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【黑科技】用電導率計算PH值,您了解嗎?

供稿:梅特勒-托利多國際貿易(上海)有限公司 過程分析產品 2019/7/31 13:47:14

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  • 關鍵詞: 電導率 PH值 計算型pH值分析
  • 摘要:和傳統的玻璃電極法測量pH值方法相比較,電導率計算pH值的的方法具有穩定性好、精度高、維護量少的技術優勢,在電廠的化學監督中,具備廣闊的應用前景和技術推廣意義。

前言

 

對于火電廠和核電廠而言,為確保安全運行以及保護關鍵的核心設備,必須對水、汽的pH值進行嚴格監控

例如,火電廠的鍋爐補給水通常控制在pH值8.9-9.2之間,壓水堆核電廠的二回路給水pH值則需要控制在9.6-10.0之間……

因此,確保pH值測量的準確性可靠性是火電和核電廠化學監督明文規定的重要工作內容,對于保障機組設備的經濟性和安全性具有重要意義。

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極具挑戰的超純水pH值測量


通常而言,傳統的pH測量和校準過程都是針對具有一定離子強度的酸、堿或鹽類溶液,被測介質/溶液通常具有一定離子強度和導電性,此時,pH測量或校準非常快速、精準。

但是,對于電廠純水(超純水)、蒸汽的pH值測量而言,由于純水(超純水)電導率很低,外界氣體、取樣管路、設備以及pH電極等很容易對分析樣品造成污染影響,純水(超純水)中離子濃度種類的變化也將直接導致pH值測量誤差。

另外,純水(超純水)作為一種低電導率的化學溶液本身具有較強的溶解和腐蝕特性,會造成pH測量電極性能變化很快進而導致純水(超純水)pH值測量不穩定、測量結果偏差較大。

總之,影響電廠純水(超純水)、蒸汽pH值測量的因素非常多,通過能斯特方程:
E=E0+ 2.3(RT/nF) log[H+]

我們可以知道水中的離子強度([H+])、參比電勢的穩定性(E0)、溫度(T)(參比溫度和測量溶液溫度)這些因素都會直接對pH值測量結果造成影響。

另外,由于超純水很容易受到外界氣體(例如CO2)和溶出物影響,因此,取樣分析方式以及取樣裝置的設計也會影響到pH測量的準確性……

在實際的電廠生產應用過程中,特別是水、汽循環化學過程中,若采用傳統的pH玻璃電極分析方法來測量鍋爐水/補給水、蒸汽的pH值

由于電廠水、汽的物理化學特性和純水/超純水相似,因此,電廠用戶對于傳統的pH電極測量方法普遍面臨使用壽命短、測量值不可靠以及維護量大的問題,

同時,pH值測量值的不可靠和不準確,會嚴重影響機組的安全運行。

黑科技:通過電導率計算pH值


計算型pH值分析方法的測量原理如下:

1)兩個電導率傳感器同時測量樣水的比電導率陽離子電導率(通過陽離子交換樹脂脫除氨或者其它銨鹽后測得的電導率值),樣水的比電導率和陽離子電導率傳感器同時連接在一臺多通道變送器中

2)通過內置在變送器中的計算軟件,精確地通過測量所得的兩個電導率值計算得出樣水的pH值。

計算型pH值分析方法的發展


上世紀七十年代

電廠化學工程師在實驗室里利用該方法通過氨的電導率來計算水、汽的pH值

1988年到1998年期間

世界超純水協會、NUS、VGB、ESPW、EPRI等多個領域和組織的水質化學家先后多次更新完善電導率和pH之間的關聯關系

1998年

UNS進一步完善并推出基于電導率的pH值計算軟件程序“pH calculator", 通過該軟件輸入比電導率和陽離子電導率數值就可以直接計算得出pH值。

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圖1:NUS 電導率和pH關系圖

梅特勒-托利多作為分析領域的領導者,始終致力于推動全球水質分析技術的進步,在通過電導率計算pH值領域,梅特勒-托利多Thornton憑借其獨步全球的超純水電導率分析技術多通道多參數智能傳感器技術

計算型pH值分析儀的發展

上世紀末

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圖2: 770MAX 計算型pH分析儀

梅特勒-托利多推出了全球第一臺功能強大的計算型pH值分析儀770MAX(圖1),該計算型pH分析儀可以同時測量:


A:  比電導率
B:  陽離子電導率
C:  計算得到的pH值
D:pH玻璃電極測量值

2004年、2005年

梅特勒-托利多分別在于2004年“65屆國際水質會議”和2005年的PPCHEM雜志上發表了"發電廠基于電導率的pH值和CO2含量確定"技術專論,

就計算型pH值分析儀的使用情況和技術特點進行了進一步深入探討。

現在

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圖3: M800計算型pH分析儀

梅特勒-托利多推出了新一代計算型pH分析儀M800(圖3),M800計算型pH值分析儀集成了先進的ISM智能傳感器管理技術,功能更加強大:


A:在計算得出pH的同時,計算得出水中溶解CO2的含量
B:智能數字傳感器技術,測量更加穩定準確
C:通過離子交換公交容量監控陽離子交換柱失效
D:傳感器預診斷功能
E:最多可同時測量顯示8個不同水質分析參數

 

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計算型pH值分析方法的前景展望

經過數十年的應用經驗積累,通過電導率來計算pH值的方法越來越得到水質分析領域的普遍認可。

美國EPRI、德國VGB、ppChem、ASTMD5218-2014、DL/T1201-2013 等標準組織和規范也紛紛針對電廠包括核電廠在內的給水、補給水、凝結水、蒸汽、內冷水等水質特點(純水/超純水加pH調節藥劑氨水或者其它)以及實際的應用情況,推薦采用電導率計算的方法來計算測量pH值。

但需要注意的是,采用電導率的方法計算pH值的時候,比電導率作為主要影響參數對pH值計算結果貢獻主導影響。

陽離子電導率作為修正參數表征樣水中溶解的少量的鹽份、二氧化碳等物質對pH值的計算結果進行修正,換而言之,需要考慮該計算方法適用的條件

1.氨或者胺鹽對pH值貢獻主要影響,pH在7.5-10.5的范圍內
2.測量介質的比電導率小于40 μs.cm-1
3.測量介質的比電導率遠大于陽離子電導率

對于電廠包括核電廠在內的給水、補給水、凝結水、蒸汽、內冷水等水質而言,通常條件下都滿足通過電導率計算pH值的應用條件

和傳統的玻璃電極法測量pH值方法相比較,電導率計算pH值的的方法具有穩定性好、精度高、維護量少的技術優勢,在電廠的化學監督中,具備廣闊的應用前景和技術推廣意義。

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審核編輯(王靜)
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