穆 婷 韓攬月

(海南核電有限公司，海南 昌江 572733)

在線硅酸根分析儀在核電廠中的應(yīng)用

穆 婷 韓攬月

(海南核電有限公司，海南 昌江 572733)

介紹了SWAN AMI型在線硅酸根分析儀的測量原理，以及核電廠實際應(yīng)用過程中的選型原則；總結(jié)了調(diào)試過程中出現(xiàn)的問題和解決方法。

在線硅酸根分析儀 核電廠 儀表選型 調(diào)試與維護

在核電廠中，在線硅酸根分析儀主要用于測量陰床出水、混床出水和凝結(jié)水精處理系統(tǒng)出水中的硅含量，其中，除鹽水水質(zhì)要求硅含量不超過20μg/L，凝結(jié)水精處理系統(tǒng)要求硅含量不超過15μg/L。當(dāng)供向核島和常規(guī)島的水質(zhì)硅含量超標(biāo)時，管道會出現(xiàn)硅酸鹽沉積物，腐蝕管道或設(shè)備，并且沉積物覆蓋在管道或設(shè)備上會造成設(shè)備不穩(wěn)定并降低熱交換效率[1]。因此，在線硅酸根分析儀的正常運行對核電廠的安全生產(chǎn)具有重要意義。

某核電廠選用SWAN公司的COPRA Silica系列在線硅酸根分析儀，從近幾年的應(yīng)用與維護經(jīng)驗看，該儀表具有測量穩(wěn)定和維護方便的特點。筆者針對在線硅酸根分析儀在現(xiàn)場的應(yīng)用與維護情況，從其測量原理、測量流程、儀表選型及調(diào)試維護過程中遇到的問題等方面進行簡要總結(jié)。

1 工作原理

1.1 化學(xué)測量原理

水樣中的硅酸根在pH值為1.1～1.3的條件下，與鉬酸銨反應(yīng)生成黃色的硅鉬酸鹽復(fù)合物(俗稱硅鉬黃)，該復(fù)合物在還原劑硫酸亞鐵銨的作用下被還原成深藍色的鉬藍合成物(俗稱硅鉬藍)，顏色的深淺與被分析的水樣硅酸根含量成正比，化學(xué)反應(yīng)式[2]如下：

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

1.2在線硅酸根分析儀的工作原理

當(dāng)在線硅酸根分析儀處于測量狀態(tài)時，電磁閥啟動，樣水進口關(guān)閉，開始執(zhí)行零點校驗，整個硅酸根分析儀的工作流程如圖1所示。

圖1 在線硅酸根分析儀的工作流程簡圖A——溢流杯； B——樣水進口；C——流量調(diào)節(jié)閥； D——電磁閥；E——溢流管； F——進氣口；G——樣水出口； H——光度計；I——六通道閥； J——蠕動泵；K——光度計的試劑進口； L——計量槽；M——光度計的樣水進口； N——磁力攪拌器；O——試劑液位探測器； P——氣泡探測器；Q——試劑1(鉬酸銨)； R——試劑2(硫酸)；S——試劑3(草酸)； T——試劑4(硫酸亞鐵銨)；U——空氣管； V——排水口

六通道閥切換至1號位置，從容器Q中吸取試劑1(鉬酸銨)；然后六通道閥切換至2號位置，從容器R中吸取試劑2(硫酸)；六通道閥再切換至5號位置，將空氣吸入管路，用氣泡將全部試劑推入光度計；磁力攪拌器將試劑混合，第1步反應(yīng)開始，樣水變成淡黃色。六通道閥切換到3號位置，從容器S中吸取試劑3(草酸)；然后六通道閥切換至5號位置，將空氣吸入管路，用氣泡將全部試劑推入光度計；磁力攪拌器將試劑混合，第2步反應(yīng)開始。六通道閥切換至4號位置，從容器T中吸取試劑4(硫酸亞鐵銨)；六通道閥切換至5號位置，將空氣吸入管路，用氣泡將全部試劑推入光度計；磁力攪拌器將試劑混合，第3步反應(yīng)開始，樣水變成藍色。開始進行樣水的測量，當(dāng)硅含量非常少時，眼睛是觀察不到這種藍色的。此時用波長為815nm的光照射樣水，光的吸收量被計算出來[3]，硅酸的濃度通過標(biāo)準(zhǔn)曲線就可以計算出來了。

測量完畢，清洗測量池內(nèi)部，六通道閥切換至5號位置，連通到光度計入口K處，蠕動泵反轉(zhuǎn)，直至試劑進口管充滿樣水。之后蠕動泵正轉(zhuǎn)，直至排空試劑進口管。從測量開始到清洗完畢，整個周期用時10min。

2 儀表校驗

為了使在線硅酸根分析儀能正常工作，必須定期對儀表進行校驗。系統(tǒng)的斜率是用經(jīng)實驗室準(zhǔn)確檢驗的SiO2標(biāo)準(zhǔn)溶液進行校準(zhǔn)的，此標(biāo)準(zhǔn)溶液用以計算在線硅酸根分析儀的測量斜率。

當(dāng)單色光通過含有吸光物質(zhì)的樣水時，樣水吸收光的部分能量，光束的強度減弱。吸光物質(zhì)的濃度和光束行程的長度決定了光被吸收的程度。設(shè)強度為P0的光束，通過含有吸光物質(zhì)濃度為c(單位μg/L)的溶液，P為進入溶液b(單位cm)后的光束強度，P

式中A——吸光度；

b——光通過溶液的長度，cm；

E——克分子消光系數(shù)。

根據(jù)上述關(guān)系，入射光束的強度P0經(jīng)放大后測量，變換成數(shù)字信號E1的計算式如下：

E1=K1×P0+ED1

其中ED1為在光源斷開情況下的暗流信號，包括電子漂移、雜散光源和A/D轉(zhuǎn)換器的零點誤差；K1是常數(shù)，由檢測器的效率和信號放大比決定。

同樣，經(jīng)過溶液后的光束強度P的測量信號E2的計算式如下：

E2=K2×P+ED2

硅酸根分析儀是用一個脈沖發(fā)光二極管(LED)光源來測定暗電流信號ED1和ED2的，因此有：

以比耳定律的形式表示，則為：

因此，溶液濃度可表示為：

3 硅酸根分析儀在核電廠中的分布與選型

硅含量是微量分析，對儀表的精確度要求高，因此，在選型方面需要考慮多方面的因素。由于SWAN型硅酸根分析儀具有測量精度高、穩(wěn)定性好、抗干擾性強及使用維護方便等特點，并且國內(nèi)其他核電廠也普遍采用此型號的硅酸根分析儀。從使用經(jīng)驗和維護情況來看，它非常適用于除鹽水生產(chǎn)系統(tǒng)和凝結(jié)水精處理系統(tǒng)的水質(zhì)監(jiān)測。某核電廠SWAN型硅酸根分析儀的選型與分布見表1。

表1 硅酸根分析儀的選型與分布

4 調(diào)試與維護過程中出現(xiàn)的問題與解決方法

4.1在線硅酸根分析儀與化學(xué)實驗室儀表的測量偏差較大

廠房初期投運的儀表中，在線硅酸根分析儀測量正常，但在線硅酸根分析儀測量樣水的值與化學(xué)實驗室硅分析儀的測量值偏差較大。初步判斷產(chǎn)生偏差的主要原因有測量方法、標(biāo)液的配制、試劑的使用情況及儀表箱接線問題等。

首先，檢查試劑液位正常，蠕動泵運行正常，儀表管路系統(tǒng)和測量槽內(nèi)無沉積物，樣水流量大于最低流量要求值，箱體溫度24.5℃(在正常工作區(qū)間5～50℃內(nèi))，整個儀表回路運行正常。

其次，檢查儀表箱中的電氣連接。電源接線連接正確；各接線端子、信號輸出端子已正確接線；通信連接線正確連接AMI硅表和通道分配器。

最后，檢查標(biāo)準(zhǔn)液。標(biāo)準(zhǔn)液是經(jīng)廠設(shè)備采購處采購后，分析儀表工作人員重新配置的濃度為200μg/L的含硅標(biāo)液。由于是專人配制，最初未檢測標(biāo)準(zhǔn)液硅含量，后經(jīng)實驗室硅表檢驗，標(biāo)準(zhǔn)液硅含量為150μg/L，與要求值200μg/L相差50μg/L，標(biāo)液濃度的配制錯誤導(dǎo)致在線硅酸根分析儀校驗不準(zhǔn)確。重新配置硅含量為200μg/L的標(biāo)準(zhǔn)液，校驗在線硅酸根分析儀，再重新測量樣水的硅含量，在線硅酸根分析儀測量值與實驗室硅分析儀的測量值的偏差符合要求。

通過此次調(diào)試，建議在以后的標(biāo)準(zhǔn)液采購中，要盡量采購國家標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)研究所的標(biāo)準(zhǔn)液(或SWAN廠家標(biāo)準(zhǔn)液)，以保證標(biāo)準(zhǔn)液的準(zhǔn)確性。

由于實驗室硅表以高純水為零點來校準(zhǔn)儀表(高純水有本底硅含量，其值小于5μg/L)[5]。而在線儀表的零點校驗則是利用在不加藥的情況下樣水的100%透光度(入射光等于反射光)作為零點。二者之間零點就存在一定量的偏差。因此，對于在線硅酸根分析儀的準(zhǔn)確性問題，判定在線儀表是否適用于現(xiàn)場數(shù)值監(jiān)測，主要還是要看儀表的測量曲線，也就是看儀表的變化趨勢，只要測量誤差在現(xiàn)場誤差要求范圍內(nèi)即可。由于某核電廠選用的硅表量程為0～5 000μg/L，而混床實際測量范圍不大于20μg/L。因此對于硅含量低的樣水，在線儀表量程過大也會導(dǎo)致儀表測量數(shù)值不準(zhǔn)確。

4.2測量值不穩(wěn)定(忽大忽小)

首先檢查水樣流量是穩(wěn)定的，調(diào)節(jié)流量閥到正常溢流狀態(tài)；觀察測量池有無氣泡或異物，用除鹽水和濃度為10%的氨水清洗測量池，觀察測量池光窗是否有泄漏，經(jīng)拆卸發(fā)現(xiàn)無泄漏。試劑瓶中試劑液位正常，重新配制標(biāo)準(zhǔn)液對在線硅酸根分析儀進行校驗，經(jīng)過校驗，儀表測量值穩(wěn)定并與實驗室硅表測量值的偏差符合要求，在線硅酸根分析儀恢復(fù)正常。

為避免再次出現(xiàn)這種情況，建議定期檢查儀表管路系統(tǒng)和測量池是否有沉積物，如有沉積物則應(yīng)用除鹽水和濃度為10%的氨水清洗系統(tǒng)的管路和測量池。清洗試劑管路方法：將試劑探頭放進裝有除鹽水的桶中，啟動填充系統(tǒng)，等待蠕動泵停止轉(zhuǎn)動；中斷水樣，等待溢流杯里的水排空；將試劑探頭放進空桶中，關(guān)閉儀表電源。

4.3表頭報警(錯誤代碼E065)

錯誤代碼E065表示試劑偏少，經(jīng)檢查發(fā)現(xiàn)硫酸試劑瓶內(nèi)液位低于溶液容量的17%，需要向試劑瓶內(nèi)添加硫酸。由于硫酸具有強腐蝕性，操作人員需要穿戴防護服、手套和護目鏡。然后向試劑瓶中加入適量濃度為25%的硫酸試劑，添加完畢后將液位探頭放回試劑瓶，重新編制新的容器容量，以便儀表更好地檢測試劑的缺少量。

由于儀表進行實時測量和校準(zhǔn)時將消耗試劑和校準(zhǔn)液。巡檢時應(yīng)定期檢查試劑瓶的液位，如果液位太低或儀器顯示缺少試劑時，應(yīng)及時添加試劑。

5 日常維護可能出現(xiàn)的故障和解決方法

儀器無顯示。打開電源后，儀器無任何反應(yīng)或顯示器有背光但無顯示。檢查電源接線和表頭內(nèi)部的保險絲，檢查各連接線頭是否插接良好。如果是顯示對比度太小，調(diào)節(jié)顯示對比度即可。

測量值不準(zhǔn)確?？赡艿脑蛴卸喾N，標(biāo)準(zhǔn)液污染、試劑過期或變質(zhì)、標(biāo)準(zhǔn)液或試劑配制有誤。解決方法是重新配置標(biāo)準(zhǔn)液或試劑，重新標(biāo)定。還有可能是蠕動泵加藥量不準(zhǔn)，需要檢查蠕動泵，如有必要進行更換即可。

校準(zhǔn)無法進行。可能是校準(zhǔn)溶液濃度配置錯誤，需重新編制校準(zhǔn)溶液的濃度；或是標(biāo)準(zhǔn)溶液濃度錯誤，需重新配置標(biāo)準(zhǔn)溶液，如果試劑過期或被污染，則需重新配制標(biāo)準(zhǔn)溶液，清洗試劑瓶，清洗實際管路。

斷流報警。引起斷流報警的原因可能是水樣斷流或時有時無，解決方法是調(diào)節(jié)進樣閥至產(chǎn)生合適的溢流。

6 結(jié)束語

由于人為操作干預(yù)較多，在線硅酸根分析儀的化學(xué)流路部分出現(xiàn)故障的幾率較電氣部分要高。如果出現(xiàn)問題，可首先從檢查試劑配制方法到流路清洗來判斷并排除故障。在儀表正確安裝和接線后，注重儀表的日常使用與維護，發(fā)生電氣故障的幾率很少。為了實現(xiàn)在線硅酸根分析儀精確的在線監(jiān)測，需要進行定期維護，每周進行一次零校準(zhǔn)，檢查一次試劑瓶的液位；每個月進行一次人工校驗，清洗試劑管路和測量池。每三個月或半年更換一次泵管和試劑過濾器。由于核電廠每天有專人負責(zé)對分析儀表進行巡檢，很大程度上保障了儀表的正常運行與監(jiān)測。

[1] 周娜.硅酸根在線分析儀[J].工業(yè)水處理,2012,32(4):78～80.

[2] 承慰才.電廠化學(xué)儀表[M].北京:中國電力出版社,1998:152～154.

[3] 鄧光南,曾文魁,付少華，等.硅酸根分析儀在火力發(fā)電廠水處理中的應(yīng)用[J].工業(yè)水處理，2002,22(11):41～43.

[4] 于萍.電廠化學(xué)[M].武漢:武漢大學(xué)出版社,2009:238～241.

[5] 劉春蘭.硅酸根測定儀常見故障及處理方法[J].中國儀器儀表,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)