在線鈉表在核電站除鹽水系統中的應用分析

李依航

(海南核電有限公司，海南 昌江 572700)

在線鈉表在核電站除鹽水系統中的應用分析

李依航

(海南核電有限公司，海南 昌江 572700)

控制核電站回路水中鈉離子的濃度對于減少設備的腐蝕有著重要意義，因此在線鈉表在運行電站的化學儀表中尤為重要。海南核電有限公司主要采用ORION 2111XP和2111LL型鈉離子濃度測量儀實現鈉離子的實時監控。針對除鹽水廠房在線鈉表的調試工作，對鈉離子的測量原理、影響鈉表標準性的因素以及維護中常見問題與解決辦法加以總結。

在線鈉表 核電站 除鹽水廠房 誤差分析 維護與檢修

在線化學儀表是核電廠化學監督的關鍵環節，而鈉表是核電廠在線化學儀表中較為關鍵的儀表。發電廠熱力系統中鈉離子含量是監督蒸汽品質、鑒別凝汽器的泄漏、監督陽離子交換器參數的關鍵指標之一，可直接反映熱力設備的積鹽腐蝕程度。當蒸汽中攜帶一些含鈉的雜質時，會導致汽輪機金屬材料的點蝕、應力腐蝕或腐蝕疲勞，這些腐蝕常會造成很大的經濟損失。通過監督鈉離子濃度可以有效提高化學監督水平，嚴格控制水汽品質，防止和減緩熱力設備腐蝕、結垢，提高設備的安全性，延長使用壽命，提高機組運行的經濟性[1]。在線鈉表用于檢測鈉離子濃度，具有響應速度快及信號反應靈敏等優點，可及時檢測凝汽器泄漏和蒸汽品質惡化情況，對減少水汽系統腐蝕結垢和蒸汽系統積鹽有重要意義，有力地保證了機組的安全、經濟運行[2，3]。

ORION 2111XP和2111LL型在線鈉表具有測量精度高、范圍寬及響應速度快等特點，能夠快速、準確地反映被測介質的鈉含量指標。筆者針對除鹽水系統在線鈉表的調試工作，對鈉離子的測量原理、影響鈉表標準性的因素和維護中常見問題與解決辦法加以總結。

鈉離子的在線定量分析采用原電池法，即將對鈉離子敏感的玻璃電極、參比電極和溫度電極同時浸入測量溶液中構成測量電池，通過獲知的電動勢來求得溶液中鈉離子的濃度。該電池電動勢符合能斯特方程，即：

(1)

式中C——鈉離子的有效濃度(即離子活度)；

Ciso——電位E不隨溫度變化時的鈉離子濃度；

E——測量的電極電位值，mV；

E0——等電勢的電極電位，該值不隨溫度變化；

F——法拉第常數；

N——被測離子的價態(鈉離子為+1價)；

R——理想氣體常數；

T——樣水的絕對溫度，K。

分析儀表的標定非常重要， ORION 2111XP和2111LL型在線鈉離子分析儀的標定采用的是兩點已知添加法。DKA標定進行第一步操作時，樣水中鈉離子的實際濃度值是未知的。將一定體積、已知濃度的1號標準液添加到流通池中，樣水中鈉離子的含量在原濃度Cs的基礎上增加了已知濃度dC1。在這個過程中，空氣泵將空氣泵入回流管，在這個密封的回路系統中將樣水和所加入的標準液完全混合。當測量信號達到穩定時，新的電極電位E1自動被測量并存儲。再添加2號標準液，其濃度為1號標準液的10倍。這樣流通池內鈉離子濃度又有了已知的濃度dC2的增量。再次穩定時，新的電極電位E2被再次測量并存儲。這樣就得到了含有3個未知量的3個方程：

(2)

(3)

(4)

式中Es、E1、E2——標定過程中所得到的測量值;

S——溫度為25℃時的斜率；

Ts、T1、T2——絕對溫度，為測量電極電位時所測得的樣品溫度。

利用微處理器解出這3個方程，得到斜率S和E0值。再利用能斯特方程將測得的電極電位差換算成被測溶液鈉離子濃度。

2 誤差因素分析

2.1pH值對測量的影響

玻璃電極具有離子選擇性，在線鈉表在測量Na+含量的同時，會遇到水樣中H+和K+的干擾，造成測量值比Na+的真實值高，離子選擇性大小表現為H+>Na+>K+。由于Na+玻璃電極對K+的選擇性比Na+小，并且在線鈉表的參比電極普遍安放在測量電極的下游，能夠有效避免參比電極中飽和KCl溶液的擴散影響[4]。因此，H+是在線鈉表測量的主要干擾離子，其帶來的測量相對誤差E%為：

(5)

式中aH+——氫離子濃度；

aNa+——鈉離子濃度；

KNa+(H+)——選擇性系數。

研究表明，PNa電極的選擇系數KNa+(H+)=30，要求允許誤差不大于3%，則必須要求Na+的濃度比H+的濃度大1 000倍，即被測溶液的pH值至少比PNa值大3個數量級以上方可[5]。因此，通常采用向樣水中加入堿化劑來減少H+濃度，提高pH值，一般pH值不小于10。該公司采用的ORION 2111XP和2111LL型鈉離子濃度測量儀采用的堿化劑為氨水和二異丙胺，將pH值提升至10以上來消除H+給測量帶來的誤差。

2.2溫度對測量的影響

當水溫偏離25℃時，溫度的變化會影響在線鈉表的準確性。將理想氣體常數和法拉第常數代入式(1),得到：

E=E0-0.1984TPNa

PNa=-lg(C/Ciso)

(6)

對式(6)中的溫度求導，得到：

(7)

2.3水樣流速對測量的影響

YA廠房中有3塊2111LL型鈉表分別安裝在1#、2#混床產水和總管出口，這部分水樣的電導率要求小于1，近似于絕緣體。流動時的水樣與在線鈉表電極表面摩擦會產生靜電荷，并且難以及時導走，累積在電極表面而影響測量電位，進而影響在線測量準確性。因此要嚴格控制鈉表中樣水的流量，一般流速控制在2L/h左右。ORION 2111LL型鈉表混床鈉離子檢測的流速控制在35～45mL/min，而2111XP型鈉表陽床鈉離子檢測的流速則控制在20～30mL/min。

3 調試中遇到的問題與維護方法

3.1調試中遇到的問題

校驗斜率偏高(大于63mV)，錯誤代碼E109。對其中一塊鈉表標定結束后，液晶屏顯示E109，此代碼表示校正得到不理想的斜率。經檢查，發現斜率值為64.8mV，超出規定的斜率范圍(45～63mV)。造成斜率值偏高的原因很多，主要有校正標準液污染、移液槍使用不正確、水樣背景離子濃度過高、參比電極鈉與電極接反及鈉電極感應頭污染等。經檢查，不存在電極污染或接反的情況，并且標定嚴格按照說明書步驟進行，無操作錯誤問題。回顧標定操作時注意到加入1號標準液時，樣水的本底濃度為110ppb(1ppb=1μg/L)，而正常情況下背景離子濃度應不大于10ppb，因此本底濃度過高很可能是造成斜率值偏高的原因。由于調試期間廠房用水的標準較差，很有可能造成水質本底濃度過高而引起校驗斜率不理想的情況。解決辦法是用高純水反復沖洗流通池，直至儀表在測量模式下的本底濃度較低后再重新標定。在調試過程中，即便標定方法正確，也很有可能遇到校正斜率超出斜率范圍的問題(偏高或偏低)，解決這一類問題最有效的方法是在首次校驗前先用水樣將儀表的流路系統沖洗一夜，在這個過程中不需要打開儀表電源。

鈉表擴散管損壞。調試過程中，除鹽水廠房并不是連續制水，導致其中一塊鈉表擴散管損壞，儀表測量數值異常高。造成這種后果主要是由于堿化劑很容易揮發，在沒有水的情況下，擴散管中充滿了堿化劑，2～3d的時間就會使擴散管變脆損壞。因此，在調試期間，鈉表要隨制水周期投用。現場停水不小于1d的時間必須對鈉表擴散管進行及時保護。保護方法是：將堿化劑瓶從鈉表測量回路中取下，用裝滿除鹽水的瓶子取代即可。為了節省人力，也可利用清水管路作為備用管路實現鈉表進水的切換，即引一路常有水管路作為在線鈉表備用管路，當除鹽水廠房不制水時，能夠確保在線鈉表進水口一直有水，保證儀表一直處于測量狀態，以減少繁瑣的保護電極過程，同時實現在線儀表的連續運行。

3.2維護過程中可能出現的問題

示數漂移嚴重。當測量過程中，遇到儀表示數漂移嚴重的情況時，首先檢查參比界面是否被堵塞。確保電極填充液瓶上刺有小孔，同時檢查通向電極的管中是否有氣泡等堵塞流路。如參比界面通暢，則檢查擴散管是否有破損。以上都正常的情況下，則有可能是鈉電極的響應問題，需要對鈉電極進行活化處理。

測量斜率低。導致測量過程中斜率低的主要原因是水樣的壓力低于8psi(1psi=8.895kPa)，此時就應該檢查水樣壓力，如果低于8psi就要增加壓力。另外，壓力調節閥設置太低的話就要拉出壓力調節閥上的紅色環，順時針旋轉黑色旋鈕調節流量至合適位置。

讀數較高。如果儀表示數長期高于正常值，則要檢查儀表是否超過校正周期。如果超過，就需要重新校正。出現讀數較高的原因也有可能是由于流通池被污染，此時就要保持流通池水位于校正水平，用去離子水沖洗流通池一夜再調至測量位觀察讀數。

4 結束語

在線鈉表是核電站二回路化學監督的關鍵儀表，對于減少設備的腐蝕有著重要意義。在線鈉表測量環境相對復雜，且容易受水質、溫度及流速等因素的影響。根據現行的電力行業標準，應最少每三月進行一次整機檢驗，每月進行一次儀表校驗。對響應慢的電極進行清洗和活化，以延長電極的使用壽命。同時，每天應定時巡查，以保證水樣的pH值、流速及溫度等工況穩定，保障在線鈉表的準確穩定運行。

[1] 于會超.在線鈉表在核電站二回路化學監督中的應用[J].分析儀器,2013,(4):79～82.

[2] 王獻忠,王鵬飛,田增國.基于ATmega128和μc/OS-Ⅱ的在線鈉離子分析儀的設計[J].電子設計工程,2009,17(4):92～93.

[3] 魏宗憲,張秉海,唐俊輝.過程控制儀表故障分析及處理[J].化工自動化及儀表,2003,30(3):57～60.

[4] 范輝,赫樹開,田增國.智能在線鈉離子分析儀誤差因素分析[J].自動化與儀器儀表,2008,(2):69～71.

[5] 楊秀杰.電廠水處理在線鈉表的安全穩定運行[J].河北化工,2005,(1):55～56.

(Continued from Page 36)

rithm with corrosion algorithm, the liquid column’s position can be reached; and through the projection analysis, the digital characters on the thermometer and that corresponding to the long scale line position can be obtained, including the correct thermometer indication. The experimental result proves the system’s stability, high reliability and recognition accuracy up to more than 0.01 ℃.

TH832

B

1000-3932(2016)01-0105-03

2015-11-05(修改稿)

visual inspection system, glass thermometer, horizontal projection, template binarization, hough transform