在线钠表在核电站除盐水系统中的应用分析

李依航

(海南核电有限公司，海南 昌江 572700)

在线钠表在核电站除盐水系统中的应用分析

李依航

(海南核电有限公司，海南 昌江 572700)

控制核电站回路水中钠离子的浓度对于减少设备的腐蚀有着重要意义，因此在线钠表在运行电站的化学仪表中尤为重要。海南核电有限公司主要采用ORION 2111XP和2111LL型钠离子浓度测量仪实现钠离子的实时监控。针对除盐水厂房在线钠表的调试工作，对钠离子的测量原理、影响钠表标准性的因素以及维护中常见问题与解决办法加以总结。

在线钠表 核电站 除盐水厂房 误差分析 维护与检修

在线化学仪表是核电厂化学监督的关键环节，而钠表是核电厂在线化学仪表中较为关键的仪表。发电厂热力系统中钠离子含量是监督蒸汽品质、鉴别凝汽器的泄漏、监督阳离子交换器参数的关键指标之一，可直接反映热力设备的积盐腐蚀程度。当蒸汽中携带一些含钠的杂质时，会导致汽轮机金属材料的点蚀、应力腐蚀或腐蚀疲劳，这些腐蚀常会造成很大的经济损失。通过监督钠离子浓度可以有效提高化学监督水平，严格控制水汽品质，防止和减缓热力设备腐蚀、结垢，提高设备的安全性，延长使用寿命，提高机组运行的经济性[1]。在线钠表用于检测钠离子浓度，具有响应速度快及信号反应灵敏等优点，可及时检测凝汽器泄漏和蒸汽品质恶化情况，对减少水汽系统腐蚀结垢和蒸汽系统积盐有重要意义，有力地保证了机组的安全、经济运行[2，3]。

ORION 2111XP和2111LL型在线钠表具有测量精度高、范围宽及响应速度快等特点，能够快速、准确地反映被测介质的钠含量指标。笔者针对除盐水系统在线钠表的调试工作，对钠离子的测量原理、影响钠表标准性的因素和维护中常见问题与解决办法加以总结。

钠离子的在线定量分析采用原电池法，即将对钠离子敏感的玻璃电极、参比电极和温度电极同时浸入测量溶液中构成测量电池，通过获知的电动势来求得溶液中钠离子的浓度。该电池电动势符合能斯特方程，即：

(1)

式中C——钠离子的有效浓度(即离子活度)；

Ciso——电位E不随温度变化时的钠离子浓度；

E——测量的电极电位值，mV；

E0——等电势的电极电位，该值不随温度变化；

F——法拉第常数；

N——被测离子的价态(钠离子为+1价)；

R——理想气体常数；

T——样水的绝对温度，K。

分析仪表的标定非常重要， ORION 2111XP和2111LL型在线钠离子分析仪的标定采用的是两点已知添加法。DKA标定进行第一步操作时，样水中钠离子的实际浓度值是未知的。将一定体积、已知浓度的1号标准液添加到流通池中，样水中钠离子的含量在原浓度Cs的基础上增加了已知浓度dC1。在这个过程中，空气泵将空气泵入回流管，在这个密封的回路系统中将样水和所加入的标准液完全混合。当测量信号达到稳定时，新的电极电位E1自动被测量并存储。再添加2号标准液，其浓度为1号标准液的10倍。这样流通池内钠离子浓度又有了已知的浓度dC2的增量。再次稳定时，新的电极电位E2被再次测量并存储。这样就得到了含有3个未知量的3个方程：

(2)

(3)

(4)

式中Es、E1、E2——标定过程中所得到的测量值;

S——温度为25℃时的斜率；

Ts、T1、T2——绝对温度，为测量电极电位时所测得的样品温度。

利用微处理器解出这3个方程，得到斜率S和E0值。再利用能斯特方程将测得的电极电位差换算成被测溶液钠离子浓度。

2 误差因素分析

2.1pH值对测量的影响

玻璃电极具有离子选择性，在线钠表在测量Na+含量的同时，会遇到水样中H+和K+的干扰，造成测量值比Na+的真实值高，离子选择性大小表现为H+>Na+>K+。由于Na+玻璃电极对K+的选择性比Na+小，并且在线钠表的参比电极普遍安放在测量电极的下游，能够有效避免参比电极中饱和KCl溶液的扩散影响[4]。因此，H+是在线钠表测量的主要干扰离子，其带来的测量相对误差E%为：

(5)

式中aH+——氢离子浓度；

aNa+——钠离子浓度；

KNa+(H+)——选择性系数。

研究表明，PNa电极的选择系数KNa+(H+)=30，要求允许误差不大于3%，则必须要求Na+的浓度比H+的浓度大1 000倍，即被测溶液的pH值至少比PNa值大3个数量级以上方可[5]。因此，通常采用向样水中加入碱化剂来减少H+浓度，提高pH值，一般pH值不小于10。该公司采用的ORION 2111XP和2111LL型钠离子浓度测量仪采用的碱化剂为氨水和二异丙胺，将pH值提升至10以上来消除H+给测量带来的误差。

2.2温度对测量的影响

当水温偏离25℃时，温度的变化会影响在线钠表的准确性。将理想气体常数和法拉第常数代入式(1),得到：

E=E0-0.1984TPNa

PNa=-lg(C/Ciso)

(6)

对式(6)中的温度求导，得到：

(7)

2.3水样流速对测量的影响

YA厂房中有3块2111LL型钠表分别安装在1#、2#混床产水和总管出口，这部分水样的电导率要求小于1，近似于绝缘体。流动时的水样与在线钠表电极表面摩擦会产生静电荷，并且难以及时导走，累积在电极表面而影响测量电位，进而影响在线测量准确性。因此要严格控制钠表中样水的流量，一般流速控制在2L/h左右。ORION 2111LL型钠表混床钠离子检测的流速控制在35～45mL/min，而2111XP型钠表阳床钠离子检测的流速则控制在20～30mL/min。

3 调试中遇到的问题与维护方法

3.1调试中遇到的问题

校验斜率偏高(大于63mV)，错误代码E109。对其中一块钠表标定结束后，液晶屏显示E109，此代码表示校正得到不理想的斜率。经检查，发现斜率值为64.8mV，超出规定的斜率范围(45～63mV)。造成斜率值偏高的原因很多，主要有校正标准液污染、移液枪使用不正确、水样背景离子浓度过高、参比电极钠与电极接反及钠电极感应头污染等。经检查，不存在电极污染或接反的情况，并且标定严格按照说明书步骤进行，无操作错误问题。回顾标定操作时注意到加入1号标准液时，样水的本底浓度为110ppb(1ppb=1μg/L)，而正常情况下背景离子浓度应不大于10ppb，因此本底浓度过高很可能是造成斜率值偏高的原因。由于调试期间厂房用水的标准较差，很有可能造成水质本底浓度过高而引起校验斜率不理想的情况。解决办法是用高纯水反复冲洗流通池，直至仪表在测量模式下的本底浓度较低后再重新标定。在调试过程中，即便标定方法正确，也很有可能遇到校正斜率超出斜率范围的问题(偏高或偏低)，解决这一类问题最有效的方法是在首次校验前先用水样将仪表的流路系统冲洗一夜，在这个过程中不需要打开仪表电源。

钠表扩散管损坏。调试过程中，除盐水厂房并不是连续制水，导致其中一块钠表扩散管损坏，仪表测量数值异常高。造成这种后果主要是由于碱化剂很容易挥发，在没有水的情况下，扩散管中充满了碱化剂，2～3d的时间就会使扩散管变脆损坏。因此，在调试期间，钠表要随制水周期投用。现场停水不小于1d的时间必须对钠表扩散管进行及时保护。保护方法是：将碱化剂瓶从钠表测量回路中取下，用装满除盐水的瓶子取代即可。为了节省人力，也可利用清水管路作为备用管路实现钠表进水的切换，即引一路常有水管路作为在线钠表备用管路，当除盐水厂房不制水时，能够确保在线钠表进水口一直有水，保证仪表一直处于测量状态，以减少繁琐的保护电极过程，同时实现在线仪表的连续运行。

3.2维护过程中可能出现的问题

示数漂移严重。当测量过程中，遇到仪表示数漂移严重的情况时，首先检查参比界面是否被堵塞。确保电极填充液瓶上刺有小孔，同时检查通向电极的管中是否有气泡等堵塞流路。如参比界面通畅，则检查扩散管是否有破损。以上都正常的情况下，则有可能是钠电极的响应问题，需要对钠电极进行活化处理。

测量斜率低。导致测量过程中斜率低的主要原因是水样的压力低于8psi(1psi=8.895kPa)，此时就应该检查水样压力，如果低于8psi就要增加压力。另外，压力调节阀设置太低的话就要拉出压力调节阀上的红色环，顺时针旋转黑色旋钮调节流量至合适位置。

读数较高。如果仪表示数长期高于正常值，则要检查仪表是否超过校正周期。如果超过，就需要重新校正。出现读数较高的原因也有可能是由于流通池被污染，此时就要保持流通池水位于校正水平，用去离子水冲洗流通池一夜再调至测量位观察读数。

4 结束语

在线钠表是核电站二回路化学监督的关键仪表，对于减少设备的腐蚀有着重要意义。在线钠表测量环境相对复杂，且容易受水质、温度及流速等因素的影响。根据现行的电力行业标准，应最少每三月进行一次整机检验，每月进行一次仪表校验。对响应慢的电极进行清洗和活化，以延长电极的使用寿命。同时，每天应定时巡查，以保证水样的pH值、流速及温度等工况稳定，保障在线钠表的准确稳定运行。

[1] 于会超.在线钠表在核电站二回路化学监督中的应用[J].分析仪器,2013,(4):79～82.

[2] 王献忠,王鹏飞,田增国.基于ATmega128和μc/OS-Ⅱ的在线钠离子分析仪的设计[J].电子设计工程,2009,17(4):92～93.

[3] 魏宗宪,张秉海,唐俊辉.过程控制仪表故障分析及处理[J].化工自动化及仪表,2003,30(3):57～60.

[4] 范辉,赫树开,田增国.智能在线钠离子分析仪误差因素分析[J].自动化与仪器仪表,2008,(2):69～71.

[5] 杨秀杰.电厂水处理在线钠表的安全稳定运行[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