Научные статьи
Новые подходы в решении задач построения современных систем автоматического и лабораторного контроля качества водных сред.
Киет С.В.
ООО «НПП «ТЕХНОПРИБОР», г. Москва
В настоящее время большое внимание в энергетике уделяется надежности и безопасности основного и вспомогательного оборудования электростанций, бесперебойному снабжению потребителей электроэнергией, что невозможно без комплексного подхода к автоматизации энергетического производства. На все вышеуказанное влияет качество воды и пара (то есть, степень загрязнения теплоносителя), которое необходимо контролировать в режиме реального времени. В настоящее время на большинстве ТЭС и АЭС внедрены и введены в эксплуатацию системы контроля и управления ВХР.
Основой этих систем являются устройства подготовки пробы и приборы химического контроля. Среди российских производителей Московское научно-производственное предприятие «ТЕХНОПРИБОР» с 1990 года разрабатывает и серийно производит наиболее полный спектр переносных и стационарных приборов для контроля параметров водно-химического режима основного оборудования атомных и тепловых электростанций, а также устройств подготовки пробы.
За 30 лет работы НПП «ТЕХНОПРИБОР» заняло лидирующие позиции на рынке производителей и поставщиков оборудования и аналитических приборов контроля водных сред, предлагая своим клиентам наиболее полный комплекс услуг по вводу в эксплуатацию систем контроля и управления ВХР, а именно:
1. Разработка приборов химического контроля на базе собственного научно-технического центра, позволяющего быстро и гибко реагировать на запросы и предложения Заказчиков.
2. Собственное производство, позволяющее минимизировать расходы (грамотная ценовая политика), а также строго контролировать качество продукции, что подтверждено сертификатами стандарта качества ИСО 9001:2011.
3. Проектирование систем химического контроля качества (проектно-сметной документации) водного теплоносителя для атомных и тепловых электростанций.
4. Комплексное сопровождение проектов «под ключ»: монтаж, шеф-монтаж, пуско-наладка, обучение персонала, гарантийное и постгарантийное обслуживание.
5. Собственный метрологический центр, проводящий калибровку и поверку аналитических приборов и весового оборудования российского и зарубежного производства.
6. Учитывая важность грамотной эксплуатации оборудования систем АХК, для обеспечения его надежной работы, на базе предприятия создан учебный центр для подготовки персонала объектов энергетики основам обслуживания аналитических приборов и систем пробоподготовки.
7. Полноценная техническая поддержка, включая возможность технического обслуживания оборудования на объекте Заказчика, расширенная гарантийная поддержка (расширенная гарантия до 5 лет), предоставление оборудования для бесплатного тестирования на объекте Заказчика.
С момента основания в 1990 году в НПП «ТЕХНОПРИБОР» создано и активно развивается научное направление, основными задачами которого являются:
1.
Разработка основной концепции создания системы
контроля качества водных сред с учетом новых технологий и научных разработок:
- новые подходы к созданию датчиков аналитических приборов;
- новые подходы к разработке вторичных преобразователей;
2. Разработка инновационных конструкторских решений по компоновке отдельных узлов приборов на стендах химического контроля.
3. Создание и внедрение новых элементов в систему УПП (устройства подготовки пробы).
4. Разработка промышленного дизайна для выпускаемой продукции.
5. Ужесточение норм ВХР на атомных и тепловых электростанциях приводит к необходимости разработки новых методов измерений качества водного теплоносителя и внедрения систем АХК нового поколения, обеспечивающих точность и надежность в области микроконцентраций.
6. Анализ ведущего мирового опыта производства измерительных систем.
7. Ввод в эксплуатацию современного энергетического оборудования поставил задачу автоматического измерения новых показателей, таких как, например, общий органический углерод.
8. На базе кафедры АСУТП «НИУ МЭИ» разработан стенд химконтроля (см. рис.1), работающий в дистанционном режиме, а также в составе единой информационной системы с выводом информации на автоматизированное рабочее место (АРМ). Стенд можно использовать для:
· обучения студентов и подготовки дипломных проектов;
· обучения персонала Заказчика с устройством и работой приборов, методиками обслуживания и калибровки;
· научной работы аспирантов и докторантов.
В настоящее время происходит переход от разнесенной установки датчиков, вторичных преобразователей и устройств подготовки пробы к объединению их в одном помещении на одном стенде химконтроля. Укомплектованный стенд, включает в себя все необходимые приборы и системы, монтажную арматуру и вспомогательное оборудование, что значительно упрощает монтаж, пуско-наладку и обслуживание системы автоматического химконтроля, а также существенно экономит производственные площади.
Стенды химконтроля проектируются и изготавливаются индивидуально по требованиям Заказчика и в соответствии с нормируемыми показателями ВХР.
Рис 1. Комплектный стенд химического контроля в составе (слева направо):
УПП-20МА с возможностью автоматического поддержания заданной температуры пробы
и дополнительной системой доохлаждения пробы ниже температуры охлаждающей воды;
система «ЛИДЕР» с каналами pH,
натрия и кислорода, система «ЛИДЕР-300» с каналом АПК; система «ЛИДЕР-300» с
кондуктометрическим каналом и каналом концентратомера; система «ЛИДЕР-300» с
каналом ТОС и система «ЛИДЕР-300» с каналом общей жесткости.
На основании многолетнего опыта, Научно-техническим центром НПП «ТЕХНОПРИБОР» сформулированы и реализованы инновационные подходы к созданию аналитических приборов нового поколения. Таким образом, разработаны и запущены в серийное производство интеллектуальные приборы серии ЛИДЕР (см. рис.2):
1. Использование самой современной электронной базы позволило создать многоканальные измерительные комплексы контроля качества водных сред. Универсальная 1/2/3-канальная система, способная одновременно работать с разными типами датчиков (до 10 видов измерений в любом сочетании), делает систему химконтроля более компактной и удобной в обслуживании. Выбор типа измерений осуществляется в меню прибора. Модульная конструкция стационарных приборов серии ЛИДЕР-100/200/300 позволяет значительно снизить трудоемкость технического обслуживания системы и объем ЗИПа при комплексных поставках оборудования.
2. Возможность одновременного подключения всех распространенных типов датчиков в любом сочетании: кондуктометра, иономеров (рН-метра, Na-метра), кислородомера, водородомера, концентратомера, анализатора общего органического углерода ТОС, анализатора жесткости, анализатора рН и содержания аммиака в чистых средах без применения стеклянных электродов,
3. В рамках многоканальной системы разработан концентратомер ЛИДЕР-С нового поколения с бесконтактным индуктивным датчиком. Его уникальной особенностью является минимальный предел чувствительности, который составляет 2 мкСм/см, что позволяет с высокой точностью измерять не только концентрации растворов широкого перечня солей, кислот и щелочей, но и концентрации аминов, аммиака и гидразина.
4. Полностью модернизирован наиболее распространенный на объектах энергетики датчик проводимости серии ДК, что позволило значительно расширить диапазон измерений (10 нСм/см – 800 мкСм/см) и улучшить погрешность (класс точности) кондуктометрического канала ЛИДЕР-К до 1%. Применение титана при изготовлении электродов обеспечивает сходимость с образцовыми средствами измерений с платиновыми электродами. Важной конструктивной особенностью датчиков ДК, применяемых в составе анализаторов серии ЛИДЕР-100/200/300 является постоянство константы датчиков после осуществления их сборки и разборки, в результате чего отсутствует необходимость готовить растворы и проводить калибровку, что значительно сокращает трудоемкость обслуживания и в целом повышает надежность измерений.
5. Для облегчения обслуживания и повышения достоверности измерения показателей рН и рNa, в составе многоканальной системы ЛИДЕР-100/200/300 создана система контроля ресурса измерительных электродов. Погрешность канала измерения рН составляет уникальные 0.02 ед. при условии использования буферных растворов 1 разряда. При использовании более дешевых растворов 2 и 3 разрядом погрешность измерительного канала составляет стандартные 0.05 ед. рН, что позволяет пользователю определять стоимость эксплуатации исходя из своих потребностей. Отсутствие в составе гидравлических блоков электрических и подвижных частей значительно повышает надежность работы.
6. С целью снижения трудоемкости обслуживания, и получения правильной калибровочной кривой и повышения точности измерений измерительных каналов ЛИДЕР-О2 и ЛИДЕР-Н2 в составе системы ЛИДЕР-100/200/300 разработаны универсальные модули поверки и калибровки МПК-01 и МПК-02 со встроенным компрессором. В результате достигнут нижний предел измерений от 0.8 мкг/дм3 при основной погрешности комплекта 3%. Разработана система автоматической диагностики состояния и контроля остаточного ресурса до обслуживания измерительной ячейки.
7. Разработан анализатор общего органического углерода ЛИДЕР-ТОС. Его ключевой особенностью является встроенная система автоматической подачи калибровочных и рабочих растворов, что позволяет использовать его не только в системах автоматического химического контроля с непрерывной подачей пробы, но и в лаборатории с забором измеряемых проб из емкостей. Данная конструктивная особенность и дешевизна запасных частей делает анализатор универсальным и позволяет многократно снизить стоимость внедрения нового типа измерений на объектах энергетики по сравнению с зарубежными аналогами.
8. В рамках измерительной системы ЛИДЕР-300 разработан измерительный канал жесткости ЛИДЕР-dH. Его уникальной особенностью является не имеющий аналогов в нашей стране и за рубежом нижний предел измерений от 0,1 мгк-экв/дм3, что дает возможность использовать его не только в точках контроля параметров сетевой воды, но и в большой энергетике.
9. В составе системы ЛИДЕР-300 разработан уникальный анализатор ЛИДЕР-АПК, позволяющий без применения стеклянных электродов на основе стандартных каналов измерения электропроводимости прямой и Н-катионированной пробы без усложнения конструкции осуществлять вычисление значений рН и аммиака в кислых и щелочных средах, что выводит надежность и достоверность измерений на революционно новый уровень. Данная разработка отмечена многочисленными зарубежными европейскими наградами, а полная сходимость подтверждена опытом промышленной эксплуатации в составе комплексных систем автоматического химического контроля.
Рис 2. Система «ЛИДЕР-300» с каналами ЛИДЕР-рН, ЛИДЕР-Na,ЛИДЕР-О2/Н2 (слева)
и система «ЛИДЕР-300» с каналом общего органического углерода (ЛИДЕР-ТОС) (справа).
Ниже, в таблице 1 представлен перечень современных анализаторов химконтроля НПП «ТЕХНОПРИБОР» серии «ЛИДЕР-100/200/300», в производстве которых нашли свое применение новые разработки научного центра, позволившие значительно повысить уровень приборов.
Табл 1. Перечень измерительных каналов, входящих в систему «ЛИДЕР-100/200/300»
Измерительный канал системы |
Показатель и диапазон его измерения |
Точность |
удельная электропроводность |
УЭП от 10 нСм/см до 100 мСм/см солесодержание от 0,01 мкг/кг до 10 г/кг |
±1,0% ±2,5% |
pH |
от 0 до 14 pH ЭДС/ОВП от -2500 мВ до +2500 мВ |
±0,02/0,05 pH ±1 мВ |
натрий |
от 0,1 мкг/л до 99,9 г/л |
±10,0% |
кислород |
от 0,8 мкг/л до 20,0 мг/л |
±3,0% |
водород |
от 0,8 мкг/л до 2,0 мг/л |
±3,0% |
Анализатор примесей в чистой воде (АПК) |
от 5,5 до 11.5 pH концентрации хлоридов от 0 до 100 мкг/л концентрации натрия от 0 до 100 мкг/л концентрации аммиака от 0 до 1000 мкг/л |
±0,05 pH ±10% ±10% ±5% |
общий органический углерод ТОС |
от 0,05 до 1000 мкг/л |
±10% |
концентратомер |
УЭП25 от 2 мкСм/см до 2000 мСм/см массовой концентрации вещества от 0,01 до 99,9% |
±1,0% ±4,0% |
общая жесткость |
от 5 до 10000 мкг-экв/л |
±5,0% |
При работе систем автоматического химического контроля особенно актуальной является проблема контроля достоверности результатов измерений. В настоящее время сложилась ситуация, когда персонал химцехов и химических лабораторий при проверке автоматических анализаторов использует переносные анализаторы того же или худшего класса точности, что приводит к расхождению показаний и возникновению конфликтных ситуаций с эксплуатационным персоналом цехов АСУ ТП (ТАИ).
Изучив многолетний обширный опыт проведения пуско-наладочных работ, научно-техническим центром НПП «ТЕХНОПРИБОР» была разработана и сертифицирована не имеющая аналогов переносная малогабаритная измерительная система серии ЛИДЕР-600.
В ЛИДЕР-600 реализованы следующие уникальные особенности:
1. Четыре независимых канала с возможностью одновременного измерения рН, рХ (однозарядных и двухзарядных ионов, в том числе ионов Na+), содержание растворенного кислорода или водорода, канал измерения температуры.
2. Разработан уникальный малогабаритный высокоэффективный подщелачиватель, что позволило создать компактный (масса менее 500 гр.) гидравлический блок с возможностью измерения концентрации ионов натрия. Достигнута основная погрешность 7%, что значительно ниже основной погрешности стационарных анализаторов.
3. Конструкция гидравлического блока позволяет осуществлять переключение потока через подщелачиватель или байпасировать его, что дает возможность одновременно измерять на одной пробоотборной линии Na (рХ) и рН.
4. Основная погрешность канала измерения рН ЛИДЕР-600 составляет 0,02 при условии использования буферных растворов 1-го разряда, что впервые дает возможность использовать переносной анализатор в качестве образцового средства измерения для приборов автоматического химического контроля.
5. Использование современной измерительной схемы и оптимизации алгоритма вычислений позволило снизить основную погрешность измерений объемной и массовой долей О2 или Н2 до 2,5% при нижнем пределе от 0,8 мкг/дм3, является лучшим показателем среди отечественных стационарных и переносных приборов.
6. Полноценный режим измерения ОВП с основной погрешностью 6 мВ.
7. Впервые среди отечественных переносных анализаторов разработана и внедрена система контроля и оценки остаточного ресурса стеклянных электродов и сенсоров О2/Н2, что выводит на новый уровень достоверность получаемых измерений и снижает влияние на них человеческого фактора.
8. Модификации гидравлических блоков для различных видов измерений.
9. Возможность работы от аккумуляторов или стандартных батарей.
10. Зарядка и обмен данными с компьютером посредством стандартного кабеля micro USB. Время непрерывной работы на одном заряде до 70 часов.
11. Встроенный архив на 500 измерений с экспортом на ПК.
12. Удобное управление с возможностью блокирования возможности внесения изменений в настройки.
13. Большой контрастный дисплей с регулируемой подсветкой.
14. Алгоритмы измерений унифицированы с ЛИДЕР-100/200/300.
15. Эргономичный компактный корпус.
Рис 3. ЛИДЕР-600 в варианте с проточной комбинированной ячейкой Na-рХ/рН/О2-Н2.
Рис 4. ЛИДЕР-600 в варианте с проточной комбинированной ячейкой рН/О2-Н2.
Рис 5. ЛИДЕР-600 в варианте с проточной комбинированной ячейкой рХ/рН
Рис 6. ЛИДЕР-600 в варианте с проточной ячейкой рН (слева) и проточной ячейкой О2-Н2 (справа).
Табл 2. Метрологические характеристики измерительных каналов, входящих в систему «ЛИДЕР-600»
Наименование характеристик |
Значение |
Диапазон измерений массовой концентрации ионов натрия, г/дм3 |
от 10-8 до 100 |
Пределы допускаемой основной абсолютной погрешности измерений массовой концентрации ионов натрия, мкг/дм3 |
±(0,03+0,07∙С)* |
Диапазон измерений pH |
от 0 до 14 |
Пределы допускаемой абсолютной погрешности измерений pH |
±0,05 |
Пределы допускаемой абсолютной погрешности измерений pH при температуре анализируемой среды от 15 до 25 °С и градуировке по буферным растворам pH 1-го разряда |
±0,02 |
Диапазон измерений pX |
от 1 до 7 |
Пределы допускаемой абсолютной погрешности измерений pX |
|
– однозарядные ионы (Na+, K+, NH4+, Ag+, F-, Cl-, Br-, I-, NO2-, NO3-) |
±0,03 |
– двухзарядные ионы (Ba2+, Ca2+, Cu2+, S2-) |
±0,05 |
Диапазон измерений ОВП, мВ |
от -2490 до +2490 |
Пределы допускаемой абсолютной погрешности измерений ОВП, мВ |
±6 |
Диапазон измерений массовой концентрации растворенного в воде кислорода, мкг/дм3 |
от 0 до 20∙103 |
Диапазон измерений массовой концентрации растворенного в воде водорода, мкг/дм3 |
от 0 до 2∙103 |
Пределы допускаемой основной абсолютной погрешности измерений массовой концентрации растворенного в воде кислорода (водорода), мкг/дм3 |
±(0,8+0,025∙С)** |
Диапазон измерений объемной доли кислорода (в воде), % |
от 0 до 40 |
Диапазон измерений объемной доли водорода (в воде), % |
от 0 до 100 |
Пределы допускаемой основной абсолютной погрешности измерений массовой доли кислорода/водорода, % |
±(0,05+0,025∙С)*** |
* С – измеренная массовая концентрация ионов натрия, мкг/дм3 ** С – измеренная массовая концентрация растворенного кислорода (водорода), мкг/дм3 *** С – измеренная объемная доля кислорода (водорода), % **** результат измерений, в зависимости от выбранной размерности, выводится на дисплей анализатора в единицах pX, массовой или молярной концентрации, связанных между собой следующими формулами: С = 10-pX, где С – молярная концентрация, моль/дм3; С = M×10-pX, где С – массовая концентрация, г/дм3; М – молярная масса иона, г/моль. |
The Measurement of pH in Superpure Condensate and Feedwater of Power Units
A. B. Larin, B. M. Larin, A. Ya. Sorokina, and S. V. Kiet
Abstract—The change-over to the European standards for the quality of water coolant in power units of ther- mal and nuclear power stations makes the requirements for the feedwater quality stricter and brings about problems in the measurement of pH. The conventional calibration of a рН-meter against buffer solutions does not yield the measurement accuracy during measurements in infinitely diluted water solutions with elec- trical conductivity below 0.3 mS/cm. Reliability and validity of pH measurements can be improved by using the readings of automatic conductivity meters and calibration of analyzer in a superpure medium. The first method is implemented in foreign-made instruments, such as FAM Deltacon pH and AMI Deltacon Power. The second method has not yet been developed and is waiting for its implementation in practice. The inves- tigation of the possibility for implementation of these methods using domestic equipment was carried out in the laboratory at the ion-exchange membrane test facility with metering ammonia or carbonic acid solution into deeply demineralized water and was verified under actual operating conditions at the Petrozavodsk Cogeneration Power Station (TETs) and the Kostroma District Power Station (GRES). This investigation resulted in the design of a prototype of a Lider-APK industrial analyzer intended for measurement of рН and concentration of impurities (such as ammonia, sodium, or chlorides) in condensate type waters in the range of рН = 6.0–10.0, and the development of a calibration procedure of industrial bench test рН-meters using ammonia or carbonic acid solutions. The Lider-APK analyzer outperforms its import equivalents and can be used in the automatic chemical monitoring at thermal power stations (TPS). A procedure for calibration of рН-meters in ultradiluted solutions has been first developed and should be verified at industrial facilities. The results of investigation suggest that both methods can improve the reliability of pH measurements in a super- pure water coolant using automatic analyzers.
Keywords: electrical conductivity, рН, ammonia concentration, power unit feedwater, calibration of automatic analyzers
DOI: 10.1134/S0040601518110058
Stricter standards for the quality of feedwater and steam in power boilers at TPSs, including heat-recovery steam generators of combined-cycle units, and steam generators at nuclear power stations (NPS) [1–3] improve the reliability of water chemistries of power units. However, this poses new problems where the problems have not yet arisen. Thus, the specific electrical conductivity of a cooled H-cation treated sample of the power unit feedwater is usually less than 0.3 μS/cm. Under these conditions, the measurements of pH in cooled samples of feedwater or steam become unreliable. The measured pH values can differ considerable from the actual ones. The conventional calibration of рН-meters against the standard buffer solutions becomes false since the concentrations of the workingmedium and the calibration solutions are different.
These problems were first encountered at supercritical power units with once-through boilers [4, 5]. A solution was sought for by redesigning the sensor of a pH-meter [4], which yielded positive results. However, in superpure water coolant of modern power units, these measures are not adequate.
There are two ways for improving the reliability and validity of pH measurements in feedwater and steam condensate of power units. First, a change-over can be performed for indirect measurement of pH based on measurement of the specific electrical conductivity of a cooled direct sample, χ, and an H-cation treated sample, χН, of water. Second, normal pH-meters can be calibrated online in metering chemicals that do not considerably change the sample properties and yield reliable pH values. Calculation of рН based on measured χ and χН is implemented in FAM Deltacon pH and AMI Deltacon Power analyzers manufactured by SWAN Analytical Instruments and in a domestic APK-051 analyzer manufactured by NPP Tekhnopribor [6, 7]
THE MEASUREMENT OF pH IN SUPERPURE CONDENSATE
Table 1. Water pH with ammonia metering calculated based on the measured specific electrical conductivity
Experiment no. | Specific electrical conductivity,mS/cm | pH | ||
X25 | XH 25 | correlanion (1) | correlanion(3) | |
1 | 8,04 | 0,19 | 9,47 | 9,47 |
2 | 2,04 | 0,258 | 8,87 | 8,85 |
3 | 0,28 | 0,08 | 8,01 | 7,97 |
Table 2. Water pH at 25°С without metering of an alkalizing agent
Experiment no. | Measured values | Calculated pH25 | ||
X25,mS/cm | XH 25, mS/cm | pH25 | ||
1 | 0,280 | 0,270 | 7,80 | 7,87 |
2 | 0,270 | 0,152 | 7,90 | 7,93 |
3 | 0,152 | 0,189 | 6,52 | 6,56 |
The experience with using the above-listed instruments suggests that the results of pH measurement ar reliable and stable when metering ammonia into analkaline medium with рН > 8.0; however, the performance of the sensor becomes poorer in the vicinity of neutral pH. Considering this fact, a procedure and a method were developed offering the reliable determinationof рН in a 6.0–10.0 range based on the electrical conductivity measured in the presence of an alkalizing agent and without it [8]. The method is based onsolving a system of equations of ionic equilibrium for a condensate or feedwater sample flow passing through electrical conductivity meters upstream and downstream of an H-cation treatment column. At рН ≥ 9.0 with ammonia metering, the following simple expression can be used [9]:
which is derived without considering the content of carbonic acid and salt impurities in the feedwater, the concentration of which can be determined in terms of NaCl, mg/dm3,
by the following correlation:
When metering ammonia into the feedwater, the value of pH in the entire practical range can be calcu- lated by the correlation accounting for the salt component:
where c25 and cH 25 are the specific electrical conductivity, mS/cm, of the cooled sample f low upstream and downstream of the H-cation treatment column, respectively, reduced to 25°С.
The above-mentioned facts are illustrated by data obtained at a laboratory test bench and presented in Table 1.
The value of рН measured with a laboratory рН- meter with a f low-through cell in calibrating in the demineralized water f low was 9.47 in test no. 1 and 7.99 in test no. 3.
Without any alkalizing agent, the calculation of pH based on the measured c and cН becomes more diffi- cult since free and combined carbonic acid should be considered in addition to the salt component. An example of calculation of pH from the measured electrical conductivity of the sample flow is presented in Table 2.
The outlined method was implemented by the authors in the design of a Lider-APK automatic analyzer of condensate/feedwater impurities and verified under the actual operating
conditions at the Petrozavodsk TETs and the Kostroma GRES.
As compared with the above-presented analytical expressions, the algorithm used in a Lider-APK analyzer is complicated by introduction of a condition for checking the measured electrical
conductivity for validity and recalculation of the concentration of ammonia and ions of mineral impurities into concentrations of sodium and chlorides. The analyzer calibrates
the pH sensor against standard solutions directly in the flow of a condensate or feedwater sample in the рН = 6.0–10.0 range.
See Table 3 for the results of tests of a prototype of the Lider-APK automatic analyzer at the Petrozavodsk TETs and the Kostroma GRES.
An analysis of the commercial test results hasrevealed that the values of pH measured with a Lider-APK analyzer industrial differ from the values measured with stationary
pH-meters by 0.05–0.10, which can be considered quite feasible. Correlations (1)–(3) give reliable results at рН > 8.0. However, for superpure feedwater with low ammonia
metering (at the Kostroma GRES), simplified expression (3) overestimates values of pH.
Table 3. Data measured by an automatic chemical monitoring system at TPS and a pilot Lider-APK analyzer
Plant | Coolant flow | TPS monitoring system | Lider-APK analyzer | ||||||||
specific electrical conductivity, mS/cm | pH | CNH3, mg/dm3 | specific electriral conductivity, mS/cm | pH | concentration, mg/dm3 | ||||||
X | XH | X | XH | CNH3 | CNa | CCl | |||||
Petrozavodsk TETs | Feedwater | 4,07 | 0,205 | 9,11 | 501 | 4,09 | 0,222 | 9,17 | 492 | 8,4 | 12 |
4,10 | 0,144 | 9,15 | 495 | 4,13 | 0,238 | 9,17 | 499 | 9,0 | 13 | ||
3,81 | 0,150 | 9,11 | 451 | 3,82 | 0,256 | 9,14 | 445 | 9,7 | 14 | ||
Demineralized makeup water | 0,559 | - | 8,28 | - | 0,557 | 0,134 | 8,31 | - | 57 | 8 | |
Kostroma GRES | Feedwater | 0,692 | 0,106 | 8,0 | 81 | 0,689 | 0,183 | 7,98 | 50 | 6,8 | 10 |
0,702 | 0,105 | 7,98 | 83 | 0,696 | 0,163 | 8,00 | 51 | 6,0 | 9 | ||
0,698 | 0,102 | 7,97 | 83 | 0,692 | 0,161 | 8,00 | 50 | 5,6 | 8 | ||
Demineralized makeup water | 0,220 | - | 6,51 | - | 0,218 | 0,388 | 6,55 | - | 32 | 33 |
The calculated ammonia concentrations obtained using a Lider-APK analyzer agree within +5% with the values measured by the chemical process monitoring
system (CPMS) at the Petrozavodsk TETs. However, at the Kostroma GRES, the measured values differ considerably from the predicted ones.
This is likely to be caused by the fact that CPMS at the Kostroma GRES does not account for the content of mineral impurities in water.
Quite high sodium concentration is explained by the fact that this characteristic includes the concentrations of cations in the feedwater.
The second way for the improvement of pH measurement in superpure media calls for the development of a procedure for on-line calibration of pH-meters
with metering of chemicals that do not have a considerable effect on the properties of the measured fluid.
These procedures are known [9, 11], but they are poorlysuitable for use in thermal engineering equipment.
The investigation was carried out at a laboratory ofthe Department of Chemistry and Chemical Processes in the Power Industry of IGEU aimed at finding
the composition and concentration of buffer solution for calibration of pH-meters operating with flowing samples of a superpure water coolant.
For this purpose, the membrane ion exchange test bench was used. It can produce demineralized water with a specific electrical conductivity of χ = 0.08 – 0.10 μS/cm.
For the calibration of a рН-meter in the range of рН =6.0 to 10.0 at χ = 0.1 – 10.0 μS/cm, solutions of ammonia, ammonia mixed with ammonia chloride,
sodium bicarbonate, and a mixture of sodium bicarbonate with carbonic acid were investigated.
The calibration solution was metered into the flow of a demineralized water sample in a ratio of 1 : 30 and it arrived at the sensor of the pH-meter (Fig. 1).
Certain experiments were carried out under the stationary conditions with solutions exposed to air using laboratory conductivity meters and pH-meters.
The results of these experiments carried out with metering ammonia into deeply demineralized water are shown in Figs. 2 and 3.
It is evident from Fig. 2 that metering of ammonia at a concentration of 10–4–10–5 mol/dm3 (1700– 170 μg/dm3) into pure water, i.e., at рС = –log =4–5, рН of the solution
changes considerably with a small change in χ.
This conclusion is illustrated in Fig. 3 demonstrating that ammonia solutions cannot calibrate pH-meters (including ammonia buffer solutions)
in infinitely diluted water media with an electrical conductivity below 10 μS/cm on exposure to air.
The bench tests (see Fig. 1) without exposure of the demineralized water sample to air and with metering small amounts of ammonia
demonstrated the following. Minimum amounts of mineral impurities and carbonic acid in the sample yielding χН < 0.5 μS/cm
(see Table 3) decrease their effect on рН with increasing ammonia metering (accordingly with increasing χ of the sample) and have hardly
any effect on the pH measurements at χ > 4 μS/cm and рН > 9.15 (Fig. 4).
The performed check has revealed that pH can be calculated quite reliably in this case by equation (1), and the ammonia concentration, in μg/dm3, by the correlation.
Therefore, this investigation suggests that bench test, automatic pH-meters can be calibrated by meter- ing ammonia in the f low of a cooled sample of condensate
or feedwater with the measurement of pH in the 9.15–9.35 range based on the specific electrical conductivity in the range of X = 4–6 mS/cm.
Verification of calculation expressions (1) and (4) is based on the analysis of ionic equilibriums in a sam- ple with ammonia metering under the assumption
that the sample does not contain salt and carbonic acid impurities. In accordance with the chemical reactions
Table 4. Calculated activity coefficients and рН values at 25°С on dilution of the carbonic acid buffer solution
Solution concentration, mol/dm3 | f1 | pH |
0,01 | 0,867 | 6,36 |
0,001 | 0,953 | 6,40 |
0,0001 | 0,984 | 6,42 |
To calibrate a рН-meter at the lower measurement range limit of рН = 6.0, a carbonic acid buffer solution containing NaHCO3, H2CO3, and NaCl in a
ratio of 1 : 1 : 1 can be used. This solution is prepared from fixanals of NaHCO3 and HCl, i.e., the standard solutions with precisely known concentrations, taken
in a proportion of 2 : 1. To eliminate the release of СО2, the initial solution is prepared by mixing equal volumes of 0.04 mol/cm3 NaHCO3 solution and
0.02 mol/dm3 HCl solution. The prepared solution has equal concentrations of carbonic acid, sodium bicarbonate, and sodium chloride =
mol/dm3 with the calculated values of рН25 = 6.35 and the specific electrical conductivity of χ25 = 1950 μS/cm.
The working solution is prepared by 50-time dilution of the initial solution just before calibration of a pH-meter and is metered into
the flow of a feedwater (or condensate) sample cooled to 25 ± 2°С so as to maintain the sample electric
conductivity in the 1–2 μS/cm range, which complies with the requirements for the control of water coolant quality at TPSs.
The theoretical corroboration of the above-specified pH of the carbonic acid buffer solution results from the mass action law applied to the carbonic acid
dissociation
where is the carbonic acid dissociation constant for the first stage, which is 4.5 × 10–7 at 25°С.
In highly diluted solutions with the activity coefficient fI > 0.95 and equal concentrations (11)
The values of pH of the initial and the working carbonic
acid solution measured with the pH-meter are somewhat higher than the theoretical values and
increase with solution dilution. This effect can be explained by an increase in the activity factor that is
not considered in expression (11) and the presence of some sodium bicarbonate Na2CO3 in the fixanal.
Then assuming that the coefficient correcting the reagent composition is 1.2, we obtain pH of the buffer
solution calculated by equation (10) and given in Table 4.
If a feedwater sample contains alkaline agents, such as ammonia, the calibration is performed against an
H-cation treated sample. A device that implements the above described method of pH-meter calibration
is covered by a patent for the utility model [12].
CONCLUSIONS
(1) Calibration of a pH-meter in the working
medium has not been performed yet, which, in certain cases, renders more difficult the instrument control of
pH in condensate-type waters at modern power units as required by the applicable standards.
(2) Indirect measurement (calculation) of рН from the measured specific electrical conductivity has been
implemented in industrial analyzers offered on the Russian market, and, together with pH, the concentration
of ammonia, sodium, or chlorides can also be determined (using a Lider-APK analyzer).
ACKNOWLEDGMENTS
This work was supported by the Russian Foundation
for Basic Research (grant no. 18-08-00511).
РЕШЕНИЕ ЗАДАЧ КОНТРОЛЯ КАЧЕСТВА ВОДНОГО ТЕПЛОНОСИТЕЛЯ НА СОВРЕМЕННЫХ АЭС С ПОМОЩЬЮ ПРИБОРОВ АВТОМАТИЧЕСКОГО КОНТРОЛЯ
Киет В.Г., Киет С.В.
В настоящее время большое внимание в атомной энергетике уделяется надежности и безопасности оборудования электростанций, бесперебойному снабжению потребителей электроэнергией, что невозможно без комплексного подхода к созданию информационных систем автоматического химического контроля.
Основой этих систем являются устройства подготовки пробы и приборы химического контроля. Среди российских производителей Московское научно-производственное предприятие «Техноприбор» с 1990 года разрабатывает и серийно производит наиболее полный спектр переносных, лабораторных и стационарных приборов для контроля параметров водно-химического режима основного оборудования атомных электростанций, а также устройств подготовки пробы.
НПП «Техноприбор» заняло лидирующие позиции на рынке производителей и поставщиков оборудования и аналитических приборов контроля водных среди предлагает своим клиентам в настоящее время наиболее полный комплекс услуг по вводу в эксплуатацию систем контроля и управления ВХР, а именно:
1. Разработка приборов химического контроля на базе собственного научно-технического центра, позволяющего быстро и гибко реагировать на запросы и предложения Заказчиков.
2. Собственное производство, позволяющее минимизировать расходы (грамотная ценовая политика), а также строго контролировать качество продукции, что подтверждено сертификатами стандарта качества ИСО 9001:2011.
3. Проектирование систем химического контроля качества (проектно-сметной документации) водного теплоносителя для атомных и тепловых электростанций.
4. Комплексное сопровождение проектов «под ключ»: монтаж, шеф-монтаж, пуско-наладка, обучение персонала, гарантийное и сервисное обслуживание.
5. Собственный метрологический центр, проводящий калибровку и поверку аналитических приборов и весового оборудования российского и зарубежного производства.
6. Полноценная техническая поддержка, включая возможность технического обслуживания оборудования на объекте Заказчика, расширенная гарантийная поддержка (до 3-х лет гарантии), предоставление оборудования для бесплатного тестирования на объекте Заказчика.
С момента основания в 1990 году в НПП «ТЕХНОПРИБОР» создано и активно развивается научное направление, основными задачами которого являются:
1. Разработка основной концепции создания системы контроля качества водных сред с учетом новых технологий и научных разработок:
- новые подходы к созданию датчиков аналитических приборов;
- новые подходы к разработке вторичных преобразователей;
2. Разработка инновационных конструкторских решений по компоновке отдельных узлов приборов на стендах химического контроля.
3. Создание и внедрение новых элементов в систему УПП (устройства подготовки пробы).
4. Разработка промышленного дизайна для выпускаемой продукции.
5. Ужесточение норм ВХР на атомных и тепловых электростанциях приводит к необходимости разработки новых методов измерений качества водного
теплоносителя и внедрения систем АХК нового поколения, обеспечивающих точность и надежность в области микроконцентраций.
6. Анализ мирового опыта производства измерительных датчиков.
7. Ввод в эксплуатацию современного энергетического оборудования поставил задачу автоматического измерения новых показателей, таких как, например, общий органический углерод (ООУ).
Для повышения эффективности эксплуатации оборудования систем автоматического химического контроля на энергетических объектах, на базе предприятия создан и успешно функционирует учебный центр для подготовки персонала основам обслуживания аналитических приборов и систем пробоподготовки. Последний курс обучения прошел в апреле 2017г. Такое общение с представителями промышленного производства оказалось полезным всем. По работу по усовершенствованию отдельных узлов производимой продукции.
Стенды химконтроля в настоящее время проектируются и изготавливаются индивидуально по требованиям Заказчика в соответствии с нормируемыми показателями ВХР. При проектировании современной тенденцией является переход от разнесенной установки датчиков, вторичных преобразователей и устройств подготовки пробы к объединению их в одном помещении на одном стенде химконтроля. Укомплектованный стенд, включает в себя все необходимые приборы и системы, монтажную арматуру и вспомогательное оборудование, что значительно упрощает монтаж, пуско-наладку и обслуживание системы автоматического химконтроля, а также существенно экономит производственные площади. Образец стенда представлен на рис.1
Рис 1. Стенд СКУ ВХР в составе (слева направо): УПП с системой стабилизации температуры пробы; комплексная измерительная система «ЛИДЕР» с каналами pH, натрия, кислорода, кондуктометра, концентратомера, ООУ (общего органического углерода), жесткомера, АПК (анализатора примесей в сверхчистых средах).
На основании рекомендаций специалистов атомной отрасли научно-техническим центром НПП «ТЕХНОПРИБОР» было разработано новое поколение устройств подготовки пробы, отвечающее самым современным требованиям и учитывающее специфику применения на АЭС.
Рис 2. УПП с охлаждением пробы в базовой комплектации (слева) и УПП с дополнительным модулем охлаждения и системой автоматической стабилизации температуры и расхода пробы (справа).
Основными особенностями УПП нового поколения являются:
1. Модульная конструкция системы, позволяющая адаптировать её под практически любое техническое требование Заказчика.
2. Система автоматической стабилизации температуры и расходы пробы, включающая контроль параметров пробы и охлаждающей среды с помощью цифровых датчиков давления, расхода и температуры.
3. Вторичный преобразователь с цветным сенсорным дисплеем с интуитивно понятной структурой меню и поддержкой аналоговых токовых и цифровых выходов RS-485/Modbus и Ethernet/Modbus.
4. С целью защиты измерительных элементов от загрязнения и предотвращения выдачи в СКУ ВХР недостоверной информации от приборов АКХ в пусковые периоды, в УПП предусмотрена возможность автоматического отключения подачи пробы на приборы по достижении ее предельной степени загрязнения.
5. В системе защиты от перегрева применен энергонезависимый высоконадежный отсечной клапан пробы с возможностью ее дистанционного перекрывания.
6. Применен модуль дополнительного охлаждения пробы на основе элементов Пельтье.
В настоящее время разработана и запущена в серийное производство комплексная измерительная система автоматического химического контроля ЛИДЕР, позволяющая одновременно работать с разными типами датчиков (рис.3):
1. Возможность одновременного подключения всех распространенных типов датчиков в любом сочетании: кондуктометра, иономеров (рН-метра, Na-метра), кислородомера, водородомера, концентратомера, общего органического углерода, что позволяет создавать компактные и удобные в обслуживании системы автоматического химического контроля.
2. В рамках многоканальной системы разработан концентратомер нового поколения с бесконтактным индуктивным датчиком. Его уникальной особенностью является минимальный предел чувствительности, который составляет 2 мкСм/см, что позволяет с высокой точностью измерять не только концентрации растворов широкого перечня солей, кислот и щелочей, но и концентрации аминов, аммиака и гидразина.
3. Полностью модернизирован наиболее распространенный на объектах энергетики датчик проводимости серии ДК, что позволило значительно расширить диапазон измерений (10 нСм/см – 800 мкСм/см) и улучшить погрешность (класс точности) кондуктометрического канала ЛИДЕР-К до 1%.
4. Разработан кондуктометрический гидравлический блок нового поколения, который позволяет производить процедуру очистки датчика с последующей его сборкой без необходимости проведения повторной калибровки.
5. Для облегчения обслуживания и повышения достоверности измерения показателей рН и рNa, в составе многоканальной системы ЛИДЕР создана система автодиагностики состояния измерительных электродов.
6. Разработан выносной модуль для проведения метрологически достоверной процедуры калибровки и поверки газоанализаторов системы Лидер, отличающийся простотой эксплуатации и учитывающий условия применения на объектах энергетики
Рис 3. Система «ЛИДЕР» с тремя каналами pH, Na и каналом O2 (слева) и система «ЛИДЕР» с каналом общего органического углерода (ЛИДЕР-ТОС) (справа).
Ниже, в таблице представлен перечень измерительных каналов комплексной системы автоматического химического контроля «ЛИДЕР» с диапазонами измерения и метрологическими характеристиками.
Перечень измерительных каналов, входящих в систему ЛИДЕР
Название измерительного канала |
Измеряемый параметр |
Показатель и диапазон его измерения |
Точность |
Лидер-К |
удельная электропроводность |
УЭП от 25 нСм/см до 250 мСм/см |
±1,0% |
|
солесодержание |
от 0,01 мкг/кг до 16 г/кг |
±2,0% |
Лидер-рН |
pH |
от 0 до 14
|
±0,05 pH |
|
ЭДС/ОВП |
от -1000 мВ до +1000 мВ |
±1/ ±3 мВ |
Лидер-Na |
концентрация ионов натрия |
от 0 до 100 г/л |
±4,0% |
Лидер-O2 |
концентрация растворенного кислорода |
от 0 до 20 мг/л |
±0,8 мкг/л в диапазоне от 0,0 до 26,6 мкг/л; ±3,0 % в диапазоне от 26,6 мкг/л до 20,0 мг/л |
Лидер-H2 |
концентрация растворенного водорода |
от 0 до 2 мг/л |
±0,8 мкг/л в диапазоне от 0,0 до 26,6 мкг/л; ±3,0 % в диапазоне от 26,6 мкг/л до 2,0 мг/л |
Лидер-АПК |
концентрация примесей в сверхчистой воде |
от 5,0 до 11 pH |
±0,05 pH |
|
концентрации аммиака |
от 0 до 1000 мкг/л |
± 10 мкг/л в диапазоне от 0 до 200 мкг/л; ± 5,0 % в диапазоне от 200 мкг/л до 2 мг/л |
Лидер-ТОС |
общий органический углерод |
от 0 до 1 мг/л |
± 10 мкг/л в диапазоне от 0 до 100 мкг/л ± 10 % в диапазоне от 100 мкг/л до 1 мг/л |
Лидер-С |
удельная электропроводность |
от 0 до 2 См/см |
±2,0 мкСм/см в диапазоне от 0,0 до 200,0 мкСм/см; ±2,0 % в диапазоне от 200 мкСм/см до 2 См/см |
|
массовая концентрация вещества |
от 0 до 30 % |
±0,01 % в диапазоне от 0,00 до 0,20 %; ±5,0 % в диапазоне от 0,2 до 30,0 % |
Лидер-dH |
общая жесткость воды |
от 0 до 10 мг-экв/л |
± 0,1 мкг-экв/л в диапазоне от 0,0 до 1,0 мкг-экв/л; ± 4 % в диапазоне от 1 мкг-экв/л до 10 мг-экв/л |
Оборудование, производимое НПП «Техноприбор», успешно эксплуатируется на большинстве объектов энергетике Российской Федерации, а также в странах ближнего и дальнего зарубежья - Узбекистане, Хорватии, Болгарии, Индии, Иране, Китае, Кубе и др.
НОВЫЕ ПОДХОДЫ В РЕШЕНИИ ЗАДАЧ ПОДГОТОВКИ ПРОБЫ И ОПЕРАТИВНОГО КОНТРОЛЯ КАЧЕСТВА ВОДНОГО ТЕПЛОНОСИТЕЛЯ НА ТЭС И АЭС
Киет С.В., Киет В.Г.
Приоритетной задачей современной энергетики является экономически эффективная, надежная и безопасная работа основного оборудования тепловых и атомных электростанций. Существенную роль в решении этой задачи играет качественный состав теплоносителя и методы его контроля. В настоящее время на большинстве ТЭС и АЭС внедрены и введены в эксплуатацию системы контроля и управления ВХР (СКУ ВХР).
Основой этих систем являются устройства подготовки пробы и приборы химического контроля. Среди российских производителей Московское научно-производственное предприятие «ТЕХНОПРИБОР» с 1990 года разрабатывает и серийно производит наиболее полный спектр переносных и стационарных приборов для контроля параметров водно-химического режима основного оборудования атомных и тепловых электростанций, а также устройств подготовки пробы. Высокую надежность производимого оборудования подтверждает многолетний опыт его успешной эксплуатации на объектах Российской Федерации, в странах СНГ, а также в странах дальнего зарубежья - Хорватии, Болгарии, Индии, Иране, Китае, Пакистане, Кубе и др.
С момента основания в 1990 году в НПП «ТЕХНОПРИБОР» создано и активно развивается научное направление, основными задачами которого являются:
1. Разработка основной концепции создания системы контроля качества водных сред с учетом новых технологий и научных разработок:
- новые подходы к созданию датчиков аналитических приборов;
- новые подходы к разработке вторичных преобразователей;
2. Разработка инновационных конструкторских решений по компоновке отдельных узлов приборов на стендах химического контроля.
3. Создание и внедрение новых элементов в систему УПП (устройства подготовки пробы).
4. Разработка промышленного дизайна для выпускаемой продукции.
5. Ужесточение норм ВХР на атомных и тепловых электростанциях приводит к необходимости разработки новых методов измерений качества водного теплоносителя и внедрения систем АХК нового поколения, обеспечивающих точность и надежность в области микроконцентраций.
6. Анализ мирового опыта производства измерительных датчиков.
7. Ввод в эксплуатацию современного энергетического оборудования поставил задачу автоматического измерения новых показателей, таких как, например, общий органический углерод (ООУ).
8. На базе кафедры АСУТП «НИУ МЭИ» разрабатывается стенд «СКУ ВХР» (см. рис.1), работающий в дистанционном режиме, а также в составе единой информационной системы с выводом информации на автоматизированное рабочее место (АРМ). Стенд можно использовать для:
· обучения студентов и подготовки дипломных проектов;
· обучения персонала Заказчика с устройством и работой приборов, методиками обслуживания и калибровки;
· научной работы аспирантов и докторантов.
В настоящее время происходит переход от разнесенной установки датчиков, вторичных преобразователей и устройств подготовки пробы к объединению их в одном помещении на одном стенде химконтроля. Укомплектованный стенд, включает в себя все необходимые приборы и системы, монтажную арматуру и вспомогательное оборудование, что значительно упрощает монтаж, пуско-наладку и обслуживание системы автоматического химконтроля, а также существенно экономит производственные площади.
Стенды химконтроля проектируются и изготавливаются индивидуально по требованиям Заказчика и в соответствии с нормируемыми показателями ВХР.
Рис 1. Стенд СКУ ВХР в составе (слева направо): УПП с охлаждением и системой стабилизации температуры пробы; система «ЛИДЕР» с каналами pH, натрия и кислорода, система «ЛИДЕР» с каналом АПК; система «ЛИДЕР» с кондуктометрическим каналом и каналом концентратомера; система «ЛИДЕР» с каналом ООУ и система «ЛИДЕР» с каналом общей жесткости.
На основании рекомендаций специалистов ВНИИАЭС и НИАЭП, а также специалистов предприятий тепловой и атомной энергетики, научно-техническим центром НПП «ТЕХНОПРИБОР» было разработано новое поколение устройств подготовки пробы, отвечающее самым современным требованиям.
Рис 2. УПП с охлаждением пробы в базовой комплектации (слева) и УПП с LCD – панелью индикации и управления, регулятором расхода пробы, стабилизатором давления и сервоприводами (справа).
Рис 3. УПП с панелью индикации и управления, регулятором расхода пробы, стабилизатором давления и сервоприводами.
Основными особенностями УПП нового поколения являются:
1. Модульная конструкция системы, позволяющая адаптировать её под практически любое техническое требование Заказчика.
2. Стабилизация температуры пробы с точностью до +/- 2 С от заданного пользователем значения достигается при помощи автоматического регулирования расхода охлаждающей воды сервоприводом (поз. 4 на рис. 3).
3. Полный контроль параметров пробы с помощью датчиков давления, расхода и температуры (поз. 14,15 и 16 на рис. 3).
4. Вторичный преобразователь с цветным сенсорным дисплеем с интуитивно понятной структурой меню и поддержкой аналоговых токовых и цифровых выходов RS-485/Modbus и Ethernet/Modbus (поз. 1 на рис. 3).
5. Очень часто при использовании проточных приборов АХК возникают проблемы с качеством пробы, поступающей на первичные датчики. Механические фильтры УПП не всегда справляются с очисткой водного теплоносителя.
С целью защиты измерительных элементов от загрязнения и предотвращения выдачи в СКУ ВХР недостоверной информации от приборов АКХ, в УПП предусмотрена возможность автоматического отключения подачи пробы на приборы по достижении ее предельной степени загрязнения.
6. В конструкции УПП предусмотрено использование быстроразъемных соединений, что значительно упрощает монтаж и обслуживание.
7. В системе защиты от перегрева применен энергонезависимый высоконадежный отсечной клапан пробы с возможностью ее дистанционного перекрывания.
На основании многолетнего опыта, Научно-техническим центром сформулированы и реализованы инновационные подходы к созданию аналитических приборов нового поколения. Таким образом, разработаны и запущены в серийное производство интеллектуальные приборы серии ЛИДЕР (см. рис.4):
1. Использование самой современной электронной базы позволило создать многоканальные измерительные комплексы контроля качества водных сред. Универсальная многоканальная система, способная одновременно работать с разными типами датчиков (от 1 до 3-х), делает систему химконтроля более компактной и удобной в обслуживании.
2. Возможность одновременного подключения всех распространенных типов датчиков в любом сочетании: кондуктометра, мономеров (рН-метра, Na-метра), кислородомера, водородомера, концентратомера, общего органического углерода.
3. В рамках многоканальной системы разработан концентратомер нового поколения с бесконтактным индуктивным датчиком. Его уникальной особенностью является минимальный предел чувствительности, который составляет 2 мкСм/см, что позволяет с высокой точностью измерять не только концентрации растворов широкого перечня солей, кислот и щелочей, но и концентрации аминов, аммиака и гидразина.
4. Полностью модернизирован наиболее распространенный на объектах энергетики датчик проводимости серии ДК, что позволило значительно расширить диапазон измерений (25 нСм/см – 25 мСм/см) и улучшить погрешность (класс точности) кондуктометрического канала ЛИДЕР-К до 1%.
5. Для облегчения обслуживания и повышения достоверности измерения показателей рН и рNa, в составе многоканальной системы ЛИДЕР создана система автодиагностики состояния измерительных электродов.
Рис 4. Система «ЛИДЕР» с двумя кондуктометрическими каналами (ЛИДЕР-K) и каналом pH (ЛИДЕР- pH) (слева), система «ЛИДЕР» с каналом общего органического углерода (ЛИДЕР-ТОС) (в середине) и система «ЛИДЕР» с фотоколориметрическим каналом для измерения общей жесткости воды (ЛИДЕР- dH) (справа).
Ниже, в таблице представлен перечень современных анализаторов химконтроля НПП «Техноприбор» серии «ЛИДЕР», в производстве которых нашли свое применение новые разработки научного центра, позволившие значительно повысить уровень приборов.
Табл. Перечень измерительных каналов, входящих в систему «ЛИДЕР»
Измерительный канал |
Измеряемый параметр |
Диапазон измерения |
Погрешность |
Лидер - К |
Удельная электропроводность (УЭП) Солесодержание |
от 25 нСм/см до 25 мСм/см от 0 до 16 г/кг |
±1,0% ±2,0% |
Лидер - pH |
Активность ионов водорода (pH) ЭДС/ОВП (окислительно -восстановительные потенциалы) |
от 0 до 14 pH от -1000 мВ до +1000 мВ |
±0,05 pH ±1/ ±3 мВ |
Лидер - Na |
Концентрация ионов натрия |
от 0 до 100 г/л |
±4,0% |
Лидер - О2 |
Концентрация кислорода |
от 0 до 20 мг/л |
±3,0% |
Лидер - H2 |
Концентрация водорода |
от 0 до 2 мг/л |
±3,0% |
Лидер -АПК |
Активность ионов водорода (pH) Концентрация аммиака |
от 5 до 11 pH от 0 до 2 мг/л |
±0,05 pH ±5% |
Лидер - ТОС |
Концентрация общего органического углерода |
от 0 до 1 мг/л |
±10% |
Лидер - С |
Массовая концентрация вещества Удельная электропроводность (УЭП) |
от 0 до 30% от 0 до 2 См/см |
±5,0% ±2,0% |
Лидер - dH |
Общая жесткость воды |
от 0 до 10000 мкг-экв/л |
±4,0% |
За 27 лет работы НПП «Техноприбор» заняло лидирующие позиции на рынке производителей и поставщиков оборудования и аналитических приборов контроля водных сред, предлагая своим клиентам наиболее полный комплекс услуг по вводу в эксплуатацию систем контроля и управления ВХР, а именно:
1. Разработка приборов химического контроля на базе собственного научно-технического центра, позволяющего быстро и гибко реагировать на запросы и предложения Заказчиков.
2. Собственное производство, позволяющее минимизировать расходы (грамотная ценовая политика), а также строго контролировать качество продукции, что подтверждено сертификатами стандарта качества ИСО 9001:2011,есть аккредитация на право поверки СИ.
3. Проектирование систем химического контроля качества (проектно-сметной документации) водного теплоносителя для атомных и тепловых электростанций.
4. Комплексное сопровождение проектов «под ключ»: монтаж, шеф-монтаж, пуско-наладка, обучение персонала, гарантийное и сервисное обслуживание.
5. Собственный метрологический центр, проводящий калибровку и поверку аналитических приборов и весового оборудования российского и зарубежного производства.
6. Учитывая важность грамотной эксплуатации оборудования систем АХК, для обеспечения его надежной работы, на базе предприятия создан учебный центр для подготовки персонала объектов энергетики основам обслуживания аналитических приборов и систем пробоподготовки.
7. Полноценная техническая поддержка, включая возможность технического обслуживания оборудования на объекте Заказчика, расширенная гарантийная поддержка (до 5 лет гарантии), предоставление оборудования для бесплатного тестирования на объекте Заказчика.
Все оборудование внесено в Государственный Реестр средств измерений, разрешенных к использованию на территории РФ и имеет Сертификат Вибросейсмостандарта.
Также получены Разрешение Ростехнадзора на применение комплектных стендов химконтроля на объектах Котлонадзора .
Чтобы быть востребованном на рынке приборов, необходим анализ и определение основных направлений дальнейшей деятельности. Основная задача НПП «Техноприбор» – быть на один шаг впереди, смотреть вперед, прогнозировать ситуацию и возможности промышленности, мирового опыта, для внедрения в производство как отдельных приборов химического контроля, так и систем СКУ ВХР.
Терминология
Кондуктометр – это прибор, с помощью которого производятся измерения удельной проводимости и/или удельного сопротивления.
Кондуктометр лабораторный, как следует из названия, ориентирован на применение в стационарных условиях.
Для работы в полевых условиях используют специально созданный для таких целей прибор – портативный кондуктометр.
Промышленный кондуктометр – прибор, с помощью которого производятся измерения и контроль удельной электропроводности жидких сред.
Структурная схема кондуктометра, как правило, бывает однотрансформаторной, двухтрансформаторной или многообмоточной.
Концентратомер – это прибор, функционально ориентированный на определение концентрации различных нефтепродуктов в воде, отложениях на дне водоемов или в почве.
Анализатор примесей может использоваться для измерений в воде, нефти и нефтепродуктах, конденсате и других газообразных и жидких средах.
Сигнализатор истощения – это стационарный прибор, который используется для контроля за состоянием Н-катионитовых фильтров, широко применяемых в установках водоподготовки на электростанциях, предприятиях химической промышленности и в сетях теплоснабжения.
Это стационарный аппарат, позволяющий контролировать уровень шлама в отстойниках различных систем водоочистки на химических, энергетических и коммунальных предприятиях.
Кислородомер – стационарный, как правило, прибор, предназначенный для измерения в водном теплоносителе растворенного кислорода.
Измеритель кислорода (или, как его еще называют, оксиметр, анализатор кислорода) определяет концентрацию растворенного кислорода.Портативный кислородомер предназначается для измерений массовых концентраций растворенного в воде и/или водных растворах кислорода (в мг/л или же ppm), а также температуры воды по шкале Цельсия или по шкале Фаренгейта.
Кислородомер промышленный является прибором, предназначенным для измерений массовых концентраций кислорода.
Водородомер представляет из себя прибор, предназначенный для измерения концентраций молекулярного водорода.
РН-милливольтметр (который также называют иногда рН-метр-милливольтметром) предназначается для осуществления измерений рН.
С помощью водородомера можно измерять и низкие, и высокие концентрации содержания водорода в разнообразных газовых и прочих средах.
Измеритель жесткости может быть задействован в различных производственных операциях.
Измеритель жесткости воды может быть применен для контроля за уровнем минералов и солей, непосредственных измерений жесткости воды.
Современный счетчик частиц – это прибор, предназначением которого является подсчет частиц в контролируемых средах.
Автоматический счетчик частиц в жидкости применяется в строгом соответствии рекомендациям изготовителя.
Электронный анализатор натрия имеет эргономичный современный корпус, в котором удобно расположены органы управления и герметичные вводы.
Фотоколориметр – это название оптического прибора, предназначенного для измерений концентраций вещества в различных исследуемых растворах.
Принцип работы фотоколориметра
Основной принцип работы фотоколориметра заключается в сравнении между собой двух световых потоков.Принцип действия фотоколориметра
Применяемый во время исследований принцип действия фотоколориметр основан на том, что более окрашенный раствор способен поглотить существенного большее количество проходящего через него света.
Устройство фотоколориметра предполагает производство измерений оптической плотности в стандартном и исследуемом окрашенных растворах.
Автоматический фотоколориметр предназначается для исследований оптической плотности и коэффициентов пропускания различных растворов и определения их точных цифровых значений.
Устройство подготовки проб предназначается для применения практически на любых атомных и тепловых электростанциях.
Современный гранулометрический анализатор представляет собой портативную систему, предназначенную для анализа степени загрязненности.
Измеритель концентрации раствора
Чаще всего измеритель концентрации раствора предстает перед нами в виде фотоколориметра.
Современный прибор контроля ВХР является частью целого семейства устройств, предназначенных для анализа различных сред.
В настоящее время солемер может выпускаться в двух основных модификациях – это стационарные приборы и портативные.
Современное лабораторное оборудование представлено на рынке в самом широком спектре.
Анализатор растворенного кислорода
Специальный прибор – анализатор растворенного кислорода (часто его также еще называют и оксиметром) – предназначается для исследования концентрации кислорода в измеряемой среде.
Анализатор растворенного водорода
Современный анализатор растворенного водорода содержит в базовом комплекте поставки, как правило, ряд неотъемлемых составляющих.
Н-катионитовые (ионно-обменные) колонки
Н-катионитовые (ионно-обменные) колонки применяются в качестве вспомогательного оборудования при определении величины удельной электропроводности пропускаемой через устройство пробы воды.
Приборы контроля параметров ВХР
Используемые приборы контроля параметров ВХР отличается, как правило, высокой надежностью и достаточной приспособленностью к работе в сложных промышленных условиях.
В современных условиях контроль сверхчистых сред осуществляется с помощью промышленных микропроцессорных анализаторов мутности, дополнительно оснащенных устройствами самодиагностики.
Стационарный pNa-мер имеет, как правило, щитовое исполнение. Прибор разрабатывался для непрерывных измерений активности содержащихся в исследуемых средах ионов натрия (рNa) и температур соответствующих водных сред.
Как именно определять биохимическое потребление кислорода (БПК) всегда было темой достаточно обсуждаемой.
Измерение концентрации растворенного кислорода
Все существующие методы, применяемые в химическом анализе, основаны на меняющихся при изменении концентрации кислорода свойствах воды или же на свойствах самого растворенного кислорода.
Мониторинг состояния водных объектов
Мониторинг состояния водных объектов на государственном уровне ведется в соответствии с принятым в 2007 году правительством РФ Положением.
Контроль водно-химических режимов
Контроль водно-химических режимов внутри котлов и их коррекция могут быть определены после проведения теплотехнических испытаний.
Измерение электропроводности водных растворов
Электропроводностью называют способность водных растворов пропускать электрический ток.
Измерение солесодержания водных растворов
Измерение солесодержания водных растворов производится с помощью солемеров или кондуктометров.
Водоочистка представляет собой комплекс определенных технологических процессов, позволяющих добиться соответствия поступающей из различных источников в водопровод воды установленным показателям.
Контроль дистилированной воды по ГОСТу предполагает определять количество в ней способных восстановить марганцовокислый калий органических веществ.
Ионоселективные электроды – это электрохимические, по сути, электроды, равновесный потенциал которых в растворе электролита при содержании определенных ионов находится в избирательной и обратимой зависимости от концентрации этих самых ионов.
Измерение активности ионов водорода
Измерение активности ионов водорода в части кислотности может производиться с применением достаточно простых индикаторов, в роли которых выступают химические вещества.
Качеству исходного сырья и соответствующих современным технологическим процессам продуктов в настоящее время отводится все большее значение.
Натриймер – это прибор, предназначенный для непрерывного автоматизированного измерения концентраций в водных растворах или в обессоленной воде ионов натрия.