智能化锅炉水质分析仪是用微型计算机控制的智能化全自动仪器.简要阐述了锅炉水质分析仪的功能、结构和设计特点, 详细论述了微型计算机在采用物理方法对水质进行分析方面的应用.

关键词:盐度;碱度;软件;硬件

为了保证蒸汽锅炉汽水质量, 保证锅炉运行安全, 需要对锅炉水质进行迅速准确的检验, 并及时做出调整.为此, 研制了微型计算机锅炉水质分析仪.

本仪器由微型计算机、高输入阻抗信号转换电路(输入阻抗为1016 Ψ)、温度测量电路、电导测量电路、模数转换电路、专用计算机软件及一些测量元件组成.由于该仪器全部采用物理测试方法, 可对锅炉水的碱度、pH 、电导率和盐度作连续定量分析.测试工作全部由微机控制, 经过计算机处理后的数据, 可以直接打印分析结果, 进行机车软水作业指导.该分析仪替代传统的化学分析方法, 因而具有分析速度快、数据准确、故障少和自动化程度高等特点.完成1 个工作循环时间在1 min 以内.分析结果达到了铁道部规定的技术要求(碱度误差小于1 ×10-3 mol/L , 盐度误差小于10 %).

测试原理

1.1　盐度测试原理

锅炉水成分较复杂, 是含多种物质的混合溶液.其主要成分为氯化钠、硫酸钠、磷酸钠、硅酸钠、碳酸钠和氢氧化钠等.在溶液中形成强电解质, 呈现不同能力的导电性.

表1　锅炉水中导电离子的电导率(25℃)

Tab.1　The conductivity of conductive ion in the boiler-water

阴阳离子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电导率的测定原理是酸碱盐等电解质溶于水中, 离解成带正负电荷的离子, 在外电场的作用下, 分别向阴阳极产生离子迁移而传递电子,因而使电解液具有导电作用.其导电能力的大小, 用电导率γ表示.锅炉水电导率通常在1 .0 ×104s/m 左右.经实测试验证明, 电导率与盐度有良好的正线性关系.因此, 在一定条件下应用电导率来表示炉水中的盐度是可行的(见表1).从表1 可见,

影响锅炉水盐分测定的主要有2 个因素.

1)氢氧根离子的干扰.现在锅炉内水处理应用的碱剂为氢氧化钠和碳酸钠.当炉水中有碳酸盐硬度存在时, 投入碱剂发生化学反应, 剩余碱剂在不同锅炉压力下分解为不同比例的氢氧化钠和碳酸钠.如在1 .4 MPa/cm2 时, 分解为60 %氢氧化钠和40 %碳酸钠.在炉水中, 碱度被人为控制在一定范围, 而其它离子为给水中含有, 其含量保持在一定比例.由于氢氧根离子的电导斜率较大造成炉水盐度的电导率测试值与真值出现误差.经试验分析, 所存在的碱度造成的碱误差与盐度成负线性关系.因此, 可以用炉水碱度乘以相应系数消除.

2)温度影响.水的电导率与水的离解度及水中离子的迁移速度有密切关系, 而水的离解和水中离子迁移速度又与温度变化有关.通过对炉水的实测可以看出, 当盐度一定时, 水温升高电导率增加, 温度与电导率之间呈良好的正线性关系.所以, 可根据公式(1)对不同温度下的电导率进行修正.

γt = γ25[ 1 +α(t -25)] . (1)式中, γt 为t 时电导率;γ25为25 ℃时电导率值;α为炉水电导率温度修正系数;t 为被测炉水样温度.通过测定炉水中的盐度ω, 不同温度下的电导率γ及炉水碱度x , 运用统计学原理、二元回归方法制定出经验公式.并用全相关系数验证该公式的可靠性.

ω= a +b1 γt/[ 1 +α(t -25)] +b2 x .

式中, a , b1 , b2 为系数;γt 为炉水电导率;t 为被测炉水样温度;α为电导率温度修正系数.