智能化鍋爐水質(zhì)分析儀是用微型計算機控制的智能化全自動儀器.簡要闡述了鍋爐水質(zhì)分析儀的功能、結(jié)構(gòu)和設(shè)計特點, 詳細論述了微型計算機在采用物理方法對水質(zhì)進行分析方面的應(yīng)用.
關(guān)鍵詞:鹽度;堿度;軟件;硬件
為了保證蒸汽鍋爐汽水質(zhì)量, 保證鍋爐運行安全, 需要對鍋爐水質(zhì)進行迅速準確的檢驗, 并及時做出調(diào)整.為此, 研制了微型計算機鍋爐水質(zhì)分析儀.
本儀器由微型計算機、高輸入阻抗信號轉(zhuǎn)換電路(輸入阻抗為1016 Ψ)、溫度測量電路、電導(dǎo)測量電路、模數(shù)轉(zhuǎn)換電路、專用計算機軟件及一些測量元件組成.由于該儀器全部采用物理測試方法, 可對鍋爐水的堿度、pH 、電導(dǎo)率和鹽度作連續(xù)定量分析.測試工作全部由微機控制, 經(jīng)過計算機處理后的數(shù)據(jù), 可以直接打印分析結(jié)果, 進行機車軟水作業(yè)指導(dǎo).該分析儀替代傳統(tǒng)的化學(xué)分析方法, 因而具有分析速度快、數(shù)據(jù)準確、故障少和自動化程度高等特點.完成1 個工作循環(huán)時間在1 min 以內(nèi).分析結(jié)果達到了鐵道部規(guī)定的技術(shù)要求(堿度誤差小于1 ×10-3 mol/L , 鹽度誤差小于10 %).
測試原理
1.1 鹽度測試原理
鍋爐水成分較復(fù)雜, 是含多種物質(zhì)的混合溶液.其主要成分為氯化鈉、硫酸鈉、磷酸鈉、硅酸鈉、碳酸鈉和氫氧化鈉等.在溶液中形成強電解質(zhì), 呈現(xiàn)不同能力的導(dǎo)電性.
表1 鍋爐水中導(dǎo)電離子的電導(dǎo)率(25℃)
Tab.1 The conductivity of conductive ion in the boiler-water
陰陽離子Negative-positive ion γ/(s·m -1)Na+ 50 .1K+ 73 .5OH- 198 .0Cl- 76 .3NO -3 71 .4SO2 -4 80 .0CO2 -3 69 .3電導(dǎo)率的測定原理是酸堿鹽等電解質(zhì)溶于水中, 離解成帶正負電荷的離子, 在外電場的作用下, 分別向陰陽極產(chǎn)生離子遷移而傳遞電子,因而使電解液具有導(dǎo)電作用.其導(dǎo)電能力的大小, 用電導(dǎo)率γ表示.鍋爐水電導(dǎo)率通常在1 .0 ×104s/m 左右.經(jīng)實測試驗證明, 電導(dǎo)率與鹽度有良好的正線性關(guān)系.因此, 在一定條件下應(yīng)用電導(dǎo)率來表示爐水中的鹽度是可行的(見表1).從表1 可見,
影響鍋爐水鹽分測定的主要有2 個因素.
1)氫氧根離子的干擾.現(xiàn)在鍋爐內(nèi)水處理應(yīng)用的堿劑為氫氧化鈉和碳酸鈉.當爐水中有碳酸鹽硬度存在時, 投入堿劑發(fā)生化學(xué)反應(yīng), 剩余堿劑在不同鍋爐壓力下分解為不同比例的氫氧化鈉和碳酸鈉.如在1 .4 MPa/cm2 時, 分解為60 %氫氧化鈉和40 %碳酸鈉.在爐水中, 堿度被人為控制在一定范圍, 而其它離子為給水中含有, 其含量保持在一定比例.由于氫氧根離子的電導(dǎo)斜率較大造成爐水鹽度的電導(dǎo)率測試值與真值出現(xiàn)誤差.經(jīng)試驗分析, 所存在的堿度造成的堿誤差與鹽度成負線性關(guān)系.因此, 可以用爐水堿度乘以相應(yīng)系數(shù)消除.
2)溫度影響.水的電導(dǎo)率與水的離解度及水中離子的遷移速度有密切關(guān)系, 而水的離解和水中離子遷移速度又與溫度變化有關(guān).通過對爐水的實測可以看出, 當鹽度一定時, 水溫升高電導(dǎo)率增加, 溫度與電導(dǎo)率之間呈良好的正線性關(guān)系.所以, 可根據(jù)公式(1)對不同溫度下的電導(dǎo)率進行修正.
γt = γ25[ 1 +α(t -25)] . (1)式中, γt 為t 時電導(dǎo)率;γ25為25 ℃時電導(dǎo)率值;α為爐水電導(dǎo)率溫度修正系數(shù);t 為被測爐水樣溫度.通過測定爐水中的鹽度ω, 不同溫度下的電導(dǎo)率γ及爐水堿度x , 運用統(tǒng)計學(xué)原理、二元回歸方法制定出經(jīng)驗公式.并用全相關(guān)系數(shù)驗證該公式的可靠性.
ω= a +b1 γt/[ 1 +α(t -25)] +b2 x .
式中, a , b1 , b2 為系數(shù);γt 為爐水電導(dǎo)率;t 為被測爐水樣溫度;α為電導(dǎo)率溫度修正系數(shù).
