周洋，李良，于洋，劉青華

(華電電力科學研究院 山東分院，濟南 250002)

0 引言

氫電導率是發(fā)電廠嚴格控制的水汽指標之一，可直觀地反映水汽中陰離子雜質(zhì)的總量。假設水樣中其他陰離子濃度為零，可根據(jù)氫電導率估算出HCO3-或Cl-的最大濃度[1]。通過控制氫電導率，可估算某有害陰離子最大濃度，控制有害陰離子整體水平。因此，加強氫電導率的指標控制，對機組安全穩(wěn)定運行起著重要作用。

當測量在線氫電導率時，水樣必須先通過陽離子交換樹脂去除水樣中的陽離子，產(chǎn)生與陰離子數(shù)量相對應的氫離子，因此在線氫電導率與其陽離子樹脂性能及交換過程的操作有關。同時，由于水樣溫度的差異，在線氫電導率表本身的溫度補償也不同。此外，測量電極及電導池，也易產(chǎn)生電極常數(shù)、電極極化及電導池電容等方面的誤差[2]。就上述因素對在線氫電導率測量誤差進行分析。

1 陽離子交換樹脂引起誤差

1.1 存在問題

由于氫離子的極限摩爾電導率比其他陽離子大4～5倍[3]，因此其與陰離子組合的酸性物質(zhì)的電導率遠高于中性鹽。當水樣中的部分陽離子未被樹脂完全交換，出水水樣為酸性或中性鹽類混合物，其測得氫電導率值偏低。而陽離子樹脂由于保存或使用不當產(chǎn)生裂紋，裂紋樹脂再生處理時，進入樹脂裂縫的鹽酸再生液很難被沖洗干凈。將含有裂紋的鹽酸樹脂裝入交換柱投入運行，易造成氫電導測量偏高。另一方面，當含有裂紋的樹脂填裝到交換柱后，裂紋樹脂中殘留的氯離子緩慢釋放，造成氫電導率結果偏高。

許多電廠僅以氫電導超標作為判別樹脂失效終點。而在普遍采用的加氨處理水汽系統(tǒng)中，當氫型樹脂失效后，穿透交換柱的陽離子主要是銨離子。由于同樣數(shù)量的銨離子電導率比氫離子要小得多，因此在交換樹脂失效初期，氫電導率測量結果反而是偏小，易造成誤差。

此外，樹脂在裝填過程中操作不當會夾雜氣泡，樹脂空隙間的氣泡很難在短時間內(nèi)被水流沖洗出，空氣中的二氧化碳進入測量系統(tǒng)，對氫電導率測量也會造成影響。

1.2 解決方案

(1)樹脂再生度低。采用動態(tài)再生、延長浸泡時間、加大再生液用量及提高再生次數(shù)，可提高樹脂再生度。

(2)由于保存或使用不當，樹脂易產(chǎn)生裂紋。新樹脂保存應保持外包袋完整，存放在0～40 ℃的環(huán)境中；使用前先放入NaCl鹽水中浸泡，并對樹脂進行顯微鏡檢查，裂紋樹脂比例最好小于1%；對使用中暫停運行的樹脂應避免脫水、冰凍和細菌滋長。

(3)交換樹脂釋放氯離子。新樹脂初次使用應先浸入NaCl鹽水中，防止樹脂開裂；樹脂用鹽酸再生后，應用二級除鹽水連續(xù)沖洗8 h以上，再填裝交換柱使用。

(4)樹脂氨化失效后測量結果往往偏低。推薦使用變色樹脂，排除氫型樹脂氨化失效運行引起的錯誤信息。

(5)樹脂在裝填過程中操作不當會夾雜氣泡。在更換樹脂時，樹脂與水同時裝入交換柱，避免運行時樹脂中存在氣泡。

2 溫度補償系數(shù)附加誤差

發(fā)電廠通常采用電導率來監(jiān)測水汽系統(tǒng)水質(zhì)的純度。但是在不同溫度下，同純度水的電導率會發(fā)生較大變化，因此必須將電導率換算到同一基準溫度(25 ℃)下。然而大量試驗表明，超純水的電導率溫度補償系數(shù)已不再是一個常數(shù)，而是一個隨溫度和純度在2%～9%連續(xù)變化的變量。

在常量的電導率測量中，電導率溫度換算式見式(1)，

DDT=DD25[1+ɑ(T-25)] ，

(1)

式中：DDT為水溫T(℃)時所測得的電導率，μS/cm；DD25為換算成基準溫度(25 ℃)時的電導率，μS/cm；ɑ為溫度補償系數(shù)。

對于電導率大于10 μS/cm的中性或堿性水溶液，其溫度校正系數(shù)一般在0.017～0.024之間，所以設定其為0.02即可滿足應用要求。

當水樣的氫電導率小于0.2 μS/cm，近似于純水。溫度對于純水或超純水的影響不能簡單地用式(1)表示。由于純水或超純水本身的理化特性發(fā)生了變化，其氫電導率所取值與常量水樣有了質(zhì)的改變。純水或超純水的溫度補償系數(shù)近似可用式(2)表示[4]，

(2)

表1 二氧化碳濃度與氫電導率的關系(25 ℃，無其他陰離子)

表2 理論純水電導率與溫度的關系

如果該高純水按中性水或堿性水進行溫度補償，溫度補償系數(shù)設定為0.02。按式(1)計算：DD25=0.06/(1-0.02×10)=0.075 0 (μS/cm)。

兩種計算方式產(chǎn)生的誤差為高達25%，(0.100 5-0.075 0)/0.100 5×100%=25%。

因此在測量給水、凝水和蒸汽氫電導時，建議盡量調(diào)整水溫控制在25±1 ℃，將溫度補償系數(shù)按式(2)進行計算，再將系數(shù)代入式(1)計算出該高純水25 ℃電導率。建議可選用具有非線性自動溫度補償?shù)脑诰€儀表[5]進行監(jiān)測。

3 電極常數(shù)引起誤差

在測量溶液電導時：若電極浸入水中不同高度，電導池常數(shù)將發(fā)生變化，從而使電極常數(shù)與“標準溶液法”標定的電極常數(shù)不同，造成較大測量誤差；若測量電極內(nèi)水樣不流動，電導率儀顯示結果并非當前水樣的電導率，也會造成較大誤差。

針對以上兩種情況，建議改變電極池導流孔高度，同時對電極浸入不同高度的電導池常數(shù)進行校正。可采用“替代法”[6]對電極的電導池常數(shù)進行檢驗校正，其計算方法見式(3)，

JX=KbRx×10-6，

(3)

式中：JX為被檢電極常數(shù)，cm-1；Kb為被測水樣電導率，μS/cm；Rx為水樣的等效電阻，Ω。

對被測水樣的電導率進行測量：將清洗干凈的被檢電極置入電導池溶液中，10 min后精確讀取電導率儀數(shù)值，即Kb。

水樣的等效電阻Rx的測量：(1)將已清凈的被檢電極置入電導池，讀取電導率數(shù)值；(2)斷開傳感器接線，用精度優(yōu)于0.1級標準的交流電阻箱代替?zhèn)鞲衅髋c電導二次連接；(3)被檢儀表和標準交流電阻之間連接如圖1所示；(4)調(diào)整電阻箱輸出值，使電導率儀表示值與原顯示值相同；(5)記錄交直流電阻箱Rt輸出電阻值，即得水樣的等效電阻Rx。

圖1 被檢儀表與標準交流電阻之間的連接

將Kb、Rx代入公式(3)，即可計算被檢電極常數(shù)。

4 電極極化及電容效應引起的誤差

測量溶液電導時需在電導池的電極上外加電源以產(chǎn)生相應的電流。當采用直流電源時，溶液發(fā)生了電解，此時電極本身會發(fā)生化學變化，此為化學極化。化學極化使電解生成物在電極與溶液之間形成了一個與外加電壓相反的極化電勢，此極化電勢的存在使得電極間的電流減小，等效電阻增大，從而導致測量誤差。其次，由于外加電源，溶液電解時電極附近的離子濃度在與電極交換電子過程中很快降低，而溶液本體中的離子又得不到補充，電極附近電解液濃度會發(fā)生變化，此為濃差極化。濃差極化因電極表面附近的液層與溶液深處的濃度存在差異形成濃差極化層電阻，導致測量誤差。

而當外加電源采用交流電源時，電導池的極間會存在電容效應，系統(tǒng)是包含有容抗在內(nèi)非純電阻電路。而在確定溶液的濃度與電導之間的關系時，把電阻箱代替電導池作為一個純電阻元件也產(chǎn)生了誤差[7]。

建議電廠采用移動式化學儀表校驗裝置校驗在線氫電導率表，通過模擬電路測量避免上述誤差，模擬電導率二次表的模擬電路[8]如圖2。各電廠根據(jù)校驗結果重新設置電導率電極參數(shù)，以提高水汽測量準確度。

圖2 檢驗電導率表二次表的模擬電路

5 結論

(1)氫電導率是電廠控制水汽質(zhì)量的重要指標之一，是監(jiān)測凝水、給水和蒸汽中有害陰離子的主要

手段。

(2)監(jiān)測水汽的氫電導率，其溫度補償系數(shù)隨溫度和電導率而變化。 嚴控水樣溫度和選用具有非線性自動溫度補償?shù)碾妼时砜捎行Ы档蜏囟茸兓瘞淼臏y量誤差。

(3)大量實際校驗數(shù)據(jù)表明，采用“替代法”對氫電導率測量電極的電導池常數(shù)進行檢驗校正，可減少電極常數(shù)不準確引起的誤差。

(4)樹脂使用前對其進行顯微鏡檢查，裂紋樹脂比例最好小于1%，同時填裝樹脂時注意避免產(chǎn)生氣泡，積極采用變色樹脂可有效解決樹脂失效初期帶來的錯誤信息。