锅炉水硬度自动检测装置设计

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1、检测与仪表化工自动化及仪表，2010，37(11)：38～40ContmlandInstrumentsinChemicalIndustry锅炉水硬度自动检测装置设计王文理，李盼盼，王虹(河北大学电子信息工程学院，河北保定071002)摘要：提出利用离子选择性电极自动测量软化水硬度的方法，主要是对锅炉软化水中钙离子浓度的测量。简单介绍了电极的反应原理、数据处理方法的原理和选取，以及自动测量装置的基本构成和设计。关键词：钙离子选择性电极；锅炉；软化水；自动测量中图分类号：rI乾74文献标识码：A文章编号：1000_3932(2010)ll枷38一031引言软化水作为锅炉用水

2、所需水源，其中各种离子及其变化对锅炉的安全运行具有重要的影响，很长一段时间锅炉水水质的分析检测不被重视，水源中的杂质进入锅炉，造成日常监测和年检不合格，甚至会造成一些严重的锅炉事件，从而缩短锅炉的使用寿命，为使锅炉能够安全、有效地运行，除了要配置适当的必要设施，如安全阀、水位计、压力表及其它控制仪表外，也不应忽视辅助设施——水质的检测。在锅炉软化水水质分析中，钙含量是一个重要的控制指标，目前测定钙含量的主要方法有：离子色谱法、原子吸收分光光度法、EDTA络合滴定法、离子选择电极法等。前两种方法特别适用于低浓度钙含量的测定，但测试仪器价格昂贵、操作复杂并不利于进行普及使用

3、；EDTA络合滴定法操作简便，虽然也可以精确地测量出溶液浓度，但所用的指示剂在钙含量较低时变色不明显，影响滴定终点的判定而且需要人工操作；采用钙离子选择电极进行测定，利用先进的离子选择性电极法，代替传统的络合滴定化学方法，使对锅炉软化水硬度的测量由定时的人工到现场取样后进行化学分析，转变为软化水硬度在线自动测量，这样大大节省了时间及人力资源。2离子选择性电极检测离子浓度2．1离子选择性电极测量离子浓度原理离子选择性电极又称膜电极，电极的种类繁多，其中钙电极为流动载体膜电极。电极中的离子载体(有机离子交换剂)被限制在有机相内，但可在相内自由移动，与试样中待测离子发生交换产

4、生膜电位，内外被测离子活度的不同而产生电位差。当测定时，参比电极的电极电位保持不变，电池电动势随指示电极的电极电位而变，而指示电极的电极电位随溶液中待测离子活度而变。电极的电位随离子活度的变化称为斯特响应，这种响应服从能斯特方程。根据能斯特方程⋯，溶液的电位与浓度关系为：E：‰±鼍攀鹃(1)即：E=昂±slg‘(2)式中：玩——测量电池等电势点的电位值，不受温度影响；

5、s——斜率项，是温度的函数。根据上式，在一定条件下测定了电极电位，即可确定离子的活度(或浓度)。2．2数据处理方法选取离子选择电极测试数据处理有不少需进行较繁琐的数据运算，如线性回归标线法、二次标准加入法

6、、Gran法等峙1，本装置实现测试数据的自动采集与处理，既要考虑计算方法的简便精确又要考虑到仪器装置的实现的可行性。在已知斜率S情况下计算大多很简单，根据斜率及电位值作几步简单的代数运算即可求出试液离子的浓度。但斜率s受温度等因素影响较大，因此我们采用二次标准加入法口’41在斜率S未知的情况下计算试液离子浓度。采用二次标准加入法对未知样品进行测量时，电极的两次测量都浸在同一种溶液中，从而能使由温度差异、离子强度差异、滞后作用或液界电动势的变化所引起的误差最小化。与直接电位测定法相比，即使测量离子强度比较低的样品时都能够得到更加精确的结果。这种方法的缺点是由于标准溶液的加

7、入，试液的体积增大，离子强度及活度系数变化，影响分析的准确度。而且对操作非常严格，要求精确地量取并把标准液与样品充分混合起来，同时其计算方法也要比直接电位法复杂。收稿日期：20lO旬8JD4(修改稿)第1l期王文理等．锅炉水硬度自动枪测装置设计·39·在配制标准溶液时，加入含有与试液相同浓度的总离子强度调节缓冲溶液，这样在测试过程中，不论加入多大体积的标准溶液，试液的离子强度均保持恒定。2．3二次标准加入法计算公式设未知液待测离子的浓度为c，，体积为屹，测得电动势为E，再加入小体积■待测离子的标准溶液(浓度已知为c。)，C。约为100c，，后测试液电动势E：，再次加入小

8、体积E待测离子的标准溶液，测试液电动势E，，令△E=E。一层：、△易=巨一E，。得测量公式如下：1411竺±丝兰1丝l一。Lc；屹+2C。t1川△如一lg陲竺些竺1P7。Lc，吃+C。tJ为简化实验装置可以对加入的溶液进行精确测量，因此我们可以在测定时使K=100nlL、E=1mL、代入式(3)得：l。『!竺!11△E1looC。+2C。J⋯矿砺”’通过公式(4)”o即可求出所测溶液的浓度c。。3系统设计如图l所示，根据离子选择性电极法设计的锅炉软化水硬度的监测仪器主要包括一。：锅炉软化水采样装置、标准溶液及清洗溶液注入装置、离子选择电极