在线硅酸根分析仪在核电厂中的应用

穆 婷 韩揽月

(海南核电有限公司，海南 昌江 572733)

在线硅酸根分析仪在核电厂中的应用

穆 婷 韩揽月

(海南核电有限公司，海南 昌江 572733)

介绍了SWAN AMI型在线硅酸根分析仪的测量原理，以及核电厂实际应用过程中的选型原则；总结了调试过程中出现的问题和解决方法。

在线硅酸根分析仪 核电厂 仪表选型 调试与维护

在核电厂中，在线硅酸根分析仪主要用于测量阴床出水、混床出水和凝结水精处理系统出水中的硅含量，其中，除盐水水质要求硅含量不超过20μg/L，凝结水精处理系统要求硅含量不超过15μg/L。当供向核岛和常规岛的水质硅含量超标时，管道会出现硅酸盐沉积物，腐蚀管道或设备，并且沉积物覆盖在管道或设备上会造成设备不稳定并降低热交换效率[1]。因此，在线硅酸根分析仪的正常运行对核电厂的安全生产具有重要意义。

某核电厂选用SWAN公司的COPRA Silica系列在线硅酸根分析仪，从近几年的应用与维护经验看，该仪表具有测量稳定和维护方便的特点。笔者针对在线硅酸根分析仪在现场的应用与维护情况，从其测量原理、测量流程、仪表选型及调试维护过程中遇到的问题等方面进行简要总结。

1 工作原理

1.1 化学测量原理

水样中的硅酸根在pH值为1.1～1.3的条件下，与钼酸铵反应生成黄色的硅钼酸盐复合物(俗称硅钼黄)，该复合物在还原剂硫酸亚铁铵的作用下被还原成深蓝色的钼蓝合成物(俗称硅钼蓝)，颜色的深浅与被分析的水样硅酸根含量成正比，化学反应式[2]如下：

H4SiO4(Mo3O9)4+4e+4H+=H4SiMo8·Mo4O36(OH)4

1.2在线硅酸根分析仪的工作原理

当在线硅酸根分析仪处于测量状态时，电磁阀启动，样水进口关闭，开始执行零点校验，整个硅酸根分析仪的工作流程如图1所示。

图1 在线硅酸根分析仪的工作流程简图A——溢流杯； B——样水进口；C——流量调节阀； D——电磁阀；E——溢流管； F——进气口；G——样水出口； H——光度计；I——六通道阀； J——蠕动泵；K——光度计的试剂进口； L——计量槽；M——光度计的样水进口； N——磁力搅拌器；O——试剂液位探测器； P——气泡探测器；Q——试剂1(钼酸铵)； R——试剂2(硫酸)；S——试剂3(草酸)； T——试剂4(硫酸亚铁铵)；U——空气管； V——排水口

六通道阀切换至1号位置，从容器Q中吸取试剂1(钼酸铵)；然后六通道阀切换至2号位置，从容器R中吸取试剂2(硫酸)；六通道阀再切换至5号位置，将空气吸入管路，用气泡将全部试剂推入光度计；磁力搅拌器将试剂混合，第1步反应开始，样水变成淡黄色。六通道阀切换到3号位置，从容器S中吸取试剂3(草酸)；然后六通道阀切换至5号位置，将空气吸入管路，用气泡将全部试剂推入光度计；磁力搅拌器将试剂混合，第2步反应开始。六通道阀切换至4号位置，从容器T中吸取试剂4(硫酸亚铁铵)；六通道阀切换至5号位置，将空气吸入管路，用气泡将全部试剂推入光度计；磁力搅拌器将试剂混合，第3步反应开始，样水变成蓝色。开始进行样水的测量，当硅含量非常少时，眼睛是观察不到这种蓝色的。此时用波长为815nm的光照射样水，光的吸收量被计算出来[3]，硅酸的浓度通过标准曲线就可以计算出来了。

测量完毕，清洗测量池内部，六通道阀切换至5号位置，连通到光度计入口K处，蠕动泵反转，直至试剂进口管充满样水。之后蠕动泵正转，直至排空试剂进口管。从测量开始到清洗完毕，整个周期用时10min。

2 仪表校验

为了使在线硅酸根分析仪能正常工作，必须定期对仪表进行校验。系统的斜率是用经实验室准确检验的SiO2标准溶液进行校准的，此标准溶液用以计算在线硅酸根分析仪的测量斜率。

当单色光通过含有吸光物质的样水时，样水吸收光的部分能量，光束的强度减弱。吸光物质的浓度和光束行程的长度决定了光被吸收的程度。设强度为P0的光束，通过含有吸光物质浓度为c(单位μg/L)的溶液，P为进入溶液b(单位cm)后的光束强度，P

式中A——吸光度；

b——光通过溶液的长度，cm；

E——克分子消光系数。

根据上述关系，入射光束的强度P0经放大后测量，变换成数字信号E1的计算式如下：

E1=K1×P0+ED1

其中ED1为在光源断开情况下的暗流信号，包括电子漂移、杂散光源和A/D转换器的零点误差；K1是常数，由检测器的效率和信号放大比决定。

同样，经过溶液后的光束强度P的测量信号E2的计算式如下：

E2=K2×P+ED2

硅酸根分析仪是用一个脉冲发光二极管(LED)光源来测定暗电流信号ED1和ED2的，因此有：

以比耳定律的形式表示，则为：

因此，溶液浓度可表示为：

3 硅酸根分析仪在核电厂中的分布与选型

硅含量是微量分析，对仪表的精确度要求高，因此，在选型方面需要考虑多方面的因素。由于SWAN型硅酸根分析仪具有测量精度高、稳定性好、抗干扰性强及使用维护方便等特点，并且国内其他核电厂也普遍采用此型号的硅酸根分析仪。从使用经验和维护情况来看，它非常适用于除盐水生产系统和凝结水精处理系统的水质监测。某核电厂SWAN型硅酸根分析仪的选型与分布见表1。

表1 硅酸根分析仪的选型与分布

4 调试与维护过程中出现的问题与解决方法

4.1在线硅酸根分析仪与化学实验室仪表的测量偏差较大

厂房初期投运的仪表中，在线硅酸根分析仪测量正常，但在线硅酸根分析仪测量样水的值与化学实验室硅分析仪的测量值偏差较大。初步判断产生偏差的主要原因有测量方法、标液的配制、试剂的使用情况及仪表箱接线问题等。

首先，检查试剂液位正常，蠕动泵运行正常，仪表管路系统和测量槽内无沉积物，样水流量大于最低流量要求值，箱体温度24.5℃(在正常工作区间5～50℃内)，整个仪表回路运行正常。

其次，检查仪表箱中的电气连接。电源接线连接正确；各接线端子、信号输出端子已正确接线；通信连接线正确连接AMI硅表和通道分配器。

最后，检查标准液。标准液是经厂设备采购处采购后，分析仪表工作人员重新配置的浓度为200μg/L的含硅标液。由于是专人配制，最初未检测标准液硅含量，后经实验室硅表检验，标准液硅含量为150μg/L，与要求值200μg/L相差50μg/L，标液浓度的配制错误导致在线硅酸根分析仪校验不准确。重新配置硅含量为200μg/L的标准液，校验在线硅酸根分析仪，再重新测量样水的硅含量，在线硅酸根分析仪测量值与实验室硅分析仪的测量值的偏差符合要求。

通过此次调试，建议在以后的标准液采购中，要尽量采购国家标准物质研究所的标准液(或SWAN厂家标准液)，以保证标准液的准确性。

由于实验室硅表以高纯水为零点来校准仪表(高纯水有本底硅含量，其值小于5μg/L)[5]。而在线仪表的零点校验则是利用在不加药的情况下样水的100%透光度(入射光等于反射光)作为零点。二者之间零点就存在一定量的偏差。因此，对于在线硅酸根分析仪的准确性问题，判定在线仪表是否适用于现场数值监测，主要还是要看仪表的测量曲线，也就是看仪表的变化趋势，只要测量误差在现场误差要求范围内即可。由于某核电厂选用的硅表量程为0～5 000μg/L，而混床实际测量范围不大于20μg/L。因此对于硅含量低的样水，在线仪表量程过大也会导致仪表测量数值不准确。

4.2测量值不稳定(忽大忽小)

首先检查水样流量是稳定的，调节流量阀到正常溢流状态；观察测量池有无气泡或异物，用除盐水和浓度为10%的氨水清洗测量池，观察测量池光窗是否有泄漏，经拆卸发现无泄漏。试剂瓶中试剂液位正常，重新配制标准液对在线硅酸根分析仪进行校验，经过校验，仪表测量值稳定并与实验室硅表测量值的偏差符合要求，在线硅酸根分析仪恢复正常。

为避免再次出现这种情况，建议定期检查仪表管路系统和测量池是否有沉积物，如有沉积物则应用除盐水和浓度为10%的氨水清洗系统的管路和测量池。清洗试剂管路方法：将试剂探头放进装有除盐水的桶中，启动填充系统，等待蠕动泵停止转动；中断水样，等待溢流杯里的水排空；将试剂探头放进空桶中，关闭仪表电源。

4.3表头报警(错误代码E065)

错误代码E065表示试剂偏少，经检查发现硫酸试剂瓶内液位低于溶液容量的17%，需要向试剂瓶内添加硫酸。由于硫酸具有强腐蚀性，操作人员需要穿戴防护服、手套和护目镜。然后向试剂瓶中加入适量浓度为25%的硫酸试剂，添加完毕后将液位探头放回试剂瓶，重新编制新的容器容量，以便仪表更好地检测试剂的缺少量。

由于仪表进行实时测量和校准时将消耗试剂和校准液。巡检时应定期检查试剂瓶的液位，如果液位太低或仪器显示缺少试剂时，应及时添加试剂。

5 日常维护可能出现的故障和解决方法

仪器无显示。打开电源后，仪器无任何反应或显示器有背光但无显示。检查电源接线和表头内部的保险丝，检查各连接线头是否插接良好。如果是显示对比度太小，调节显示对比度即可。

测量值不准确。可能的原因有多种，标准液污染、试剂过期或变质、标准液或试剂配制有误。解决方法是重新配置标准液或试剂，重新标定。还有可能是蠕动泵加药量不准，需要检查蠕动泵，如有必要进行更换即可。

校准无法进行。可能是校准溶液浓度配置错误，需重新编制校准溶液的浓度；或是标准溶液浓度错误，需重新配置标准溶液，如果试剂过期或被污染，则需重新配制标准溶液，清洗试剂瓶，清洗实际管路。

断流报警。引起断流报警的原因可能是水样断流或时有时无，解决方法是调节进样阀至产生合适的溢流。

6 结束语

由于人为操作干预较多，在线硅酸根分析仪的化学流路部分出现故障的几率较电气部分要高。如果出现问题，可首先从检查试剂配制方法到流路清洗来判断并排除故障。在仪表正确安装和接线后，注重仪表的日常使用与维护，发生电气故障的几率很少。为了实现在线硅酸根分析仪精确的在线监测，需要进行定期维护，每周进行一次零校准，检查一次试剂瓶的液位；每个月进行一次人工校验，清洗试剂管路和测量池。每三个月或半年更换一次泵管和试剂过滤器。由于核电厂每天有专人负责对分析仪表进行巡检，很大程度上保障了仪表的正常运行与监测。

[1] 周娜.硅酸根在线分析仪[J].工业水处理,2012,32(4):78～80.

[2] 承慰才.电厂化学仪表[M].北京:中国电力出版社,1998:152～154.

[3] 邓光南,曾文魁,付少华，等.硅酸根分析仪在火力发电厂水处理中的应用[J].工业水处理，2002,22(11):41～43.

[4] 于萍.电厂化学[M].武汉:武汉大学出版社,2009:238～241.

[5] 刘春兰.硅酸根测定仪常见故障及处理方法[J].中国仪器仪表,2012,(12):57～59.

ApplicationofOn-lineSilicateAnalyzerinNuclearPowerPlant

MU Ting, HAN Lan-yue

(HainanNuclearPowerCo.,Ltd.,Changjiang572733,China)

The SWAN AMI on-line silicate analyzer’s principle of measurement was described, including its selection for nuclear power plant and both matters needing attention in the debugging and solutions to them.

on-line silicate analyzer, nuclear power plant, analyzer selection, debugging and maintenance

TH83

B

1000-3932(2016)11-1138-04

2016-10-08(修改稿)