摘 要：以型號(hào)為FLXA-21的在線pH分析儀為主要研究對(duì)象，介紹了在線pH分析儀的測(cè)量原理，并依據(jù)我廠的使用經(jīng)驗(yàn)，分析了pH在線分析儀表測(cè)量現(xiàn)狀并提出了針對(duì)措施。

關(guān)鍵詞：在線pH分析儀;測(cè)量原理;現(xiàn)狀分析

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2019.24.037

1 重要意義

連續(xù)準(zhǔn)確的測(cè)量、控制發(fā)電廠水汽系統(tǒng)pH值，是控制水汽系統(tǒng)金屬腐蝕的主要手段之一。但是對(duì)于給水、凝結(jié)水和蒸汽等純度較高的水樣，準(zhǔn)確測(cè)量其pH值存在許多特殊的干擾問題，導(dǎo)致許多電廠的實(shí)際測(cè)量值誤差較大，造成水汽系統(tǒng)的腐蝕。

火力發(fā)電機(jī)組水汽系統(tǒng)的水質(zhì)純度很高，一般不允許添加緩蝕劑，主要靠加氨調(diào)節(jié)水的pH值，輔助加少量的除氧劑（如聯(lián)胺）或加氧處理，以達(dá)到防止水汽系統(tǒng)金屬腐蝕的目的。為了防止水汽系統(tǒng)鋼和銅的腐蝕，一般要求將水的pH值控制在嚴(yán)格的范圍內(nèi)，而嚴(yán)格控制pH值的前提是準(zhǔn)確測(cè)量水樣的pH值。

2 電位分析法pH測(cè)量原理

pH測(cè)量中電位分析法是利用電極電位和溶液活度和濃度之間的關(guān)系來測(cè)定被測(cè)物質(zhì)活度或濃度的一種電化學(xué)分析方法。它是以測(cè)量電池的電動(dòng)勢(shì)為基礎(chǔ)的。電位分析法是研究和討論電極電位與被測(cè)物質(zhì)活度或濃度之間變化關(guān)系的一種定量方法。它通過測(cè)量電池的電動(dòng)勢(shì)來確定指示電極的電位，然后根據(jù)能特斯方程由所測(cè)的電極電位轉(zhuǎn)換成被測(cè)離子活度。

在線PH分析儀為高智能化在線連續(xù)監(jiān)測(cè)儀，由檢測(cè)電極和變送器兩部分組成（見圖1）。檢測(cè)熱電廠爐水爐給水需配KCI填充型電極，以滿足純水工況需要。檢測(cè)電極部分輸出的都是標(biāo)準(zhǔn)的毫伏電壓信號(hào)和溫度信號(hào)，變送器接收的也是標(biāo)準(zhǔn)的毫伏電壓信號(hào)和溫度信號(hào)，因此目前市面不同品牌的檢測(cè)電極和變送器信號(hào)都可以互換通用。

KCI填充型pH電極測(cè)量原理。 KC1填充型pH電極由玻璃電極和參考電極組成，玻璃電極內(nèi)有混合磷酸鹽緩沖溶液，外側(cè)是一種特殊的玻璃膜，可以與溶液中的氫離子進(jìn)行離子交換反應(yīng)。參比電極內(nèi)填充KC1飽和溶液，參比電極根部有一針形小孔，用來連續(xù)添加飽和KC1溶液。當(dāng)電極放置測(cè)定液中，玻璃電極上的膜與溶液中的氫離子進(jìn)行離子交換反應(yīng)，而參比電極中正負(fù)離子均勻分布，從而在玻璃電極和參比電極間產(chǎn)生直流微電勢(shì)，一般輸出直流毫伏信號(hào)。

3 橫河在線pH分析儀簡(jiǎn)介

電廠的爐水和爐給水屬于超純水，電導(dǎo)率非常低，考慮到測(cè)量的實(shí)際工況目前我廠采用的是日本橫河儀表公司的FLXA21型二次表，橫河的KC1填充型pH電極。

橫河FLXA21為兩線制變送器，是橫河最新推出的一款變送器，以替代舊SC202等老型號(hào)變送器。FLXA21采用插卡式模塊化設(shè)計(jì)可測(cè)量-2～16pH值，-1500～1500mV的ORP值，0～100rH值，-30

～140℃（Pt1000）的可測(cè)溫度;雙傳感器測(cè)量數(shù)據(jù)計(jì)算，雙傳感器的冗余測(cè)量系統(tǒng);觸摸屏設(shè)計(jì)，方便操作;并且能夠在線檢查顯示傳感器狀態(tài);支持HART通信;有多種標(biāo)定方式，方便與測(cè)量電極進(jìn)行匹配。

橫河的KC1填充型pH電極配上純水和超純水電極，可適用于電導(dǎo)率小于3μs/cm的水質(zhì)（如爐水，爐給水、飽和蒸汽、凝結(jié)水等）的pH值測(cè)量。

4 測(cè)量現(xiàn)狀分析及針對(duì)措施

純水和超純水溶液的pH測(cè)量是一個(gè)比較復(fù)雜的問題，多年的現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用情況證明：影響在線pH分析儀測(cè)量準(zhǔn)確性的因素為靜電荷、液接電位、溫度，以及玻璃電極質(zhì)量、電極響應(yīng)時(shí)間、電極表面被污染的情況、電極使用時(shí)間、接地情況、外界干擾等多種因素。在實(shí)際應(yīng)用中想得到理想的測(cè)量結(jié)果需特別注意以下幾個(gè)方面并采用針對(duì)性措施。

（1）對(duì)pH流通池的要求。pH流通池不能使用不同金屬，以防止這些金屬間發(fā)生電偶腐蝕，電偶腐蝕會(huì)在水樣中產(chǎn)生電位梯度，造成明顯的pH測(cè)量誤差。pH流通池、連接管宜采用不銹鋼（首選316不銹鋼，也可采用電解拋光的304不銹鋼），并且整個(gè)系統(tǒng)應(yīng)接地良好，消除靜電影響。同時(shí)要求整個(gè)測(cè)量系統(tǒng)有良好的密封性和屏蔽性，以減少電磁干擾并防止空氣漏入水中，造成測(cè)量誤差。

（2）對(duì)pH測(cè)量電極的要求。選擇適合于低電導(dǎo)率水中長(zhǎng)期使用的pH玻璃電極，防止在低電導(dǎo)率的水中發(fā)生玻璃膜降解，并且玻璃電極和參比電極應(yīng)該定期更換。超純水測(cè)量不能使用復(fù)合電極，復(fù)合電極不具備在超純水測(cè)量的條件。

（3）對(duì)變送器的要求。變送器需有溫度補(bǔ)償電路，以消除溫度變化帶來的誤差。并且有單獨(dú)的溶液地連接端，以消除地回路的影響。提供多種校驗(yàn)功能，可以對(duì)電極進(jìn)行校驗(yàn)匹配。

（4）KC1飽和溶液對(duì)測(cè)量的影響。由于環(huán)境溫度的變化，配置好的KC1飽和溶液在低溫時(shí)產(chǎn)生KC1晶體，這樣就會(huì)堵塞KC1飽和溶液通道;在參考電極根部由于介質(zhì)溫度的變化，KC1晶體也會(huì)堵塞根部通道，需要定期清洗才能正常測(cè)量。

（5）污染的影響。進(jìn)行pH測(cè)量的時(shí)候，高純度、低電導(dǎo)率水樣特別容易受到污染，這些污染來自大氣（尤其是二氧化碳），取樣管路沉淀物、高電導(dǎo)率的標(biāo)準(zhǔn)緩沖液，不正確的取樣系統(tǒng)以及參比電極滲出的內(nèi)充KCL電解液。

（6）流速和壓力的影響。應(yīng)控制流經(jīng)流通池的水樣流速在一定范圍內(nèi)，低電導(dǎo)率水pH測(cè)量的電位輸出會(huì)隨水樣流速的變化而發(fā)生變化，因此在低電導(dǎo)率水中在線測(cè)量pH值時(shí)，應(yīng)保證水樣流速恒定。

5 結(jié)束語

在我廠對(duì)汽水在線分析裝置進(jìn)行改造后，經(jīng)過一段時(shí)間的使用證明，橫河FLXA21型在線pH分析儀運(yùn)行相對(duì)平穩(wěn)，人工取樣頻次也由原來的兩小時(shí)一次改為現(xiàn)在的四小時(shí)分析一次，減輕了運(yùn)行人員的工作，保證了水質(zhì)的合格率，對(duì)我廠的安全經(jīng)濟(jì)運(yùn)行和節(jié)能降耗具有重要的意義。

參考文獻(xiàn)：

[1]西安熱工研究院有限公司.電廠化學(xué)儀表培訓(xùn)教材[M].北京：中國(guó)電力出版社，2017：28-49.

作者簡(jiǎn)介：屈剛（1985-），男，山東淄博人，本科，中級(jí)工程師，研究方向：自動(dòng)化控制。