自動(dòng)加氨控制技術(shù)的探討

　　摘　要：分別對(duì)給水pH值、電導(dǎo)率、流量相關(guān)控制信號(hào)在測(cè)量中存在的技術(shù)問(wèn)題進(jìn)行了詳細(xì)的分析，并采用將給水電導(dǎo)率換算成pH值的技術(shù)，提出了一種提高自動(dòng)控制加氨準(zhǔn)確性的方法。

　　關(guān)鍵詞：火電廠;給水加氨;pH值;自動(dòng)控制

　　0概述

　　隨著電力工業(yè)的飛速發(fā)展，大容量、高參數(shù)、亞臨界、超臨界機(jī)組相繼投產(chǎn)，高參數(shù)機(jī)組對(duì)化學(xué)水汽品質(zhì)、加藥控制技術(shù)水平的要求越來(lái)越高，因此提高水汽監(jiān)督水平，提高分析測(cè)量的準(zhǔn)確性，提高化學(xué)加藥控制水平，使機(jī)組在最佳水汽品質(zhì)工況下運(yùn)行，是保證水汽系統(tǒng)防腐、防垢和防止積鹽的重要環(huán)節(jié)，這對(duì)機(jī)組的安全經(jīng)濟(jì)運(yùn)行起到重要作用。

　　在以除鹽水為補(bǔ)充水的高參數(shù)、大容量汽包鍋爐中，采用加氨調(diào)節(jié)給水pH值方法已成為我國(guó)火力發(fā)電廠汽包鍋爐調(diào)節(jié)給水pH值最廣泛使用的方法。在GB/T 121451999《火力發(fā)電機(jī)組及蒸汽動(dòng)力設(shè)備水汽質(zhì)量》中規(guī)定：汽包爐中，鍋爐蒸汽壓力12.7～18.3 MPa，要求給水氫電導(dǎo)率(氫離子交換后，25 ℃)≤0.3 μS/cm，pH值為8.8～9.3(25 ℃，有銅系統(tǒng))，或pH值為9.0～9.5(25 ℃，無(wú)銅系統(tǒng))。加氨的多少直接影響給水pH值的大小，因此用給水pH值控制加氨最直接、效果最好，但在實(shí)際運(yùn)行中，發(fā)現(xiàn)用給水pH值直接控制加氨，受許多因素的影響。

　　1給水pH值在實(shí)際測(cè)量中存在的問(wèn)題

　　1.1純水pH值測(cè)量的靜電荷問(wèn)題

　　在實(shí)際中經(jīng)常發(fā)現(xiàn)給水pH值在測(cè)量時(shí)會(huì)產(chǎn)生明顯的誤差，很難保證測(cè)量的準(zhǔn)確性，原因在于：高參數(shù)汽包鍋爐給水水質(zhì)較純，當(dāng)電導(dǎo)率≤5μS/cm時(shí)，水樣接近于絕緣體，水樣流動(dòng)與電極表面摩擦類似于絕緣體之間摩擦，可產(chǎn)生靜電荷，使玻璃電極電位Eb和參比電極電位Ec均發(fā)生變化，由于靜電荷的作用，在測(cè)量電池中產(chǎn)生與測(cè)量水樣pH值無(wú)關(guān)的△Er，△Er被疊加到測(cè)量信號(hào)上，一起送入儀表輸入端，其結(jié)果造成pH值測(cè)量誤差。在25 ℃時(shí)，這種靜電荷產(chǎn)生的電位差每變化5.916 mV，pH值就會(huì)造成0.1的誤差，在實(shí)際運(yùn)行中，有時(shí)靜電荷造成的電位差可達(dá)幾十毫伏，由此造成很大的pH值測(cè)量誤差。

　　這種由于純水流動(dòng)摩擦引起的靜電荷問(wèn)題，可以采取測(cè)量池可靠接地，并將摩擦產(chǎn)生的部分靜電荷通過(guò)地線排走，以減少摩擦靜電產(chǎn)生的誤差。同時(shí)在保證儀表正常測(cè)量用水的情況下，盡可能降低測(cè)量池流速并且使流速穩(wěn)定。采用以上方法只能減少純水靜電引起的誤差，但很難完全消除。

　　1.2溫度對(duì)pH值測(cè)量的影響

　　pH值的測(cè)量基于電位式分析法，在非標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下測(cè)量給水pH值，測(cè)量電池的測(cè)量電位可以用能斯特方程來(lái)表示：

　　E=E0+0.198 4 T lg a/n (1)

　　式中E――測(cè)量電池的測(cè)量電位，mV;

　　E0――電極膜電位、內(nèi)充液電位、內(nèi)外參比電極電位等綜合電位，mV;

　　0.198 4 T lg a/n――與溶液pH值有對(duì)應(yīng)關(guān)系的電位，mV。

　　將能斯特方程對(duì)溫度T求導(dǎo)：

　　dE/dT=dE0/dT+ 0.198 4lga/n+0.198 4Td lga/n dT (2)

　　dE/dT為溫度每變化1華氏度所引起電位的變化，dE0/dT為電極的標(biāo)準(zhǔn)電位溫度系數(shù)項(xiàng)，它表示電極特性項(xiàng)，與電極的膜材料、內(nèi)充液、內(nèi)外參比電極等的溫度特性有關(guān)，可以通過(guò)儀器進(jìn)行補(bǔ)償。

　　0.198 4lga/n為溫度系數(shù)斜率項(xiàng)。當(dāng)n=1時(shí)，溫度每變化1 ℃，則斜率變化0.198 4 mV;當(dāng)n=2時(shí)，則斜率變化0.099 2 mV，該項(xiàng)可以通過(guò)儀器進(jìn)行完全補(bǔ)償。

　　0.198 4Td lga/n dT為溶液溫度系數(shù)項(xiàng)。它與溶液的離子活度、電解平衡常數(shù)等有關(guān)。溶液的離子活度、電解平衡常數(shù)不僅隨溫度變化，而且隨水中不同物質(zhì)組成而變化，是無(wú)法確定的，因而不能通過(guò)儀器進(jìn)行補(bǔ)償。

　　綜上所述，用溫度補(bǔ)償?shù)姆椒o(wú)法完全消除溫度對(duì)水樣pH值測(cè)量造成的誤差。在實(shí)際運(yùn)用中，水汽控制指標(biāo)是25 ℃時(shí)的pH值，在偏離25 ℃時(shí)，測(cè)量值會(huì)產(chǎn)生一定的誤差，因此必須嚴(yán)格控制水樣溫度在25℃±2 ℃范圍內(nèi)。

　　1.3校正對(duì)pH值測(cè)量的影響

　　pH計(jì)的標(biāo)定一般采用兩點(diǎn)法：先在一種pH?6.86(或pH9.18;pH4.01，25 ℃)標(biāo)準(zhǔn)溶液中定位，然后在另一種pH9.18(或pH6.86、pH4.01，25 ℃)標(biāo)準(zhǔn)溶液中標(biāo)定斜率。測(cè)量電極放入一種標(biāo)準(zhǔn)溶液中，穩(wěn)定一段時(shí)間后，測(cè)量電極與標(biāo)準(zhǔn)溶液產(chǎn)生一個(gè)穩(wěn)定的電極電位，但這個(gè)電極電位不是立即達(dá)到的，而是經(jīng)過(guò)一定時(shí)間，逐漸達(dá)到穩(wěn)定的電極電位。對(duì)于手動(dòng)標(biāo)定的儀表，在標(biāo)定時(shí)，電極放在標(biāo)準(zhǔn)溶液中可以時(shí)間稍長(zhǎng)些，使電極電位穩(wěn)定后再標(biāo)定儀表。對(duì)于自動(dòng)標(biāo)定的儀表，第2點(diǎn)標(biāo)定的時(shí)間有固定限制(或根據(jù)電位變化情況自動(dòng)選取第2點(diǎn)的讀數(shù))，這對(duì)于響應(yīng)快的電極不會(huì)產(chǎn)生很大誤差，但對(duì)于響應(yīng)時(shí)間較長(zhǎng)的電極，電極電位未穩(wěn)定就進(jìn)行讀數(shù)標(biāo)定，會(huì)產(chǎn)生很大的誤差。

　　1.4測(cè)量電極質(zhì)量的影響

　　目前測(cè)量pH值時(shí)大多采用玻璃電極，由于電極的膜材料、厚度、絕緣性、制造工藝等因素的影響，同一批生產(chǎn)的電極性能也不完全相同，這也是影響給水pH值測(cè)量準(zhǔn)確性的因素之一。

　　1.5給水pH值測(cè)量不準(zhǔn)造成的影響

　　由于給水pH值受純水靜電荷、溫度、外界干擾、校正、玻璃電極質(zhì)量等許多因素的影響，尤其是純水靜電荷的影響難以完全排除，因此很難保證給水pH值測(cè)量的準(zhǔn)確性。

　　汽包爐中，鍋爐蒸汽壓力為12.7～18.3 MPa，對(duì)于有銅合金的給水系統(tǒng)，要求控制給水的pH值在8.8～9.3(25 ℃)范圍內(nèi)。給水pH值控制范圍為±0.5，在25 ℃時(shí)，測(cè)量電池只要產(chǎn)生5.916 mV的誤差，在pH值控制范圍內(nèi)就會(huì)產(chǎn)生20%的誤差，因而用給水pH值作為加氨控制信號(hào)盡管最直接、效果最好，但實(shí)際應(yīng)用有一定的難度。

　　如果測(cè)量出現(xiàn)誤差，實(shí)際給水水樣的pH值超過(guò)9.3，而測(cè)量值小于9.3，長(zhǎng)期運(yùn)行，會(huì)造成銅加熱器(如銅制低壓加熱器、軸封加熱器)和銅管凝汽器的腐蝕溶解，腐蝕產(chǎn)物進(jìn)入蒸汽系統(tǒng)會(huì)加劇汽輪機(jī)的積鹽，造成汽輪機(jī)出力和效率的降低。pH值過(guò)高還會(huì)造成凝汽器空抽區(qū)附近銅管的氨蝕，使凝汽器發(fā)生泄漏。反之，實(shí)際給水水樣的pH值小于8.8，而測(cè)量值大于8.8，長(zhǎng)期運(yùn)行，會(huì)造成給水系統(tǒng)鋼設(shè)備和管道的腐蝕溶解加劇，其腐蝕產(chǎn)物進(jìn)入鍋爐會(huì)加劇水冷壁的沉積和腐蝕，結(jié)果造成管道損壞，甚至出現(xiàn)嚴(yán)重事故。?

　　2給水電導(dǎo)率的測(cè)量及電導(dǎo)率與pH值的關(guān)系

　　2.1給水電導(dǎo)率的測(cè)量

　　溶液導(dǎo)電是依靠離子在電場(chǎng)作用下定向遷移實(shí)現(xiàn)的。將被測(cè)溶液看作一個(gè)導(dǎo)體，在電極兩端加一定的交流電壓，產(chǎn)生的電流信號(hào)經(jīng)放大處理，得到測(cè)量溶液的電導(dǎo)率。電導(dǎo)率表征被測(cè)溶液的導(dǎo)電能力時(shí)，是指水中各種正、負(fù)離子導(dǎo)電能力的總和。電導(dǎo)電極是2塊金屬板(在線儀表測(cè)量電極大多數(shù)為不銹鋼筒套式結(jié)構(gòu))，比較穩(wěn)定，也不受其他外界因素的干擾。

　　另外，電導(dǎo)率是通過(guò)測(cè)量溶液阻抗，再轉(zhuǎn)換為電流信號(hào)而得到的，因而基本不受純水靜電荷的影響，測(cè)量準(zhǔn)確率大大提高。

　　2.2分布電容和溫度的影響

　　機(jī)組正常運(yùn)行情況下，給水氫電導(dǎo)率≤0.3μS/cm(25 ℃)。加氨后，給水在pH8.8～9.3范圍內(nèi)，電導(dǎo)率通常在1～6μS/cm范圍內(nèi)變化，此時(shí)電導(dǎo)率較小，電極表面極化電阻的影響較小，分布電容影響較大，可以采用低頻率的測(cè)量電流，減少分布電容的影響。

　　電導(dǎo)率在1～6 μS/cm范圍內(nèi)變化，電導(dǎo)率隨溫度的變化基本為直線，故溫度補(bǔ)償可以按式(3)進(jìn)行補(bǔ)償：

　　X(25 ℃)=Xt /[1 +β(t-25)] (3)

　　式中X(25 ℃)――水樣換算為基準(zhǔn)溫度25 ℃下的電導(dǎo)率;

　　Xt――水樣在t ℃時(shí)的電導(dǎo)率;

　　β――水樣溫度補(bǔ)償系數(shù)。

　　水樣電導(dǎo)率在1～6μS/cm范圍內(nèi)變化時(shí)，β可以取0.02/℃。

　　2.3給水電導(dǎo)率與給水pH值的關(guān)系

　　25 ℃給水氫電導(dǎo)率≤0.3μS/cm時(shí)，水中的雜質(zhì)對(duì)電導(dǎo)率的影響非常小。給水加氨后，氨氣溶于水成為弱堿性溶液，增強(qiáng)了溶液的導(dǎo)電能力，使給水電導(dǎo)率示值增大十倍甚至幾十倍。因此給水電導(dǎo)率大小主要取決于水中氨的濃度。水中氨濃度與pH值和電導(dǎo)率之間存在確定的關(guān)系。

　　根據(jù)給水電導(dǎo)率與pH值的關(guān)系，可以通過(guò)測(cè)量電導(dǎo)率計(jì)算出pH值。

　　德國(guó)VGB標(biāo)準(zhǔn)和歐洲標(biāo)準(zhǔn)都建議用測(cè)量給水電導(dǎo)率反算pH值的方法測(cè)量給水pH值。

　　2.4給水電導(dǎo)率測(cè)量精度高，控制范圍大

　　由表1可以看出，對(duì)于有銅合金的給水系統(tǒng)，給水pH值控制在8.8～9.3(25 ℃)，則電導(dǎo)率在1.7～5.3 μS/cm范圍內(nèi)變化，電導(dǎo)率控制誤差為±3.6 μS/cm， pH值控制誤差為±0.5 ，電導(dǎo)率控制范圍比pH值大，另外電導(dǎo)率測(cè)量精度比pH值測(cè)量精度高，因此用電導(dǎo)率作為控制信號(hào)更合理。

　　3給水流量與加氨控制的關(guān)系

　　給水流量也是加氨控制的一個(gè)重要指標(biāo)。鍋爐給水流量增大，則補(bǔ)水量增加，為保持給水pH值在控制范圍內(nèi)，加氨量增大;反之流量減少，補(bǔ)水減量，加氨量減少。不同容量的機(jī)組、不同的系統(tǒng)給水流量的大小與加氨量的關(guān)系不同，但它們都有一定的對(duì)應(yīng)關(guān)系。為了使給水pH值在控制范圍內(nèi)運(yùn)行，可以用給水流量信號(hào)控制加氨量，這樣就避免出現(xiàn)給水pH值測(cè)量不準(zhǔn)確、控制范圍小、誤差大、不易實(shí)施的弊端。

　　4國(guó)內(nèi)自動(dòng)加氨控制技術(shù)及展望

　　通過(guò)以上分析可以看出，用給水pH值控制加氨量最直接，但是，給水pH值測(cè)量影響因素多、誤差大，且pH值控制范圍小，僅±0.5，因此用給水pH值控制加氨量實(shí)施困難。目前國(guó)內(nèi)通常用流量信號(hào)控制加氨，有的用給水流量作為主調(diào)節(jié)信號(hào)，給水電導(dǎo)率或pH值作為輔助信號(hào)控制加氨。由于給水流量大小隨機(jī)組負(fù)荷變化和系統(tǒng)運(yùn)行調(diào)節(jié)而變化，給水流量與pH值數(shù)學(xué)模型因機(jī)組不同而異，需要在運(yùn)行中摸索確定，因此用流量信號(hào)控制加氨的精度、準(zhǔn)確度不高。

　　目前有關(guān)單位正在研制一種多功能分析儀表，它可以直接測(cè)量給水的電導(dǎo)率，在25 ℃、水樣穩(wěn)定、保證電導(dǎo)率測(cè)量結(jié)果準(zhǔn)確的前提下，具有把電導(dǎo)率換算成pH值的功能。在儀表表頭上可以同時(shí)顯示給水電導(dǎo)率值和pH值，這樣用給水電導(dǎo)率作為控制信號(hào)的同時(shí)，還可以監(jiān)測(cè)給水pH值。對(duì)于有銅合金的給水系統(tǒng)，電導(dǎo)率一般控制在1.7～5.3 μS/cm范圍內(nèi)，25 ℃給水pH值控制在8.8～9.3范圍內(nèi)，相對(duì)于pH值而言，電導(dǎo)率比pH值控制范圍要寬。另外，給水電導(dǎo)率的測(cè)量較pH值測(cè)量影響因素要少，測(cè)量準(zhǔn)確度高，利用給水電導(dǎo)率和pH值的對(duì)應(yīng)關(guān)系，通過(guò)測(cè)量給水電導(dǎo)率并用其信號(hào)控制加氨，使pH值控制在8.8～9.3范圍內(nèi)，控制加藥會(huì)更及時(shí)、準(zhǔn)確，其精度和準(zhǔn)確度也會(huì)大大提高。

更多信息請(qǐng)?jiān)L問(wèn)：注冊(cè)安全工程師頻道     注冊(cè)安全工程師論壇
?2009年注冊(cè)安全工程師網(wǎng)絡(luò)輔導(dǎo)招生簡(jiǎn)章
?2009年注冊(cè)安全工程師考試時(shí)間為9月5、6日