蒸汽动力设备水汽样品有机物含量检测方法及系统与流程

本发明属于水质检测技术领域，涉及一种蒸汽动力设备水汽样品有机物含量检测方法及系统。

背景技术：

蒸汽动力设备水汽系统中的有机污染物会在锅炉高温高压条件下发生分解，分解产生的二氧化碳、低分子有机酸和腐蚀性阴离子导致蒸汽氢电导率升高，若长期缺乏监测手段，分解产生的腐蚀性阴离子会引起热力设备发生腐蚀，严重时甚至导致锅炉爆管和汽轮机叶片断裂的恶性事故，严重威胁机组安全生产。

传统的用于监测水中有机物的主要指标为toc(总有机碳)，该指标仅能反映有机污染物中的碳含量，无法反映电力行业更加关心的有机污染物分解产生的氯、硫等腐蚀性杂原子的含量，因此gb/t12145-2016及dl/t1358-2014等相关标准规定监测水汽系统的toci(总有机碳离子)，该指标反映了有机物分解后产生的二氧化碳和腐蚀性杂原子总量，相对于toc指标更加符合电力系统水汽品质监督的要求。但toci指标无法区分有机物分解产生的碳含量和杂原子含量。

此外，发电厂和蒸汽动力设备水汽系统还要在线监测电导率、氢电导率、ph、氨含量等关键指标，每个水样需要多台设备进行水质监测，仪表维护工作繁杂，取样管路繁多，不利于节能降耗和经济化运行。

技术实现要素：

针对现有水汽中有机物检测存在的技术问题，本发明提供一种蒸汽动力设备水汽样品有机物含量检测方法及系统，采用整套系统不仅能检测出水样各类碳指标(包括：无机碳ic、总碳tc、总有机碳toc、总有机碳离子toci、有机物分解产生的无机离子总量tocd)的含量，而且能检测出水样的电导率、氢电导率、脱气氢电导率、ph、氨含量等关键指标；此外系统能自动连续制备纯水，无需系统外提供，环保节能，安全系数高；长周期连续运行，系统维护简单方便。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案是：

一种蒸汽动力设备水汽样品有机物含量检测系统包括第一电导检测器、第二电导检测器、第三电导检测器、第四电导检测器、第五电导检测器、电自动再生阳离子交换系统、电自动再生阴离子交换系统、第一氧化单元、第二氧化单元、第一二氧化碳收集系统和第二二氧化碳收集系统；

所述第一电导检测器经电自动再生阳离子交换系统后分别与第二电导检测器、电自动再生阴离子交换系统、第一二氧化碳收集系统和第二氧化单元相连通；所述第二电导检测器依次与第一氧化单元与第三电导检测器相连通；所述电自动再生阴离子交换系统分别与第一二氧化碳收集系统和第二二氧化碳收集系统相连通；所述第一二氧化碳收集系统与第四电导检测器相连通；所述第二二氧化碳收集系统分别与第五电导检测器和第二氧化单元相连通。

进一步的，所述第一二氧化碳收集系统和第二二氧化碳收集系统结构相同，均包括壳体以及之一壳体内的透气膜，所述透气膜将壳体分为气相收集侧和水侧，所述电自动再生阴离子交换系统分别与第一二氧化碳收集系统的气相收集侧和第二二氧化碳收集系统的气相收集侧相连；所述第五电导检测器与第二二氧化碳收集系统的气相收集侧相连；所述第四电导检测器与第一二氧化碳收集系统的气相收集侧相连；所述电自动再生阳离子交换系统与第一二氧化碳收集系统的水侧相连通；所述第二氧化单元与第二二氧化碳收集系统的水侧相连通。

进一步的，所述第一氧化单元和第二氧化单元均为水流内置光学氧化单元。

一种蒸汽动力设备水汽样品有机物含量检测系统的检测方法，包括以下步骤：

1)水样经第一电导检测器后得到水样电导率值、水样ph以及氨含量；并经电自动再生阳离子交换系统除去水样中得阳离子后分为a流路和b流路；

2)a流路继续分为a1流路和a2流路；a1流路依次通过第二电导检测器、第一氧化单元和第三电导检测器后排出系统，得到水样氢电导率以及水样的toci含量；a2流路通过电自动再生阴离子交换系统除去水样中得阴离子得到纯水，并分为a21流路和a22流路；

3)b流路水样调节ph至2左右后分为b1流路和b2流路，b1流路流经第一二氧化碳收集系统的水侧排出系统；b2流路依次经第二氧化单元和第二二氧化碳收集系统的水侧排出系统；a21流路依次经过第一二氧化碳收集系统的收集侧和第四电导检测器得到水样的ic含量，同时得到水样的脱气氢电导率；a22流路依次经过第二二氧化碳收集系统的收集侧和第五电导检测器，得到水样的tc含量；

4)根据上述toci含量、ic含量和tc含量，得到水样中的toc含量和tocd含量。

进一步的，所述步骤4)中，toc＝tc-ic；tocd＝toci-toc。

进一步的，所述步骤1)中，a流路和b流路的流量比为3：2。

进一步的，所述步骤2)中，a1流路和a2流路的流量比为1：2；a21流路和a22流路的流量比为1：1。

进一步的，所述步骤3)中，b流路水样调节是通过添加磷酸完成的。

进一步的，所述步骤3)中，b1流路和b2流路的流量比为1：1。

进一步的，所述步骤3)中，水样的脱气氢电导率为第二电导检测器所测电导率和第四电导检测器所测电导率的差值。

本发明的有益效果是：

1、本发明提供的水汽样品有机物含量检测系统和方法，能检测出蒸汽动力设备水汽样品中的各类碳含量指标，包括ic(无机碳)指标含量、tc(总碳)指标含量、toc(总有机碳)指标含量、toci(总有机碳离子)指标含量、tocd(有机物分解产生的无机离子总量)指标含量，以及水样的电导率、氢电导率、脱气氢电导率、ph、氨含量等关键指标含量，检测系统集约化和智能化程度高，环保节能，操作方便，成本低。

2、本发明提供的水汽样品有机物含量检测系统和方法，采用电自动再生阳离子交换系统和电自动再生阴离子交换系统去除水样中的阴离子和阳离子可制得系统自用纯水，无需系统外提供去离子水，并无需更换和再生树脂，系统可连续自动运行，同时无需更换或再生阴、阳树脂，可长周期连续运行。

3、本发明提供的水汽样品有机物含量检测系统和方法，可测得水样有机物分解离子总量tocd(水样有机物分解产生的无机离子总量)和toci(总有机碳离子)，有效防止有机物分解产生的腐蚀性阴离子对电力系统和蒸汽动力设备的热力设备的危害。

4、本发明采用的氧化单元为水流内置光学氧化单元，有机物含量在3000μg/l以内时，氧化效率高达99％，无需添加氧化剂或采用高温氧化，测量过程环保节能，安全系数高。

附图说明

图1为本发明提供的水汽样品有机物含量系统示意图；

其中：

1-第一电导检测器；2-第二电导检测器；3-第三电导检测器；4-第四电导检测器；5-第五电导检测器；6-电自动再生阳离子交换系统；7-电自动再生阴离子交换系统；8-第一氧化单元；9-第二氧化单元；10-第一二氧化碳收集系统；11-第二二氧化碳收集系统。

具体实施方式

现结合附图以及实施例对本发明做详细的说明。

实施例

参见图1，本实施例提供的蒸汽动力设备水汽样品有机物含量检测系统包括第一电导检测器1、第二电导检测器2、第三电导检测器3、第四电导检测器4、第五电导检测器5、电自动再生阳离子交换系统6、电自动再生阴离子交换系统7、第一氧化单元8、第二氧化单元9、第一二氧化碳收集系统10和第二二氧化碳收集系统11；

第一电导检测器1经电自动再生阳离子交换系统6后分别与第二电导检测器2、电自动再生阴离子交换系统7、第一二氧化碳收集系统10和第二氧化单元9相连通；第二电导检测器2依次与第一氧化单元8与第三电导检测器3相连通；电自动再生阴离子交换系统7分别与第一二氧化碳收集系统10和第二二氧化碳收集系统11相连通；第一二氧化碳收集系统10与第四电导检测器4相连通；第二二氧化碳收集系统11分别与第五电导检测器5和第二氧化单元9相连通。

本实施例中，第一二氧化碳收集系统10和第二二氧化碳收集系统11结构相同，均包括壳体以及之一壳体内的透气膜，透气膜将壳体分为气相收集侧和水侧，电自动再生阴离子交换系统7分别与第一二氧化碳收集系统10的气相收集侧和第二二氧化碳收集系统11的气相收集侧相连；第五电导检测器5与第二二氧化碳收集系统11的气相收集侧相连；第四电导检测器4与第一二氧化碳收集系统10的气相收集侧相连；电自动再生阳离子交换系统6与第一二氧化碳收集系统10的水侧相连通；第二氧化单元9与第二二氧化碳收集系统11的水侧相连通。

本实施例中，第一氧化单元8和第二氧化单元9均为水流内置光学氧化单元。水流进入氧化单元后分流至若干透明通道，透明通道均处于光学氧化环境内部，相对于传统的外置系统，有机物在3000μg/l以内时，氧化效率可从50％～80％提升至99％。

本实施例中，第一电导检测器1、第二电导检测器2、第三电导检测器3、第四电导检测器4、第五电导检测器5，五组电导检测器均采用微流、微通道电导检测器，电极可采用0.01或0.1级，检测范围为0.055～50μs/cm。相对于传统的电导检测器，该发明采用的电导检测器要求的水样流量仅为传统检测器的百分之一左右，并且内置多种非线性温度补偿曲线，可完全满足纯水体系以及酸、碱体系电导率的检测要求。

本实施例中，电自动再生阳离子交换系统6、电自动再生阴离子交换系统7，采用具有自主知识产权(专利号201320492800.0)的电自动再生离子交换器，型号为tpri-ic型。

本实施例提供的蒸汽动力设备水汽样品有机物含量检测系统，其检测方法包括以下步骤：

1)水样以l流量经第一电导检测器1后得到水样电导率值；并经电自动再生阳离子交换系统6除去水样中得阳离子后分为a流路和b流路，a流路流量为3l/5，b流路流量为2l/5；

2)a流路继续分为a1流路和a2流路；a1流路流量为l/5；a2流路流量为2l/5；a1流路依次通过第二电导检测器2、第一氧化单元8和第三电导检测器3后排出系统，并得出获得水样的toci含量、出样除去阳离子得电导率和水样氢电导率；a2流路通过电自动再生阴离子交换系统7除去水样中得阴离子得到纯水，并分为a21流路和a22流路；a21流路流量和a22流路流量均为l/5；

3)b流路水样调节ph至2左右后分为b1流路和b2流路，b1流路和b2流路流量均为l/5；b1流路流经第一二氧化碳收集系统10水侧排出系统；b2流路依次经第二氧化单元9和第二二氧化碳收集系统11水侧排出系统；a21流路依次经过第一二氧化碳收集系统10收集侧和第四电导检测器4得到水样的ic含量，同时得到水样的脱气氢电导率；a22流路依次经过第二二氧化碳收集系统11的收集侧和第五电导检测器5，得到水样的tc含量；

4)根据上述toci含量、ic含量和tc含量，得到水样中的toc和tocd含量。具体的，toc＝tc-ic；tocd＝toci-toc。

本实施例中，b流路水样调节是通过添加磷酸完成的，加磷酸的目的在于将水样中的碳酸(氢)盐全部转化为co2。

本实施例中，由于b1流路进入第一二氧化碳收集系统10的水侧，b1流路中的co2通过第一二氧化碳收集系统10的透气膜会进入a21流路的纯水中，因此电导检测器4测得的数值可反映水样的ic含量(无机碳，co2及碳酸盐总量)，b2流路经过第二氧化单元9后进入第二二氧化碳收集系统11的水侧，第二氧化单元9可将b2流路水样的有机物全部分解为co2和无机离子，同理，b2流路水样中的co2(水样原本含有的和有机物分解产生的)通过第二二氧化碳收集系统11的透气膜会进入a22流路的纯水中，电导检测器5测得的数值可反映水样的tc量(总碳)含量。

本实施例中，第一电导检测器1检测数值可获得水样电导率，第二电导检测器2检测数值可获得水样氢电导率，根据第三电导检测器3和第二电导检测器2检测到的电导率差值，采用常规方法处理进一步计算获得toci含量；第二电导检测器2所测电导率和第四电导检测器4所测电导率的差值可计算获得水样脱气氢电导率；根据第五电导检测器5检测数值，采用常规方法处理进一步计算获得水样tc(总碳指标)含量。

本实施例中，水样的脱气氢电导率指标为第二电导检测器2测量的电导率值和第四电导检测器4测量的电导率值差值。

本实施例提供的检测系统，对于纯水加氨体系的水样，还可在第一电导检测器1后选装模拟计算系统计算水样的ph值和含氨量。