水汽系统化学监督与在线化学仪表的准确性
水汽系统化学监督与在线化学仪表的准确性
曹杰玉 刘 玮 宋敬霞
西安热工研究院有限公司(陕西西安 邮编710032)
[摘 要]本文介绍了化学监督与在线化学仪表测量准确性的关系以及对电厂安全经济运行的重要性，
详细分析了影响电厂常用的电导率表、pH 表、溶解氧表和钠表测量准确性的各种因素。介绍了最新研制的YHJ-Ⅱ型移动式在线化学仪表检验装置的各项功能和应用情况，为提高全国电厂在线化学仪表测量准确性
和化学监督水平提供了有效的技术手段。
[关键词] 电厂 水汽 化学监督 在线 化学仪表 准确性 检验
Abstracts : This paper presents the relationship between chemical supervision and accuracy of online chemicalmonitoring instrumentation, and the importance on safety and economic operation of the plant. It is analyzed that the influencing factors on accuracy of the online conductivitymeter, pH-meter, dissolved oxygen-meter and sodium-meter which are in common use in plant. The functions and applications of type YHJ-IImobile inspection device for on-line chemical analysis instruments are introduced. It is an effective technologicalmeans for improving the accuracy of online chemicalmonitoring instrumentation and chemical supervision.
1 化学监督与在线化学仪表的关系
在线化学仪表测量准确性决定化学监督的可靠性。由于高参数机组对水汽品质的要求不断提高，手工取样测量已经不能取代在线化学仪表在化学监督中的位置。其原因如下：
（1）取样测量不能准确测量纯水条件下汽水的直接电导率、氢电导率、pH 值、钠含量、溶解氧等指标；
（2）取样测量人为影响因素降低测量结果的可靠性；
（3）取样测量是间断性测量，不能随时发现间断出现的水质异常情况。如蒸汽间断性带水、精处理系统间断释放阴离子、水汽系统间断性污染等等。
许多电厂水汽品质合格率很高，但腐蚀结垢和积盐问题却很严重，其根本原因是在线化学仪表测量不准确，未能及时发现问题，导致化学监督与控制出现偏差。
2 化学监督和在线化学仪表准确性的意义
2.1对节能降耗影响显著
大容量机组对水汽品质要求极高，水汽品质的准确监测是保证机组安全经济运行的必要手段。由于多数在线化学仪表的准确性无法检验，导致在线化学仪表普遍测量不准确，使水汽品质恶化问题得不到及时发现，导致发电机组水汽系统发生腐蚀、结垢和积盐，造成巨大的经济损失。
据国外资料介绍，美国发电厂强迫停机中，估计有50%是因蒸汽发电装置部件腐蚀造成的，造成每年增加30亿美元运行和检修成本。由于腐蚀，产品成本增加百分之十以上；在美国所有工业腐蚀产物成本中名列第一。部件可用性损失、性能效率损失和部件使用寿命过早终止等故障，一般是由锅炉炉管和汽轮机叶片损坏、给水加热器污染和汽轮机叶片沉淀
物等原因引起。
例如国内某电厂两台600MW 亚临界机组2004年底相继底投产，汽包汽水分离装置缺陷使饱和蒸汽中大量带水。由于蒸汽在线钠表和氢电导率表测量不可靠，一直未能及时发现该问题，导致汽轮机高压缸严重积盐，汽轮机效率降低。06年初检查汽轮机严重积盐，机组满负荷运行时的蒸汽流量从投产初期的1790t/h（额定蒸发量），增加到1900t/h以上，两台机组每年多烧煤140000t ，按每吨400元计算，每年损失5600万元。
某电厂凝结水在线溶解氧表测量偏低，凝结水溶解氧长期超标问题未及时发现，造成凝汽器和低加铜管腐蚀溶解，导致汽轮机高压缸严重积盐，汽轮机出力和效率显著降低。
目前国内火力发电机组普遍存在不同程度的腐蚀、结垢和积盐问题，虽然多数机组未出现上述例子那样严重的腐蚀积盐问题，但即便是较轻的腐蚀、结垢和积盐问题，每台机组每年也会有数百万元的经济损失。 2.2影响机组运行的安全性
据国外资料介绍，锅炉四管损坏仍然是火力发电厂可用性损失的最主要原因；仅燃料成本一项就使美国发电行业损失数十亿美元。在大型火力发电厂中，仅一次需要三天时间修理的爆管事故，就会使发电厂蒙受一百万美元的损失。水冷壁氢脆、碱腐蚀和腐蚀疲劳损坏，省煤器的点蚀（局部腐蚀）、U 形弯头、管夹、管与管支架处的腐蚀疲劳，过热器和再热器的主要腐蚀损坏（点蚀和应力腐蚀裂纹），其主要原因均是水质控制偏差。
例如国内某电厂300MW 汽包炉，在线pH 表测量值偏高，测量显示pH 值始终大于9.0（合格），运行两年后割管检查发现大量水冷壁管发生酸性腐蚀，造成重大损失。经过调查发现，炉水pH 值经常低于8.3，炉水酚酞碱度为零，证明炉水在线pH 表测量值偏高。
又例如某电厂给水pH 测量值偏高，造成给水pH 实际控制值偏低，导致给水系统发生严重腐蚀，高加疏水铁含量高达70μg/L。高加腐蚀泄露会造成高加退出运行，严重影响机组效率；给水系统腐蚀产生的大量铁会加速水冷壁的沉积和腐蚀，造成爆管事故的发生。
例如许多电厂发生精处理系统泄漏氯离子，由于氢电导率测量偏低，未能发现问题，结果氯离子在炉水中浓缩后造成酸性腐蚀爆管。
由于缺乏检验水汽系统在线化学仪表测量准确性的方法与手段，长期不能发现仪表测量不准确的问题，从而长期不能发现化学监督的问题。
这就像慢性病，一般比较难以察觉，也难以检验确诊；但对人的损害却是长期的、严重的，积累到一定程度，其危害更大。
类似的实例非常多，许多电厂汽水品质监测合格率很高，热力设备水汽系统腐蚀结垢和积盐情况却很严重，主要原因是在线化学监测仪表测量不准确导致化学监督失去作用。由此可见，提高电厂在线化学仪表测量准确性和可靠性，提高化学监督的准确性，及时发现水汽品质控制上的问题并加以解决，对发电厂的安全经济运行具有重要的意义，可以取得节能降耗的显著效果。
化学监督和在线化学仪表准确性的重要意义普遍没有重视的主要原因是： （1）水汽系统异常造成的损失是慢性的、间接的，不容易被察觉；
（2）在线化学仪表测量准确性无法判断，原有的国内各种标准方法无法检验仪表实际测量的工作误差。因此电厂有关人员不能发现普遍存在的仪表测量不准确问题。
然而，这些问题造成的经济损失却是长期的、巨大的，甚至超过锅炉、汽机等问题的影响。
3 在线化学仪表测量不准确的根本原因
水汽系统化学仪表可分为两类：第一类：可以用标准物质检验实际测量准确性的仪表，硅表、磷表、联氨表等。第二类：无法用标准物质检验实际测量条件下测量准确性的仪表，
电导率表、pH 表、钠表，溶解氧表。而这四种在线化学仪表却是最重要的在线监督仪表。
由于国内标准和技术的落后，目前国内的所有标准方法（GB 、JJG 、JB 、DL) 均不能检验第二类仪表实际测量的误差，即工作误差（在正常工作条件内任意一点上测定的误差）。而主要检验二次仪表的性能和基本误差（参比工作条件下的测定误差）。随着电子技术的发展，二次仪表出现问题的情况比较少。多数误差出现在纯水测量系统和传感器上。 3.1影响在线电导率表测量准确性的因素
纯水系统在线电导率表受交换柱（氢电导率测量）、系统漏气、电极污染、温度补偿、地回路、频率等影响产生较大的误差（见图1），国内已有的电导率表检验标准和检验装置不能检验上述误差，只能检验二次仪表的测量误差。因此检验准确的电导率表，在电厂纯水条件下实际测量时，仍然会出现很大的测量误差。 3.2影响在线pH 表测量准确性的因素
纯水系统在线pH 表受静电荷、液接电位、地回路、温度补偿等影响产生较大的误差（见
图1电厂纯水在线电导率表测量常见误差
图2），国内已有的pH 表检验标准和检验装置不能检验上述误差，只能检验二次仪表的测量误差。因此检验准确的pH 表，在电厂纯水条件下实际测量时，仍然会出现很大的测量误差。
图2纯水系统在线pH 表测量常见误差来源图3纯水系统在线钠表测量常见误差来源
3.3影响在线钠表测量准确性的因素
纯水系统在线钠表受静电荷、液接电位、地回路、标定误差、电极选择性等影响产生较大的误差（见图3），国内已有的钠表检验标准和检验装置不能检验上述误差，只能检验二次仪表的测量误差。因此检验准确的在线钠表，在电厂纯水条件下实际测量时，仍然会出现很大的测量误差。
3.4影响在线溶解氧表测量准确性的因素
纯水系统在线溶解氧表受测量管路泄漏、温度补偿、标定误差等影响产生较大的误差（见图4），国内已有的溶解氧表检验标准和检验装置不能检验上述误差，只能检验二次仪表的测量误差和零点误差。因此检验准确的在线溶解氧表，在电厂纯水条件下实际测量时，仍然会出现较大的测量误差。 3.5小结
综上所述，在纯水系统中，电导率表、pH 表、钠表、溶解氧表在线测量时会遇到许多特殊干扰因素而产生误差，如纯水中静电荷、液接电位、电极分布电容、电极选择性、温度补偿等；在线测量时系统泄漏、地回路、树脂再生度、电极污染等。这些影响因素是在线化学仪表工作误差普遍超标的主要原因。
然而，国内已有的检验标准和检验装置不能检验上述误差，只能检验二次仪表的测量误差和标准溶液中的基本误差。
零点误差
图4溶解氧表在线测量常见影响因素
4 提高化学监督和在线化学仪表准确性的途径
综上所述，要提高水汽系统化学监督可靠性的主要途径是提高在线化学仪表的准确性，而提高在线化学仪表的准确性的技术关键，是寻找检验在线化学仪表测量工作误差的方法和手段，并且能够查找造成在线化学仪表工作误差超标的原因。
针对上述技术关键，西安热工研究院研制了YHJ-Ⅱ型移动式在线化学仪表检验装置，该装置不仅能够完成目前国内标准要求的各种二次仪表检验项目和标准溶液中的基本误差检验，还能完成对纯水条件下各种化学仪表在线测量过程中发生的上述各种误差的检验（见表1~表4），并且可以确定误差产生的原因，从而指导仪表维护人员消除误差。
使用YHJ-Ⅱ型移动式在线化学仪表检验装置对七个电厂205台在线电导率表、pH 表、钠表和溶解氧表进行在线检验，得到以下结果：
（1）目前电厂水汽系统在线电导率表、pH 表、钠表和溶解氧表测量的工作误差比较大，所检的上述四种在线化学仪表的工作误差较大的占被检表总数的61.8%；严重影响了化学监督和控制的准确性与可靠性。
（2）使用国内目前的各种标准检验方法离线进行检验，均检验不出上述仪表的工作误差，使用YHJ-Ⅱ型移动式在线化学仪表检验装置可以检验出上述在线仪表的工作误差，并且可以确定误差来源。
（3）相对误差超过5%的在线电导率（氢电导率）表占被检电导率表总数的68%。树脂再生度低、温度补偿附加误差、电极常数误差、测量频率附加误差分别占被检电导率表总数的43%、16.5%、12.8%、9.2%，排在主要误差因素的前四位。
（4）误差大于0.1的在线pH 表占被检表总数的60%。静电荷和液接电位、温度补偿、地回路等三个影响因素是造成在线pH 表工作误差超标的主要原因，分别占被检表总数的44%、27%和17%。其中以地回路影响产生的误差最大，最大工作误差达到1.5。
（5）误差大于10%FS的在线钠表占被检表总数的79%，误差大于50%FS的在线钠表占被检表总数的47%，表明目前在线钠表普遍存在测量误差大的问题。标定误差、地回路、静电荷和液接电位等三个影响因素是造成在线钠表工作误差超标的主要原因，分别占被检表总数的68%、26%和21%。
（6）误差大于10%FS的溶解氧表占被检表总数的56%。标定误差、测量回路泄漏等两个影响因素是造成在线溶解氧表工作误差超标的主要原因，分别占被检表总数的48%和16%。
（7）根据确定的误差原因，采取相应的措施消除误差来源后，绝大多数在线化学仪表测量误差均减小到标准要求值以下。
表1：YHJ-Ⅱ型移动式在线化学仪表检验装置与其他方法检验电导率表的对比
对比项目 二次表检验 整机离线检验 整机在线工作误差检验 氢交换柱性能检验 频率影响检验 在线电极常数检验 非线性温度补偿检验 检验时是否需要拆表
YHJ-Ⅱ型化学仪表检验装置
有 有 有 有 有 有 有 不需要拆表
现有国内标准或固定式检验台
有 有 无 无 无 无 无 需要拆表
便携式标准表
无 无 有 无 无 有 无 不需要拆表
表2：YHJ-Ⅱ型移动式在线化学仪表检验装置与其他方法检验pH 表的对比
对比项目 二次表检验 整机离线检验 整机在线工作误差检
验 地回路误差检验 静电荷误差检验 液接电位误差检验 温度影响检验 检验时是否需要拆表
YHJ-Ⅱ型在线化学仪表检验装置
有 有 有 有 有 有 有 不需要拆表
现有国内标准或固定式检验台
有 有 无 无 无 无 无 需要拆表
便携式标准表
无 无 有 无 无 无 无 不需要拆表
表3：YHJ-Ⅱ型移动式在线化学仪表检验装置与其他方法检验钠表的对比
对比项目 二次表检验 整机离线检验 纯水标准溶液检验 地回路误差检验 静电荷误差检验 液接电位误差检验 在线定位功能 检验时是否需要拆表
YHJ-Ⅱ型在线化学仪表检验装置
有 有 有 有 有 有 有 不需要拆表
固定式检验台
有 有 无 无 无 无 无 需要拆表
取样法 无 有 无 无 无 无 无 不需要拆表
表4：YHJ-Ⅱ型移动式在线化学仪表检验装置与其他方法检验溶解氧表的对比
对比项目 在线法拉第电解 标准氧加入法检验 整机在线检验 测量回路密封性检验 流速影响检验 温度影响检验 在线定位功能
YHJ-Ⅱ型在线化学仪表检验装置
有 有 有 有 有 有 有
固定式检验台
有 无 无 无 无 无 无
便携式标准表
无 无 有 无 无 有 无
5 结论
在线化学仪表测量准确性决定化学监督的可靠性。提高电厂水汽系统化学监督和在线化学仪表测量准确性和可靠性，对发电厂的安全经济运行和节能降耗具有重要的意义。使用国内目前的各种标准检验方法进行离线检验，均检验不出在线电导率表、pH 表、溶解氧表和钠表的工作误差。使用YHJ-Ⅱ型移动式在线化学仪表检验装置可以检验出上述在线仪表的工作误差，并且可以确定误差来源，从而指导仪表维护人员消除误差，使在线化学仪表和化学监督准确可靠。