电力百科第 74 期：化学仪表
1 化学监督与在线化学仪表测量准确性的关系
在线化学仪表测量准确性决定了化学监督的可靠性。由于高参数机组对水汽品质的要求不断提高,手工取样测量已不能取代在线化学仪表在化学监督中的地位, 其原因如下:
( 1) 由于取样过程中空气污染、取样瓶的污染,取样测量不能准确测量纯水条件下汽水的直接电导率、氢电导率、pH 值、钠含量、溶解氧等指标;
( 2) 取样测量人为影响因素降低了测量结果的可靠性;
( 3) 取样测量是间断性测量, 不能随时发现间断出现的水质异常情况, 如蒸汽间断性带水、精处理系统间断释放阴离子、水汽系统间断性污染等。许多电厂水汽品质合格率很高, 但腐蚀结垢和积盐问题却很严重, 其根本原因是在线化学仪表测量不准确, 未能及时发现问题, 导致化学监督与控制出现偏差。
2 化学监督和在线化学仪表准确性的意义
大容量机组对水汽品质要求极高, 水汽品质的准确监测是保证机组安全经济运行的必要手段。因多数在线化学仪表的准确性无法检验, 导致在线化学仪表普遍测量不准确, 使水汽品质恶化问题得不到及时发现, 发电机组水汽系统发生腐蚀、结垢和积盐, 造成巨大的经济损失。
据国外资料介绍, 美国发电厂强迫停机中约有50%是因蒸汽发电设备腐蚀造成的, 致使每年增加30 亿美元运行和检修成本。由于腐蚀, 产品成本增加10%以上, 在美国所有工业中因腐蚀造成的成本增加名列第一。
国内电厂也因在线化学仪表测量不准确而严重影响机组效率, 造成很大的经济损失, 举例如下。
某电厂2 台600 MW 亚临界机组2004 年底相继投产, 汽包汽水分离装置缺陷使饱和蒸汽中大量带水, 由于蒸汽在线钠表和氢电导率表测量不可靠,一直未能及时发现该问题, 导致汽轮机高压缸严重积盐, 汽轮机效率降低。2006 年初检查汽轮机严重积盐, 机组满负荷运行时的蒸汽流量从投产初期的1 790 t/h( 额定蒸发量) , 增加到1 900 t/h 以上, 2 台机组每年多烧煤14 万t, 按每吨煤400 元计算, 每年损失5 600 万元。
某电厂300 MW 汽包炉在线pH 表测量值偏高, 测量显示pH 值始终大于9.0( 合格) , 运行2 a 后割管检查发现大量水冷壁管发生酸性腐蚀, 造成重大损失。经调查发现, 炉水pH 值经常低于8.3, 炉水酚酞碱度为零, 证明炉水在线pH 表测量值偏高。
某电厂给水pH 值测量值偏高, 造成给水pH 值实际控制值偏低, 导致给水系统发生严重腐蚀, 高压加热器疏水铁含量高达70 μg/L。高压加热器腐蚀泄漏会造成高压加热器退出运行, 严重影响机组效率;给水系统腐蚀产生的大量铁会加速水冷壁的铁沉积和腐蚀, 造成爆管。
由于缺乏检验水汽系统在线化学仪表测量准确性的方法与手段, 长期不能发现仪表测量不准确的问题。虽然这些在线化学仪表能发现凝汽器严重泄漏等明显问题, 但却不能发现低水平的污染, 如凝汽器微漏、饱和蒸汽带水、精处理装置漏氯或漏钠、pH值控制偏差等, 这造成目前国内火电机组普遍存在不同程度的腐蚀、结垢和积盐问题, 虽然多数机组未出现上述例子那样严重的腐蚀积盐问题, 但即便是较轻的腐蚀、结垢和积盐, 每台机组每年也会有数百万元的经济损失。
可见, 提高电厂在线化学仪表测量准确性和可靠性, 提高化学监督的准确性, 及时发现水汽品质控制上的问题并加以解决, 对发电厂的安全经济运行具有重要意义, 可以取得节能降耗的显著效果。
3 在线化学仪表测量不准确的原因
水汽系统化学仪表可分为2 类: 第1 类, 可用标准物质检验实际测量准确性的仪表, 如硅表、磷表、联氨表等; 第2 类, 无法用标准物质检验实际测量条件下测量准确性的仪表, 如电导率表、pH 表、钠表、溶解氧表, 而这4 种在线化学仪表却是最重要的在线监督仪表。
随着电子技术的发展, 二次仪表很少出现问题, 多数误差出现在纯水测量系统和传感器上。
3.1 电导率表
纯水系统在线电导率表受温度补偿、频率等纯水中特有的干扰因素和交换柱( 氢电导率测量) 、系统漏气、电极污染、地回路等在线特有干扰因素的影响, 会产生较大误差( 见图1) 。
3.2 pH 表
纯水系统在线pH 表受液接电位、温度补偿等纯水中特有的干扰因素和地回路、静电荷等在线特有干扰因素的影响, 会产生较大误差( 见图2) 。
3.3 钠表
纯水系统在线钠表与pH 表类似, 受液接电位、标定误差、电极选择性等纯水中特有的干扰因素和地回路、碱化剂、静电荷等在线特有干扰因素的影响, 会产生较大误差( 见图2) 。
3.4 溶解氧表
纯水系统在线溶解氧表受测量管路泄漏、温度补偿、标定误差等影响产生较大误差( 见图3) 。
3.5 小结
在纯水系统中, 电导率表、pH 表、钠表、溶解氧表在线测量时会遇到许多特殊干扰因素而产生误差, 如纯水中静电荷、液接电位、电极分布电容、电极选择性、温度补偿等, 在线测量时系统泄漏、地回路、树脂再生度、电极污染等。这些影响是在线化学仪表工作误差普遍超标的主要原因。
然而, 国内已有的检验标准和检验装置脱离了纯水和在线条件, 不能检验上述误差, 只能检验二次仪表的测量误差和标准溶液中的基本误差。因此, 采用现有方法检验准确的上述4 种在线仪表, 在电厂纯水条件下实际测量时,仍会出现较大的测量误差。
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