[发明专利]高纯水痕量钠在线监测仪及其在线监测方法和装置

说明书

技术领域

本发明涉及本发明属于在线痕量成分分析仪器领域，尤其涉及一种高纯水痕量钠在线监测仪及其监测方法和装置。

背景技术

钠离子是火力发电厂、商业核电站给水处理系统、锅炉给水系统、凝结水及凝结水处理系统和蒸汽(饱和汽和过热蒸汽)系统中化学监督的重要指标之一。钠离子对汽轮机的危害已被实验研究和超临界机组运行经验所确认，机组正朝高参数(超临界、超超临界)大容量方向发展。发生在汽轮机内的腐蚀过程已被许多研究所证实，并且有相当数量的爆管，炉管变脆，汽轮机故障都是由于腐蚀造成的。腐蚀过程中有几种相关的化学成份，其中痕量钠离子存在是造成这种问题的直接原因之一。为了保证火力发电厂和商业核电站蒸汽动力设备的安全运行，在线连续监测水和蒸汽系统中的钠离子含量越来越被人们所重视，“控制蒸汽中的钠含量小于1μg/kg”已是超临界火力发电厂、商业核电站化学工作者的共识。

目前，国内外用于火力发电厂、商业核电站测定水、汽中Na⁺含量的方法主要是基于离子选择电极原理的电化学监测仪。离子选择电极技术的理论是基于热力学平衡原理的能斯特(Nerst)方程，通过电极电势和离子浓度(活度)的关系来确定离子浓度(活度)：

能斯特方程：

其中，E表示测量电势(mV)，E₀表示参比电势(mV)，R表示理想气体常数8.31(J/mol·k)，T表示温度(K)，n表示离子化学价，F表示法拉第电荷常数(F＝96500C/mol)，[Na⁺]表示钠离子活度(相同温度条件下，在测量痕量钠时可用浓度代替活度)

由能斯特方程(1)我们可以看出：在参比电势(E₀)稳定的条件下，测量电势(E)和钠离子浓度(活度)的对数值成线性关系，另外该线性曲线的斜率取决于测量介质的温度，零点取决于参比电势(E₀)，因此，对于这类钠离子分析仪而言，准确测量测量电势(E)、参比电势(E₀)以及测量介质和参比介质的温度(T)是确保测量精准的前提。故基于离子选择电极技术的在线钠表存在的缺点：

(1)水样的温度影响影响测量结果的准确性

当水温偏离25时，温度的变化会严重影响测量结果的准确性，理论上可以通过仪表的温度补偿器自动进行补偿，但是温度比较困难，也增加了仪器的成本和复杂性。

(2)水样的pH值影响测量结果的准确性

钠离子选择电极对H+的响应比对Na+还敏感，为消除H+对Na+测定的影响，必须用碱化试剂加以抑制，为了保证痕量钠测量的准确性，必须保证水样加碱后的pH值比pNa值大3个单位。目前，几乎所有在线钠离子浓度分析仪都采用添加二异丙胺的方式增加测量介质的pH值从而有效降低H+对Na+浓度测量的影响。而二异丙胺是对环境有严重危害的易燃化学品，吸入蒸气可引起肺水肿，其蒸气对眼睛有刺激性。并且，加入过量的碱化剂会导致NH4+和胺离子对测量结果的影响，碱化剂加药不足将导致H+对测量结果的干扰，调节和控制碱化剂加药系统的加药量必须增加一个复杂的碱化剂调节系统使得钠的准确测定，增加了一个不确定因素和增加了仪器的成本和复杂性。

(3)水样的流速影响测量结果的准确性

发电厂给水、凝结水和蒸汽等水样的电导率一般小于0.2μs/cm，近似于绝缘体。测量时流动的水样与电极表面摩擦会产生静电荷，并且难以及时导走，这种流动产生的静电荷累积在电极表面使得测量电位偏离能斯特响应电位，严重干扰和影响在线钠表测量结果的准确性和重现性。实验结果表明：水样流速对在线钠表的测量结果的影响是非常大的，表1的数据表明：当流速从1L/H变化到4L/H时，测量结果的相对误差从0.4％增大到11％。

(4)液接电势影响测量结果的准确性

液接电位是由两种组分不同或组分相同但浓度不同的溶液相接触时接触界面内外两侧离子扩散速率不同所产生的。当液接电位每产生1mV的电位误差时，就会给在线钠表带来3.9％的测量相对误差，而实际在线钠电极测量系统的液接电位往往高达几十毫伏，可见由此引起的测量误差是非常大的。

因此，基于离子选择电极的在线钠表的测量结果的准确度受水样的温度、pH值、流速、和液接电势的影响，对于极低浓度范围内的钠的测定，测量结果是几乎不变的随机数字，不能对高纯水中痕量钠进行在线实时、准确快速的检测。

发明内容