19а. В обессоленной воде и при нейтральных режимах используются графики для NаСl или NaSO (см. п.2.2.2). При контроле предварительно Н-катионированной пробы приведение к ведется по графику для HCl или НСО (см. п.2.3). Если принять, что котловая вода барабанных котлов, работающих на обессоленной воде, представляет собой раствор NаОН, следует пользоваться рис.18.

Пример 1. В обессоленном конденсате после конденсатоочистки измерены: =0,15 мкСм/см, =40 °С. По рис.14 оценивают условное солесодержание пробы, равное 0,2 мкг-экв/кг (примерно 12 мкг/кг); снижаясь по этой линии до ординаты 25 °С, находят: =0,08 мкСм/см.

Пример 2. В питательной воде энергоблока, работающего на окислительном режиме с подщелачиванием аммиаком, определены: =0,45 мкСм/см, =35 °С. По рис.19 содержание NH в пробе составит примерно 1,5 мкг-экв/кг (25 мкг/кг), УЭП пробы при 25 °С - 0,38 мкСм/см.

В СССР и за рубежом изготавливаются кондуктометры с двойной автоматической температурной компенсацией, которая вводит две температурные поправки: на УЭП теоретически чистой воды и содержащейся в ней примеси. В приборе происходит вычитание из общей измеренной УЭП электрической проводимости теоретически чистой воды при температуре пробы. Оставшаяся разность приводится к 25 °С (или к другой номинальной температуре) с температурным коэффициентом примеси с помощью второго термокомплекса. Такие приборы называются кондуктометрами чистой воды (КЧВ). Шкала КЧВ начинается от нулевого значения, и показания прибора характеризуют УЭП, обусловливаемую только содержащейся в пробе примесью. Так как в кислых или щелочных средах сказывается влияние общего иона, такие приборы применимы в растворах нейтральных солей, например после ФСД с ионитами в Н- и ОН-формах.

Рис.20. Значение pH водных растворов кислот и оснований
в зависимости от их степени диссоциации и концентрации

Взаимосвязь между УЭП и рН наиболее отчетливо проявляется в чистых водах. Соотношение и рН для сильно разбавленных растворов кислот и щелочей приведено на рис.21 и 21а для температуры 25  °С. График характеризует рН монорастворов наиболее сильных в чистой воде кислот и щелочей. Выход результатов измерений за пределы этих границ свидетельствует об ошибках в выполнении анализов. Если, например, при нейтральном окислительном режиме УЭП пробы питательной воды равна 0,15 мкСм/см при 25  °С, рН этой воды не может выходить за 6,4-7,8, при 0,3 мкСм/см диапазон рН расширится до 6,1-8,1. Точное измерение рН глубоко обессоленной воды затрудняется ее низкой электрической проводимостью и ничтожной буферной емкостью, что влияет на стабильность потенциала сравнительного полуэлемента. Для контроля рН воды высокой чистоты выработаны специальные методы измерения. При эксплуатационном контроле оценка границ рН по электрической проводимости пробы может во многих случаях заменить измерение рН чистых вод.

Рис.21. Соотношение между электрической проводимостью и pH разбавленных растворов кислот и щелочей

Рис.21а. Электрическая проводимость и pH водных растворов NaOH при 25  °С

Сопоставление УЭП с другими показателями качества пробы (рН, содержание натрия и др.) не только расширяет объем информации о состоянии контролируемого потока, но и позволяет получить более детальные сведения о составе пробы. Электрическая проводимость и рН благодаря относительной простоте их измерения и доступности приборов наиболее часто используются для оперативного контроля водного режима. Эти два показателя, как будет показано ниже, могут служить основой для детального анализа состава проб.

Измерение рН и электрической проводимости чистых вод требует соблюдения ряда условий, в первую очередь защиты проб от контакта с воздухом. Специальные требования к измерению рН чистых вод изложены в Эксплуатационном циркуляре N Т-1/77 "О порядке определения рН в пределах от 8,0 до 10,0 питательной воды прямоточных котлов сверхкритического давления (СКД) лабораторными рН-метрами" (М.: СПО Союзтехэнерго, 1978). Не менее важным условием правильного определения является приведение рН, измеренного при температуре к рН, поскольку устройства температурной компенсации рН-метров компенсируют только изменение ЭДС электродной системы и получаемый результат характеризует значение рН при температуре пробы. Чтобы повысить точность измерений, следует и в этом случае использовать стабилизацию температуры пробы. Если это не осуществляется, для приведения рН к рН можно использовать номограмму ВТИ из Эксплуатационного циркуляра Т-1/77, построенную для вод, содержащих СО и NН (рис.22). Более точные результаты дают рис.23-26, рассчитанные для монораcтворов разбавленных кислот (НСl, НСО) и щелочей (NHOH, NаОН). Выбор соответствующего графика производится по тем же соображениям, что и выбор графика приведения УЭП (см. разд.2.1).

Рис.22. Номограмма ВТИ приведения рН к pH для чистых вод, содержащих углекислоту и аммиак

Рис.23. Значение рН разбавленных растворов HCl в зависимости от температуры

Рис.24. Значение рН разбавленных растворов углекислоты в зависимости от температуры

Рис.25. Значение рН разбавленных растворов NНОН в зависимости от температуры

Рис.26. Значение рН разбавленных растворов NаОН в зависимости от температуры

Ниже рассматриваются способы оценки состава пробы по известным значениям и рН при разных водно-химических режимах.

2.2.1. Гидразинно-аммиачный, восстановительный, окислительный с подщелачиванием режимы
на блоках с установками обессоливания конденсата

Питательная вода, конденсат турбины и конденсаты проб пара при этих режимах представляют собой разбавленные растворы аммиака с некоторой (в нормальных условиях незначительной) долей других примесей. При постоянном обессоливании всего конденсата накопление углекислоты и других примесей в водах такого блока маловероятно. Чтобы оценить состав проб и привести измеренное значение и рН к 25  °С, используют графики на рис.19, 19а и 25. Если в контролируемой пробе содержание посторонних веществ мало, концентрации NН, найденные по обоим графикам, будут близки. Несоответствие их свидетельствует о наличии в пробе других примесей. Точку пересечения найденных значений и pН наносят на график рис.21. Если контролируемая проба является чистым раствором NH и все измерения выполнены правильно, эта точка будет находиться вблизи линий рН монораствора гидроокиси аммония и, следовательно, чистота теплоносителя и приборы контроля находятся в удовлетворительном состоянии. Расположение точки над линией -рН невозможно и свидетельствует о неправильной работе приборов. Если в пробе есть другие примеси, точка пересечения измеренных значений и pH будет расположена ниже линии -рН, что указывает на необходимость выполнения дополнительных анализов для поиска загрязнения. В этом случае следует прежде всего обратить внимание на показания кондуктометра с предварительным Н-катионированием пробы (см. разд.2.3).

Рис.19, 19а, 21 и 25 могут быть также использованы для установления норм при регулировании режима дозирования аммиака в контур блока. Поддержание установленных по ним значений электрической проводимости и рН питательной воды или конденсата пара освобождает персонал от необходимости ручного определения концентрации NH, облегчается наладка системы автоматического дозирования аммиака.

Пример 3. Удельная электрическая проводимость и рН пробы конденсата перегретого пара котла сверхкритического давления, работающего на аммиачно-гидразинном режиме, определены равными соответственно 3,1 мкСм/см и 8,65 при температуре пробы 35  °С. По формуле (4) УЭП приводится к 25  °С с температурным коэффициентом для NНОН (см. табл.2):

мкСм/см.

По рис.25 определяется содержание аммиака в пробе, равное 15 мкг-экв/кг (255 мкг/кг) и рН пробы при 25  °С, равное 9,0. Точку пересечения величины и рН находят на рис.21. Она находится вблизи линии -рН для NНОН, что свидетельствует об отсутствии в пробе заметных количеств других примесей.

2.2.2. Обессоленная вода после ФСД и 2-й ступени обессоливания и вода в контуре блоков, работающих на нейтральном режиме

Вода на выходе из ФСД конденсатоочистки или после фильтров 2-й или 3-й ступени с ионитами в Н- и ОН-формах при нормальном состоянии ионитов имеет нейтральную реакцию. Такая же, близкая к нейтральной, вода находится в контуре блока, работающего на нейтральном режиме. Для оценки концентрации примесей в нейтральной воде и приведения к следует использовать графики УЭП нейтральных солей: NаСl или NаSО (см. рис.14-15). Выбор графика осуществляется по преобладанию хлоридов или сульфатов в исходной воде электростанции. Если измеренные значения УЭП выходят за пределы графика, то используется формула (4) с для NаСl или NаSO; хотя найденная таким путем концентрация примеси является условной, она в определенной степени характеризует эквивалентное солесодержание теплоносителя или обессоленной воды, поскольку нейтральные соли имеют близкие между собой зависимости их электрической проводимости от солесодержания.

Для оценки состава примесей требуется выполнить дополнительные анализы, например измерить УЭП Н-катионированной пробы, определить содержание в ней натрия. Контроль рН при нейтральном режиме без специальных устройств, как уже отмечалось, не дает надежных результатов. Диапазон вероятного значения рН можно установить по УЭП с помощью рис.21.

2.2.3. Гидразинно-аммиачный режим на блоках, не оснащенных установками обессоливания конденсата турбин

В водах, обращающихся в контуре таких блоков, содержатся летучие растворенные газы (углекислота, аммиак) и некоторое количество других примесей. Концентрация NH и СО в теплоносителе зависит от способа подготовки добавочной воды и условий регулирования водного режима. При восполнении потерь в цикле электростанций обессоленной добавочной водой содержание углекислоты в контуре блока определяется балансом между ее поступлением и потерей; СО вносится в тракт с присосами охлаждающей воды и воздуха, некоторыми потоками и дренажами, а также является конечным продуктом термического разложения органических примесей. Углекислота теряется с паром, отпускаемым потребителям, и его потерями в цикле, с отсосами газов из подогревателей и конденсатора, с выпаром деаэратора. Аминирование, применяемое для поддержания рН питательной воды и пара в пределах норм ПТЭ, связывает углекислоту в ионные формы (карбонат и бикарбонат аммония), которые не удаляются при деаэрации, и тем способствует удержанию СО в тракте блока. По этой причине углекислота накапливается в контуре и содержание ее может достигать значительных значений даже при отсутствии видимых источников ее поступления. По опыту эксплуатации на блоках с барабанными котлами концентрация углекислоты в конденсатах может превышать 1 мг/кг.

Если потери конденсата в цикле электростанций восполняются водой, обработанной методом известкования и Nа-катионирования, или дистиллятом испарителей, работающих на такой воде, в парах и конденсатах ТЭЦ будет содержаться количество углекислоты, превышающее карбонатную щелочность питательной воды, значение которой определяется содержанием карбонатов в химически очищенной воде (обычно 0,4-0,5 мг-экв/кг) и значением добавка. Например, при 50%-ной добавке химически очищенной воды концентрация СО в паре котлов будет не менее 0,2 мг-экв/кг (4,4 мг/кг), для поддержания рН конденсатов на такой ТЭЦ в пределах норм ПТЭ требуется дозировать в контур столько аммиака, чтобы его концентрация также была не менее 0,2 мг-экв/кг (3,5 мг/кг). Такие же количества углекислоты и аммиака будут содержаться в возвратном производственном конденсате.

Таким образом, при отсутствии обессоливания турбинного конденсата, постоянно удаляющего из него ионные формы углекислоты и аммиака, концентрация растворенных газов в парах и конденсатах довольно велика. Как правило, содержание летучих значительно (на несколько порядков) превышает солесодержание этих вод. В подобных случаях с достаточной для практики точностью можно считать, что электрическая проводимость и рН конденсатов на блоках без конденсатоочистки обусловливаются содержанием в них растворенных газов.

На номограмме рис.27 приведено соотношение между УЭП, рН и концентрациями NН и СО в чистой воде при 25  °С. Пользуясь номограммой, по двум известным величинам можно определить две другие. Для приведения измеренной к используется формула (4) с температурными коэффициентами для карбоната или бикарбоната аммония из табл.2. Присутствие в пробе этих соединений определяется из номограммы рис.27, в нижней половине которой нанесены границы существования этих соединений. Величина рН приводится к pH по номограмме ВТИ (см. рис.22).

2.3.1. Основы метода

Удельная электрическая проводимость чистых вод характеризует общее содержание в них диссоциированной доли растворенных газов и ионов нелетучих (солевых) примесей. При всех водных режимах, кроме нейтрального, концентрация газов, как правило, значительно превышает содержание солевых примесей, поэтому прямое измерение электрической проводимости не позволяет с необходимой степенью надежности контролировать содержание солей в чистых водах. Если пробу такой воды перед подачей в ячейку кондуктометра пропустить через колонку с катионитом в водородной форме, аммиак будет полностью задержан, а остальные примеси перейдут в соответствующие кислоты:

NHOH+HR

 NHR+HO;

NаCl+HRNaR+HCl;

(NН)СО+HR2NHR+НСО.

В Н-катионированной пробе будут находиться сильные кислоты в количестве, эквивалентном концентрации солей, и углекислота. При этом за счет перевода солей в кислоты обусловленная ими электрическая проводимость увеличится примерно втрое (благодаря высокой подвижности ионов водорода), а влияние углекислоты уменьшится вследствие подавления ее диссоциации в кислой среде. В результате чувствительность кондуктометрического контроля по отношению к содержащимся в пробе нелетучим примесям значительно возрастает. На фоне обычно мало меняющегося содержания углекислоты изменение концентрации в пробе солей жесткости или натрия будет отчетливо регистрироваться кондуктометром.

Н-катионирование особенно эффективно при контроле воды и пара в тракте блока, оснащенного установкой обессоливания конденсата, где присутствие значительных количеств углекислоты маловероятно. В этих условиях показания кондуктометра с Н-колонкой непосредственно характеризуют солесодержание пробы. Оценку концентрации примесей в таких пробах, а также приведение результатов измерений к 25  °С (или к другой температуре, для которой установлена норма электрической проводимости) выполняют по графику рис.16.

Углекислота повышает УЭП Н-катионированных проб, что затрудняет контроль их солесодержания при больших концентрациях СО. Чтобы оценить состав анализируемой среды в подобных случаях, требуется определить концентрацию СО методом, описанным в п.2.2.3 (пример 4) и вычесть электрическую проводимость HCO, найденную по рис.17, из измеренного значения . Обычно в контуре блока устанавливается мало меняющийся баланс между поступлением и потерями углекислоты, что проявляется в относительном постоянстве фоновой ''углекислотной" доли проводимости Н-катионированной пробы. На этом фоне существенное изменение показаний дает оперативному персоналу сигнал о необходимости поиска загрязнений, поступающих либо вследствие повышения солесодержания контролируемого потока, либо в результате проскока углекислоты. Измерение фоновой концентрации углекислоты, выполняемое периодически персоналом центральной химической лаборатории, дополняет оценку состояния водного режима и способствует разработке необходимых мер по его улучшению.

2.3.2. Подготовка предвключенного фильтра (Н-колонки)

Конструкция колонки должна обеспечивать равномерное распределение пробы по сечению фильтра. Не следует излишне (с целью удлинить фильтроцикл) увеличивать вместимость колонки, так как это повысит время запаздывания прибора. По этой же причине не оставляют водяной "подушки" над слоем ионита. Принципиальная конструкция предвключенного Н-катионитного фильтра показана на рис.28. Колонка из оргстекла, пластмассы или нержавеющей стали внутренним диаметром 25-50 мм, высотой соответственно 500-300 мм должна иметь верхнюю и нижнюю дренажные системы. Проба может вводиться в колонку сверху или снизу. В обоих случаях на входе пробы устанавливается тройник, один отвод его используется для подключения колонки к пробоотборной линии, другой - для сброса части воды и регулирования расхода через колонку. На выходе из колонки устанавливается ячейка кондуктометра и термометр. Линии, соединяющие колонку с точкой отбора и с ячейкой, должны быть герметичными, так как подсос воздуха искажает результат измерений. Не следует использовать резиновые и силиконовые шланги большой длины, так как они могут загрязнять пробу, а также работать с колонкой, содержащей воздух.

2.3.3. Оценка солесодержания по электрической проводимости Н-катионированной пробы

Электрическая проводимость Н-катионированной пробы измеряют при отключенной термокомпенсации кондуктометра. Одновременно измеряют и записывают температуру пробы на выходе из ячейки. Результаты измерений фиксируют при установлении стабильных показаний.

Если в контуре блока нет существенных количеств углекислоты (блоки с установками обессоливания конденсата), оценку солесодержания пробы и приведения результата измерения к 25  °С производят по графику рис.16. На блоках без конденсатоочистки и, следовательно, в присутствии значительных количеств СО оценить концентрацию углекислоты и привести к можно по рис.17. Для раздельного определения содержания углекислоты и других примесей необходимо привлечение дополнительных данных: концентрации СО, определенной методом, изложенным в п.2.2.3, а также содержания натрия или значения рН Н-катионированной пробы.

Кондуктометры с Н-колонками являются простыми в эксплуатации и достаточно чувствительными приборами оперативного контроля водного режима. С их помощью осуществляется непрерывный контроль за качеством турбинных конденсатов, пара котлов, питательной воды (на блоках с добавком обессоленной воды), конденсата бойлеров, подогревателей сырой воды, химически очищенной воды, возвратного производственного конденсата и других минерализованных вод. Для каждого из названных потоков должны быть установлены нормы электрической проводимости, по которым эксплуатационный персонал сможет оперативно выявлять возможные нарушения. Нормы УЭП устанавливаются по допустимой для данного потока концентрации и примесей с учетом обычного содержания в нем углекислоты и, при необходимости, с поправкой на влияние Н-колонки.

Пример 5. Удельная электрическая проводимость пробы питательной воды блока сверхкритического давления определена равной 0,4 мкСм/см при 40  °С. Поправка на влияние Н-колонки (см. табл.3) принимается равной 0,07 мкСм/см для скорости фильтрования 20 м/ч. По рис.16 находят условное солесодержание пробы 0,55 мкг-экв/кг, соответствующее УЭП 0,33 мкСм/см при 40  °С и электрической проводимости пробы 0,25 мкСм/см при 25  °С.

Пример 6. Электрическая проводимость пробы конденсата перегретого пара барабанного котла с Н-катионированием составила 0,98 мкСм/см при 35  °С. Поправка на влияние Н-колонки принята 0,06 мкСм/см (см. табл.3), следовательно пробы при 35  °С равна 0,92 мкСм/см. По рис.17 этой электрической проводимости соответствует концентрация углекислоты в паре 21 мкг-экв/кг (450 мкг/кг), а , приведенная к 25  °С, равна 0,77 мкСм/см.

Пример 7. В Н-катионированной пробе бойлерного конденсата блока с барабанным котлом измерены УЭП и рН, составившие соответственно 1,8 мкСм/см и 5,4 при 38  °С. По рис.24 определяется значение рН пробы при 25  °С, равное примерно 5,4. Электрическая проводимость пробы при 25 °С, рассчитываемая по формуле (4) с температурным коэффициентом для НСl или НСО (0,015), равна 1,5 мкСм/см. Для раздельного определения концентраций солей и углекислоты можно воспользоваться рис.30. Точке пересечения значений и pH соответствуют концентрации СО около 1100 мкг/кг и солей 1,0 мкг-экв/кг.

Пример 8. Требуется установить норму УЭП Н-катионированной пробы конденсата турбины при норме ПТЭ по жесткости 1 мкг-экв/кг. По данным анализа охлаждающей воды, соли жесткости составляют 70% ее солесодержания. Следовательно, допустимым для данного конденсата будет общее солесодержание, равное мкг-экв/кг. Концентрация углекислоты в контуре блока, взятая из примера 4, равна 610 мкг/кг. По рис.30 электрическая проводимость такой пробы составит 1,3 мкСм/см при 25 °С. Температура конденсата обычно находится в пределах 30-40 °С, поэтому норма УЭП, приведенная к 35 °С по формуле (3), может быть установлена равной 1,5 мкСм/см.

Рис.31. Схема кондуктометрического контроля конденсата турбин:

- при отключении конденсатора по половинам;

б - при отключении конденсатора по четвертям;

1 - сигнализатор присосов; 2 - кондуктометр с Н-колонкой

Присосы в сетевые подогреватели и другие теплообменные аппараты контролируют путем сравнения электрических проводимостей их конденсатов. Показания погружных ячеек, установленных в конденсатопроводы после теплообменников, выводятся на общий регистрирующий прибор. При отсутствии присосов точки на ленте регистратора образуют общую линию (с некоторым разбросом из-за разной эффективности отсосов газов), выход из которой одной из точек указывает на появление присосов в соответствующем аппарате. В таких случаях также возможно использование сигнализаторов дифференциального типа, однако ячейки кондуктометров должны быть оснащены устройством автоматической термокомпенсации для устранения влияния температурных различий на УЭП конденсата разных теплообменников.

2.7.1. Электрическая проводимость и солесодержание минерализованных вод

В водах с повышенным содержанием нелетучих диссоциированных примесей доля газовой составляющей в электрической проводимости снижается до такой степени, что УЭП таких вод можно рассматривать как характеристику их солесодержания. Если в анализируемой пробе растворено или преобладает одно вещество, его концентрацию можно определить по графикам рис.1-6 после приведения измеренного значения к по формуле (4) с соответствующим этому веществу температурным коэффициентом из табл.1. Если в пробе растворено несколько веществ, УЭП используется как показатель общего солесодержания, что в большинстве случаев достаточно для оперативного контроля водного режима электростанций.

Природные воды содержат в основном бикарбонаты, хлориды и сульфаты кальция, магния и натрия. Зависимость между солесодержанием и электрической проводимостью таких вод можно выразить простым соотношением

мг/кг,                                                    (5)

в котором коэффициент пропорциональности обычно находится в пределах от 0,4 до 0,6. Хотя общее солесодержание природной воды может изменяться по сезонам года, соотношение между его составляющими, как правило, сохраняется неизменным. Следовательно, сохраняется постоянным и коэффициент для вод данной электростанции. Выполнив несколько раз в году полные анализы станционных вод и одновременно измерив их УЭП, определяют этот коэффициент и пользуются им в повседневной работе.

Кондуктометры применяются для быстрого определения солесодержания химически очищенной, питательной, котловых и других вод, для оперативного контроля за равномерностью распределения химически очищенной воды между деаэраторами и многих других целей. В ряде случаев на некоторых потоках следует устанавливать стационарные приборы контроля. Так, контроль и регистрация УЭП химически очищенной воды на выходе водоподготовительной установки своевременно извещает персонал об ухудшении качества обработанной воды из-за проскока соли или нарушения режима известкования.

2.7.2. Контроль котловых вод

При питании котлов конденсатом с добавком химически очищенной воды электрическая проводимость используется как основной показатель качества котловой воды и ведения режима непрерывной продувки. Поскольку УЭП котловой воды пропорциональна не только ее солесодержанию, но и щелочности (вследствие высокой подвижности иона ОН), а оба эти фактора в свою очередь влияют на чистоту насыщенного пара, показатель электрической проводимости более полно характеризует состояние режима котла, чем контроль воды по таким показателям, как хлориды или щелочность. Нормы УЭП питательной, котловых и продувочных вод устанавливают во время теплохимических испытаний, определяя зависимость качества пара от электрической проводимости питательной, котловой и продувочной воды. Применение кондуктометрического контроля освобождает персонал от необходимости выполнять ручные анализы на хлориды, щелочность и другие составляющие (кроме кремнекислоты и фосфатов). Удельная электрическая проводимость продувочной воды используется как импульс для автоматического регулирования непрерывной продувки, что дает существенную экономию за счет ликвидации перепродувок, повышает надежность водного режима котлов. По опыту эксплуатации, в котлах с двух- и трехступенчатым испарением давлением в барабане 11,0 МПа, работающих на добавочной химически очищенной воде, могут поддерживаться следующие УЭП проб: питательная вода - до 180 мкСм/см, котловая вода чистых отсеков - 800-1500 мкСм/см, продувочная вода - 6000-8000 мкСм/см при 25 °С.

Поскольку углекислота воздуха не оказывает заметного влияния на УЭП минерализованных вод, электрическую проводимость питательных и котловых вод можно контролировать кондуктометром с ручной температурной компенсацией после доставки проб в экспресс-лабораторию. Целесообразно применять стационарные приборы, кондуктометрические ячейки которых подключают непосредственно к точкам отбора проб котловой воды. Для таких целей могут использоваться проточные трехэлектродные ячейки (см. рис.11), работающие на горячей пробе и допускающие продувку точек отбора без отсоединения чувствительного элемента.

2.7.3. Применение кондуктометрии для контроля и регулирования процессов водоподготовки

Технологические процессы водоподготовки сопровождаются изменением солесодержания и, следовательно, электрической проводимости обрабатываемой воды, что может быть использовано для их контроля и регулирования. Кондуктометры могут использоваться также для измерения и автоматизации приготовления рабочих растворов реагентов: коагулянта, соли, кислоты, щелочи и т.д. с помощью ячеек с низким значением постоянной (см. рис.12). По электрической проводимости может быть осуществлена автоматизация дозирования кислоты в схемах подкисления подпиточной воды для теплосети. Целесообразно применение кондуктометра для контроля отмывки ионитных фильтров после регенерации, что освобождает персонал от ручного контроля за этой операцией и обеспечивает сокращение потерь воды на собственные нужды водоподготовки. Контроль отмывки фильтров особенно эффективен на обессоливающей установке, на нужды которой расходуется обессоленная вода.

Большие преимущества достигаются при использовании кондуктометров для технологического контроля обессоливающих установок, УЭП воды после 1-й ступени обессоливания увеличивается при истощении Н-катионитных или ОН-анионитных фильтров, что служит сигналом для вывода их на регенерацию. Контроль электрической проводимости воды после каждого фильтра 2-й ступени или за ФСД химводоочистки или конденсатоочистки дает полную информацию о качестве фильтрата, своевременно предупреждает персонал о необходимости отключения фильтра на регенерацию или включения в работу после отмывки.

Приведенными примерами не исчерпываются возможности применения кондуктометрии в технологии водоподготовки. Внедрение кондуктометров различных типов будет способствовать повышению экономичности и надежности водоподготовительных установок, автоматизации технологических процессов и повышению производительности труда обслуживающего персонала.

Рис.32. Схема установки для поверки кондуктометров:

1 - бачок с дистиллятом; 2 - ФСД; 3 - бачок с обессоленной водой; 4 - воздушник с натронной известью;
 5 - бачок с раствором КСl; 6 - вентиль; 7, 8 - проверяемая и образцовые ячейки; 9 - термометры;
10 - циркуляционный насос; 11 - термостат; 12 - змеевик

В методике поверки, разработанной Госстандартом, ЦКБ Союзэнергоремонта и Свердловэнерго для диапазона УЭП менее 5 мкСм/см, допускается использование дистиллированной воды, равновесной с воздухом, без ее обессоливания. При этом последовательно с кондуктометрической ячейкой, заполненной таким дистиллятом, к прибору подключается магазин сопротивлений, на котором набираются дополнительные сопротивления, имитирующие УЭП воды повышенной чистоты.

Операции, являющиеся обязательными при поверке кондуктометров должны также выполняться при обслуживании и опробовании приборов. Ниже рассматриваются работы, которые следует проводить как при поверке, так и при текущей эксплуатации кондуктометров.