Водно-химические режимы и надежность металла энергоблоков 500 и 800 МВт - Организация эксплуатационного химического контроля

Основой эксплуатационного химического контроля за водно-химическим режимом блочной ТЭС является автоматизированный контроль качества питательной воды, качества пара, общего содержания растворенных электролитов (по электропроводимости), содержания соединений натрия (по pNa-меру), активной концентрации ионов водорода и гидроксила (по pH), содержания растворенного кислорода (кислородомером) и содержания реакционноспособной кремнекислоты (по кремнемеру). Знание непрерывного изменения всех этих показателей очень важно для эксплуатации.

-Рис. 3-19. Блок-схема автоматизированной системы химического контроля за водно-химическим режимом.

Наряду с такими оперативными показателями в правилах технической эксплуатации предусмотрены  определения и таких величин, которые не могут регулироваться эксплуатационным персоналом. В то же время эти неоперативные показатели характеризуют интенсивность некоторых важных процессов, в частности коррозии, отложения накипи, заноса лопаточного аппарата турбин и т. п. К таким показателям относятся содержание продуктов коррозии конструкционных материалов (железа, меди, цинка), общее содержание кремнекислоты, органических веществ и некоторые другие. Определение всех этих примесей пока не автоматизировано. Далее самостоятельно рассматриваются оба вида контроля и аппаратура, необходимая для их выполнения.

Рис. 3-20. Структурная схема сигнализации. 1—5 — измерительные приборы; В — сигнальные устройства; 7 — сигнализация на БЩУ.

Структурная схема системы автоматического химического контроля представлена на рис. 3-19. Она состоит из следующих обязательных элементов: устройства отбора представительной пробы; устройства подготовки пробы для анализа путем унификации ее физических параметров; первичных преобразователей (анализаторов) измеряемых величин; устройств сбора и оценки измерительной информации; устройств организованного сбора стоков.
Информация, получаемая с приборов химического контроля в виде лент регистраторов, анализируется и хранится. Информация о нарушениях водного режима выводится на центральный щит управления блоком с целью ее оперативного использования. Для этого сигналы с вторичных приборов и всех анализаторов данного энергоблока выводятся на общее для него табло расшифровки, располагаемое в одном помещении с приборами, т. е. на блочном щите химического контроля (БЩХК). Затем общий сигнал нарушения передается на блочный щит управления (БЩУ).
Сигналы о неисправности приборов-анализаторов и устройств подготовки проб каждого энергоблока также собираются на световых табло, располагаемых на БЩХК, и далее передаются на общее табло неисправностей элементов системы химического контроля, располагаемое, на БШУ. При появлении световых сигналов оператор БЩУ ставит в известность, в зависимости от вида нарушения в системе, оператора-химика или оператора цеха КИП. Схема сигнализации на БЩУ о нарушениях в системе химического контроля и отклонении показателей качества анализируемых, сред от нормированных, значений представлена на рис. 3-20.
Кроме световой сигнализации, на БЩУ дублируются вторичные приборы анализаторов наиболее· важных показателей качества рабочей среды энергоблока, например, электропроводимости обессоленного конденсата, содержания растворенного кислорода и значения pH. питательной воды.
На некоторых зарубежных электростанциях информация, представляющая особый интерес в отношении обеспечения оптимальных условий работы энергоблока, подается на информационно-вычислительную машину, а далее с помощью дисплея (информационного телеэкрана) выводится к оператору центрального щита управления блоком.
Принципиальная схема оперативного химического контроля за. водным режимом энергоблока закритических параметров представлена на рис. 3-21. Эта схема реализована на 30 энергоблоках мощностью 300 МВт силами ВТИ, Киевского участка треста «Энергоавтоматика», Южтехэнерго, а также энергосистем и электростанций.

Рис. 3-21. Принципиальная схема автоматизированного химического контроля энергоблока. СНПП — сигнализация нарушения в системе подготовки пробы; ЩХК — щит химического контроля; БЩУ — блочный щит управления; СНВР — сигнализация нарушения водного режима; КНОУ — конденсатный насос обессоливающей установки; БОУ — блочная обессоливающая установка; КЭИ — конденсатный электронасос; БИ — бустерный насос; ПН — питательный насос; Jf l — термоограничитель; а — дроссель.

При реализации схемы использованы отечественные и зарубежные автоматические приборы и устройства, принципы  и методы действия которых рассмотрены ниже. Согласно этой схеме для поддержания водного режима энергоблока в соответствии с нормами ПТЭ по тракту необходимо автоматически контролировать электрическую проводимость, pH и содержание растворенных в воде минеральных и газовых примесей:         натрия, кремнекислых соединений, кислорода, водорода, солей жесткости. Технические характеристики точек отбора проб химического контроля представлены в табл. 3-7.
Как указано на схеме, показания автоматических приборов: кондуктомеров, pH-метров, определителей натрия, кремнемеров, кислородомеров, водородомеров и жесткомера — регистрируются вторичными приборами, сигналы о нарушениях водного режима, а также о неисправностях устройств подготовки проб и анализаторов передаются с блочного щита химического контроля на БЩУ. К приборам подается охлажденная проба анализируемой среды при давлении чуть выше атмосферного (1,2—1,5 кгс/см2). Во избежание поступления горячей воды к прибору при нарушении в системе охлаждения в схеме предусмотрен ограничитель температуры пробы.
Автоматизированные системы химического контроля за водным режимом электростанций в настоящее время широко внедряются. Опыт эксплуатации действующих систем показывает их практическую целенаправленность.
Удовлетворительные результаты работы системы автоматического химического контроля обеспечиваются только при определенных условиях ее эксплуатации, отбора и подготовки проб для анализа. Добротность получаемой с приборов информации определяется в первую очередь представительностью пробы анализируемой среды.
Система устройства подготовки пробы (УПП), предназначенная для дросселирования, .охлаждения и ограничения температуры анализируемой среды, показана на рис. 3-22.
Подача анализируемой среды в прибор осуществляется по схеме: пробоотборный зонд — запорный вентиль (для перегретого пара и питательной воды — два вентиля) — холодильник (только для перегретого пара)—регулятор потока (вентиль, дроссель со встроенным механическим фильтром) — регулирующий вентиль — магнитный клапан — уравнительный бачок — ограничитель температуры — механический фильтр — Н-катионитный фильтр (устанавливается только перед кондуктометром).

Пробоотборный зонд, дроссель, механический фильтр выполняются в соответствии с отраслевыми нормами котлостроения; ионитный фильтр, загруженный катионитом КУ-2 в Н-форме, устанавливается перед кондуктометрами при необходимости удаления из пробы аммиака и гидразина.
Обычно в схеме подготовки пробы имеются два ионитных фильтра: рабочий и резервный. Каждый фильтр рассчитывается на непрерывную работу в течение 2—3 мес. с расходом около 50 л/ч при скорости примерно 10 м/ч. Отработавший фильтр заменяется параллельно с ним включенным свежим фильтром.
Обязательным элементом схемы подготовки пробы является термоограничитель, предназначенный для сигнализации о превышении температуры пробы заданного значения и о прекращении подачи анализируемого раствора. При температуре более 40°С проба, минуя прибор, направляется в верхнюю дренажную линию. Чувствительным элементом термоограничителя является контактный термометр. Одновременно с. сигналом на закрытие вентиля на панели термоограничителя появляется сигнал, свидетельствующий о неполадках в системе охлаждения анализируемой пробы. В качестве охлаждающей среды обычно используется конденсат после конденсатных насосов второй ступени.

Рис. 3-22. Принципиальная схема отбора проб.
1 — пробоотборное устройство; 2 — запорная арматура; 3 — первичный холодильник; 4 — фильтр- дроссель; 5 — вторичный холодильник; 6 — дренажный вентиль; 7 — сосуд постоянного уровня; 8 — сливной вентиль; 9 — электромагнитный клапан; 10 — продувочный вентиль; 11 — сигнализация; 12 — термометры; 13 — регулировочный вентиль; 14 — механический фильтр; 15 — понятный фильтр; 16 — измерительный прибор.

После холодильников этот  конденсат возвращается в конденсатор. Система охлаждения конденсата может быть выполнена общей для приборов химического контроля всех блоков электростанции.
Отбор проб из одной точки тракта производится одним пробоотборным зондом с последующей раздачей на индивидуальные устройства приготовления проб для каждого прибора.
Проба может быть отобрана различным образом. Простейшее устройство для отбора — трубчатый зонд из нержавеющей стали с косым срезом под углом 45°. Наиболее совершенным, общепризнанным устройством для отбора проб пара является сосковый зонд. Как известно, важнейшее условие при конструировании отборных зондов— равенство скоростей анализируемого потока в тракте блока и отбираемой части потока на входе в зонд. Устанавливать зонд следует так, чтобы входные отверстия были расположены навстречу потоку.
Импульсные линии для транспортировки пробы к приборам химического контроля выполняются из материалов, не взаимодействующих с анализируемой средой. При этом следует тщательно подбирать место размещения приборов, чтобы обеспечить минимально возможные транспортные запаздывания пробы. При подаче пробы к кислородомерам необходимо учитывать также возможность изменения концентрации кислорода вследствие взаимодействия с материалом импульсной линии. Наиболее подходящим материалом в этом случае является нержавеющая сталь или титан, а также нейлон.
Для охлаждения проб применяют обычные холодильники, изготовленные по известным нормалям. Расчет потребного количества охлаждающей воды, т. е. конденсата, производится с учетом получения охлажденной до 30°С пробы в количестве 60 л/ч на каждый прибор. Дроссель может выполняться в виде набора шайб, собранных в общин патрон, либо в виде специального капилляра. И в том и другом случае перед дросселем необходимо устанавливать механический фильтр.
Для сокращения затрат на приборы в ряде случаев можно предусматривать использование в системе· контроля одного автоматического анализатора для определения однотипных показателей различных сред. С этой целью в схеме устанавливается гидравлический переключатель· потока с программным устройством, обеспечивающий в определенной последовательности через заданные интервалы времени обегающий химический контроль за одним и тем же показателем из различных пробоотборных точек по тракту энергоблока с помощью одного общего для одноименных показателей анализатора. Запись показаний при этом, так же как и в случае установки индивидуальных анализаторов, для каждого показателя из различных точек энергоблока производится с помощью одного регистрирующего прибора.
В первый период разработки и освоения на энергоблоках автоматических систем контроля был принят метод непрерывного определения основных контролируемых показателей качества воды, пара и конденсата. Был накоплен значительный статистический материал по динамике изменения основных величин (электрической проводимости, pH, содержания растворенного кислорода, натрия, кремнекислых соединений) по тракту энергоблока во. времени. Математическая обработка полученных данных и последующая экспериментальная проверка дали основание для разработки дискретной схемы химического контроля за рядом показателей.
Возможность дискретизации химического контроля при стационарном режиме энергоблока обусловливается тем, что большая часть процессов в  этом режиме изменяется медленно, а единичные кратковременные изменения (20—30 мин), характеризующиеся «выбегами» отдельных показателей качества теплоносителя, не могут существенно сказаться на работе энергоблока.
Проведенные исследования позволили наметить ряд практически целесообразных вариантов дискретизации схемы автоматического контроля, которые дают возможность уменьшить среднеквадратическую погрешность измерения (например, путем использования одного прибора для измерения проб только из двух точек отбора), вероятность аварийной ситуации (например, путем использования в схеме дискретного контроля одного или двух действующих непрерывно «сторожевых» приборов).
Одна из возможных схем дискретного контроля со «сторожевым» прибором представлена на рис. 3-23. В качестве «сторожевого» использован кондуктометр питательной воды. Все остальные приборы — многопоточные дискретного действия. Один определитель натрия, например, обслуживает четыре энергоблока.
При организации автоматического химического контроля на электростанции важная роль принадлежит размещению приборов. При этом учитываются необходимость обеспечения их надежной эксплуатации и требование быстродействия, которое достигается путем уменьшения транспортного запаздывания, а также времени на расшифровку и реализацию получаемой с приборов информации.
Для обеспечения надежной работы приборов химического контроля их размешают на панелях, устанавливаемых в отдельном сухом, хорошо вентилируемом помещении с организованными стоками, называемых щитом химконтроля. В воздухе этого помещения не должно быть примесей коррозионно-активных газов. Температура воздуха 25±5°С. Для доступа к приборам с фронтовой и тыльной сторон должно быть пространство шириной 1 —1,5 м. Устройства подготовки проб монтируются в смежном помещении. Общая площадь помещения щита химического контроля, необходимая для размещения приборов и устройств подготовки проб для двух энергоблоков, должна быть около 100 мг.
Щит химического контроля должен располагаться возможно ближе к точкам отбора проб. Это требование вызвано тем, что длинные пробоотбориые импульсные линии увеличивают транспортное запаздывание показаний приборов, а также могут являться причиной искажения результатов анализа.
На современной электростанции проблема обеспечения высокого качества теплоносителя решается в значительной мере путем организации приготовления добавочной воды, коррекционной обработки питательной воды и конденсата, а на электростанциях с энергоблоками с. к. д. также и путем обессоливания турбинного конденсата.
Химический контроль за водо- приготовлением является одним из условий получения воды гарантированного качества.

Рис. 3-23. Схема дискретного автоматического контроля за водным· режимом.
В общем случае современная водоочистка состоит из устройств предварительной очистки воды в осветлителях, где осуществляются процессы известкования, коагуляции и осветления воды, и устройств очистки воды методами ионного обмена, чаще всего химического обессоливания. Водоочистка, таким образом, состоят из осветлителей и группы ионообменных фильтров. В результате обработки обеспечивается получение воды с электрической проводимостью 0,3— 0,5 мкСм/см и содержанием кремнекислых соединений около 50 мкг/л.
Объем оперативного химического контроля при предварительной очистке и химическом обессоливании добавочной воды представлен на рис. 3-24. Оперативный контроль при предварительной очистке заключается в определении значения pH обрабатываемой воды, которое используется в системе автоматического регулирования подачи известкового молока, и уровня шлама в осветлителе, необходимого для использования в системе регулирования шламового режима, т. е. уровня среды осветлителя, в котором совершаются процессы коагуляции, известкования, завершающиеся образованием осадка и отделением его от обработанной воды. Если предварительная очистка заключается лишь в коагуляции воды, то контроль за дозированием коагулянта производится по изменению электрической проводимости обрабатываемой воды до и после ввода раствора реагента.
Контроль за процессом химического обессоливания воды заключается в определении момента истощения загрузки фильтров, о чем свидетельствует появление в фильтрате некоторого заданного количества контролируемого иона, так называемого «проскока» этого иона.

Рис. 3-24. Принципиальная схема автоматического химического контроля водоочистки.

Для Н-катионитных фильтров первой ступени момент истощения определяется по «проскоку» ионов натрия, для ОН-анионитных фильтров первой ступени — хлорид- ионов, а ОН-анионитных фильтров второй ступени — кремниевой кислоты. Установлено, что появление в фильтрате Н-катионитных фильтров ионов натрия, а в ОН-анионитных фильтрах первой ступени хлорид- ионов сопровождается соответствующим изменением электрической проводимости фильтрата к. Поскольку определение κ значительно проще, чем определение прямых показателей истощения фильтров, т. е. концентрации в фильтрате ионов Na+, CI- и Si032-, то при организации оперативного химического контроля для индикации конца фильтроцикла предпочитают пользоваться косвенным показателем — электрической  проводимостью фильтрата. Возможно, что с увеличением промышленного выпуска автоматических потенциометрических определителей натрия и хлоридов косвенные измерения электрической проводимости как неселективные, хотя и более простые, уступят место прямым измерениям концентрации «прослеживаемых» конов.
На многих водоочистках электростанций, кроме подготовки добавочной воды в паротурбинный цикл, предусматривается подготовка воды для теплосети. Водообработка в этом случае заключается в предварительной очистке воды совместно с водой для паротурбинного цикла и умягчении ее методом ионного обмена до появления в фильтрате «проскока» солей жесткости.
Кроме определения моментов истощения фильтрующей загрузки, в процессе эксплуатации обессоливающей установки необходим контроль за отмывкой ионитных материалов от продуктов регенерации. В настоящее время этот контроль осуществляется по изменению электрической проводимости отмывочной воды. В перспективе возможно использование для этой цели и прямых показателей качества отмывочной воды. В соответствии с типом фильтра это будут ионы Na+, или С1-, или Si032-, или Са2+ и Mg2+.

Рис. 3-25. Принципиальная схема кондуктометра АК-310.
1 — первичный преобразователь; 2 — усилитель; 3 — регистрирующий прибор; 4 — первичный преобразователь; 5 —измерительная ячейка; 6 — ротаметр; 7 — предвключенный ионитиый фильтр; 8 — регулирующие вентили; 9 — входной регулирующий вентиль.

Очистка турбинного конденсата производится на конденсатоочистке для удаления из него примесей, попавших с охлаждающей водой, и продуктов коррозии конструкционных материалов. Конденсатоочистка состоит из фильтров для обезжелезивания и ионитных фильтров смешанного действия (ФСД). В качестве веществ, ослабляющих коррозию питательного тракта, вводят аммиак и гидразин.
Приборы, используемые при реализации схем автоматического химического контроля:            кондуктометр с предвключенный Н-катионитным фильтром, кондуктометр- сигнализатор, pH-метр, кислородомер, водородомер, кремнемер, определитель натрия — выпускаются серийно.
Кондуктометр АК-310 (рис. 3-25) — автоматический стационарный анализатор жидкости, предназначен для непрерывного измерения и регистрации удельной электропроводимости, обусловленной содержанием растворенных электролитов в конденсате пара, конденсате турбин, питательной и химически обессоленной воде. В комплект кондуктометра входят: первичный преобразователь 4, промежуточный 1 и измерительный 2 преобразователи.
Первичный преобразователь 4 состоит из контактной кондуктометрической ячейки 5, предвключенных Н-катионитных фильтров 7 (основного и запасного.)  и ротаметра. Предвключенный Н-фильтр предназначен для удаления из пробы мешающих примесей, аммиака и гидразина, что позволяет применять кондуктометр для анализа воды типа питательной  и конденсата. В приборе использованы две кондуктометрические ячейки с постоянными С— = 100/10 см и С= 1 см. Прибор снабжен устройствами температурной компенсации в интервале 30—4(ГС. Выходной сигнал прибора унифицированный: 0—5 мА постоянного тока.
Кондуктометр-сигнализатор      КС-211— полуавтоматический промышленный анализатор жидкости кондуктометрического типа, предназначен для определения момента истощения анионных фильтров первой ступени. Прибор применяется на установках химического обессоливания воды блочного типа («цепочки»), которые рассчитываются таким образом, что отключение их на восстановление происходит при истощении слабоосновного анионитного фильтра. Для этой же цели его можно использовать и на установках химического обессоливания с параллельным включением фильтров. Момент истощения слабоосновиых ионитных фильтров определяется по приращению удельной электропроводимости фильтрата.
В комплект -сигнализатора КС-211 входят: первичный преобразователь — контактная кондуктометрическая ячейка с постоянной С-1 см, измерительный преобразователь и блок сигнализации. К сигнализатору может быть подключен вторичный регистрирующий прибор, для чего предусмотрен потенциометрический выход 0—10 мВ постоянного тока.
Кислородомер АК-300 — автоматический анализатор жидкости, предназначен для непрерывного измерения микроконцентраций кислорода, растворенного в питательной воде и конденсате электростанций.
Прибор действует следующим образом: анализируемая проба с температурой, не превышающей 40°С, через фильтр 19 и регулировочный вентиль 20 попадает в ресивер 22, где происходит отделение пузырьков воздуха. Выходящая из ресивера проба разделяется на три потока. Часть пробы (около 2 л/ч) через вентиль В1 поступает в теплообменник ячейки 5 и затем
Действие прибора основано на реакции взаимодействия металлического таллия с растворенным в воде кислородом, в результате чего образуется гидрозакись таллия и изменяется удельная электрическая проводимость анализируемой пробы.

Другая часть пробы (около 0,8 л/ч) через переключатель потоков 3 отбирается насосом if и по каналу а — б, минуя теплообменник 21, подается в змеевик теплообменника ячейки 5, где устанавливается температура 40±0,3°С. После перемешивания с аммиаком проба поступает в измерительную и вспомогательную камеры ячейки 5 и через ресиверы 12 и 18 сливается в дренаж. По этому же пути через переключатель потоков 3 и насос 4 из бачков 23 подается на измерение один из стандартных растворов, предназначенных для настройки и калибровки прибора.

Если температура окружающей среды превышает 40°С, то для понижения температуры измеряемой среды или калибровочного раствора следует отсоединить канал а — б и пропустить измеряемую пробу через змеевик теплообменника 21, куда через вентиль В2 поступает третья часть анализируемой воды (около 20 л/ч).
Одновременно с измеряемой пробой в ячейку 5 насосом 2 из бачка 24 подаются пары аммиака. Перемешиваясь с пробой с помощью магнитной мешалки, аммиак повышает ее щелочность до необходимого уровня. Разность потенциалов электродов измерительной системы, пропорциональная значению концентрации ионов натрия, поступает на вход измерительного преобразователя 14. В нем входной сигнал постоянного тока преобразуется в переменный, усиливается и далее выдается в виде выходного сигнала постоянного тока· 0 — 5 мА на показывающий прибор 16 и вторичный регистрирующий прибор 15.
Настройка и периодическая проверка прибора проводятся по двум стандартным растворам.
Кремнемер АВ-211—стационарный фотоколориметрический анализатор жидкости циклического действия.

Действие прибора основано на измерении интенсивности окраски синего кремнемолибденового комплекса, образованного· при взаимодействии растворенных в пробе кремнекислых соединений с вводимыми в нее реактивами. Несмотря на многие недостатки (большой расход реактивов, длительность и цикличность измерений), фотоколориметрический метод определения кремнекислых соединений широко применяется на электростанциях при ручном контроле. Это объясняется отсутствием других, более простых экспрессных методов определения S1O3 _ Цикл измерения кремнемера состоит из двух фаз: в первой измеряется так называемая «нулевая проба», т. е. раствор, оптическая плотность которого не зависит от содержания кремнекислых соединений в пробе, а определяется загрязненностью реактивов, во второй — интенсивность окраски пробы, обусловленной концентрацией в ней кремнекислых соединений.
Фотоколориметрическое устройство прибора двухкаиального типа. В качестве фотоприемников использованы фотоэлементы, В измерительном канале световой поток проходит через измерительную кювету с анализируемой пробой и оптический клин, после светофильтра попадает на измерительный фотоэлемент.
В сравнительном канале световой поток преломляется в призме  и через светофильтр попадает на сравнительный фотоэлемент. Выходной сигнал фотометра, определяемый как разность освещенности измерительного и сравнительного фотоэлементов, подается на вход усилителя. Далее в нормирующем преобразователе сигнал преобразуется в выходной унифицированный токовый сигнал. В качестве регистрирующего прибора к кремнемеру поставляется регистратор К.СУ-015, шкала которого отградуирована з единицах концентрации кремнекислых соединений.
Водородомер АВ-201 презназначен для непрерывного измерения концентрации водорода в паре котлов. Действие прибора основано на изменении теплопроводности газовой среды в зависимости от концентрации газов. Для суждения о теплопроводности используется катарометр, с помощью которого определяется изменение удельного сопротивления нагретого термосопротивления (чувствительного элемента) при количественных изменениях омывающей его смеси газов. Водород путем десорбции воздухом выделяется из анализируемой пробы, и смесь газов (воздух и водород) диффундирует в измерительную камеру катарометра, чувствительный элемент которой является одним из плеч измерительного моста. Другое плечо этого моста — чувствительный элемент сравнительной камеры катарометра — находится в среде газа, используемого для десорбции, т. е. воздуха. При изменении содержания водорода в измерительной камере будет меняться процесс отвода теплоты от чувствительного элемента, что вызовет изменение температуры элемента, а следовательно,  и его электрического сопротивления. Выходной сигнал катарометра — напряжение в измерительной диагонали моста — будет прямо пропорционален концентрации водорода.
Прибор (рис. 3-27, а) состоит из первичного 1, промежуточного 2, нормирующего 3 преобразователей, регистратора 4 и блока питания электролизера 5, миллиамперметра 6.
Первичный преобразователь / (рис. 3-27, б) содержит контактное устройство 3, чувствительные элементы 2,. гндрозатворы 4 и электролизер-калибратор 5. Выходной сигнал прибора унифицированный (0—5 мА) постоянного тока.. В комплект входит вторичный регистрирующий потенциометр КСП4.

Рис. 3-27. Схема водородомера АВ-201

Таблица 3-8
Области светопропускания светофильтров для определения некоторых веществ

Кроме рассмотренных серийных приборов, выпускаемых заводами, для автоматического химического контроля можно использовать и, приборы, изготавливаемые небольшими партиями в различных организациях. Так, для определения растворенного кислорода лучше применять кислородомер ИКАР-74, выпускаемый мастерскими ЦКБ Главэнергоремонта Минэнерго· СССР; для контроля за истощением и отмывкой Н-катионитных фильтров химводоочистки можно применять автоматические сигнализаторы СИФ, а для контроля за присосами  охлаждающей воды в конденсаторах турбин — автоматические кондуктометрические сигнализаторы ДК-68, изготавливаемые в мастерских Тулаэнерго.
В настоящее время системы автоматического химического контроля за водно-химическим режимом эксплуатируются более чем на 30 энергоблоках.
Для ручного неавтоматизированного химического контроля отечественной промышленностью серийно выпускаются фотоколориметры класса 2, такие как ФЭК-М, ФЭК-Н-57,       ФЭК-56, ФЭК-60 и А1-ЕЦ2-С. Последние два прибора снабжаются узкополосными светофильтрами, характеристика которых для колориметрического определения некоторых наиболее обычных примесей приведена в табл. 3-8.

Рис. 3-28. Максимально допустимые значения погрешностей фотоколориметра класса 1,0.
Погрешность измерений фотоколориметров, относящихся к категории приборов класса 1, не превышает 1 % максимального значения шкалы светопропускания, т. е. Т. Так как обычно измерения ведут по шкале экстинкций, показания которой более удобны, поскольку находятся в прямой зависимости от концентрации, то важны погрешности именно по этой шкале.
Графически максимально допустимые значения относительных погрешностей самого прибора по обеим шкалам показаны на рис. 3-28. Как видно, в интервале значений Т от 0,16 до 0,70 эти погрешности для приборов класса 1 составляют примерно ±3%·
Фотоколориметры, на которых приходится обычно работать, имеют часто меньшие погрешности — около ±2% или даже несколько меньше. Результаты колориметрических измерений конкретных веществ могут иметь ошибки, значительно превышающие погрешности самого прибора; в этом случае такое превышение обусловлено уже не точностью прибора, а особенностью применяемого метода — отклонение от закона Бэра, нестабильность окраски колориметрируемого соединения, влияние примесей, температуры и т. п.
Для пламяфотометрического определения ряда металлов выпускается пламяфотометр ПАЖ-1. Схема прибора показана на рис. 3-29.
Прибор состоит из горелки 5, заключенной в специальный защитный стеклянный цилиндр 6. Анализируемый раствор из сосуда 1 через тонкий капилляр 2, изготовленный из нержавеющей кислотоупорной стали, засасывается и распыляется. Прибор укомплектован тремя распылителями с капиллярами диаметром 0,60; 0,89 и 1,01 мм. Распыление и эжекция осуществляются воздухом от специального компрессора 15. Воздух проходит очистительный фильтр 16, разделяется на два потока, из которых один через ротаметр 19 направляется к распылителю 20. Другой воздушный поток поступает непосредственно под стеклянный цилиндр.
Аэрозоль, полученный в распылителе 20, поступает в камеру смешения 21, где смешивается с подаваемым в эту камеру баллонным или природным газом. Сепараторы 3 освобождают смесь от крупных брызг и капель; отсепарированная жидкость стекает через гидрозатвор 12. Газовая смесь поступает в горелку 5. Газ из баллона 13 перед камерой смешения также под-’ вергается очистке в фильтре 17. Редуктор 14 регулирует давление газа, а ротаметр 18 позволяет регулировать поступление газа.

Рис. 3-29. Схема пламяфотометра.
Свечение пламени, как прямое, так и отраженное зеркалом 4, направляется на оптическую схему 7 и далее на фотоэлементы 9. Светофильтры 8, включенные в эту схему, и канал сравнения дают возможность устранять посторонние излучения, повышая тем самым чувствительность измерения. Результаты подсчитываются по шкале микроамперметра 11, включенного после усилителя 10.
На приборе ПАЖ-1 можно определять концентрации натрия, калия, лития и кальция, а также и некоторых других элементов. Чувствительность зависит от температуры пламени, которая в свою очередь определяется составом горючей смеси. Так, на смеси пропан — бутан — воздух одному делению микроамперметра соответствуют 0,25 мкг/л натрия, 0,50 мкг/л калия, 0,50 мкг/л лития и 0,70 мкг/л кальция.
Среднеквадратическая погрешность измерения на приборе составляет 4 деления шкалы. Это означает, что результаты определения будут иметь различную относительную ошибку — в зависимости от определяемой величины или, проще, от значения отсчета по микроамперметру.
На рис. 3-30 приведены эти максимально возможные ошибки; результаты конкретных измерений с вероятностью 95% будут иметь погрешности, не превышающие указанных на рисунке. Например, результаты измерения составили 24 деления микроамперметра. График на рисунке дает для такого результата возможную ошибку ±16,6%· Если 24 деления отвечают измеряемой концентрации, скажем, натрия 6,5 мкг/л, то результат следует записать так:
CNa=6,5±l,08 мкг/л.
Искомая концентрация натрия в данном примере находится с вероятностью 95% в пределах от 4,42 до 7,58 мкг/л.

Рис. 3-30. Максимально возможная среднеквадратическая погрешность измерений на пламяфотометре ПАЖ-1.
Другой пример: при определении концентрации кальция микроамперметр показал 52 деления. По рис. 3-30 в этом случае погрешность составляет ±7,7%· Если концентрация кальция, отвечающая полученному показанию микроамперметра (52 деления), составляет 36,5мкг/л, то результат с вероятностью 95% находится в пределах 33,7—
39,3 мкг/л. Эти примеры, а равно и вид зависимости на рисунке, показывают, что выгоднее, т. е. точнее, вести измерения, когда показания микроамперметра больше 30 делений; тогда ошибка определения менее 10%·
Присутствие светофильтров в оптической системе прибора дает возможность выбрать для определения каждого элемента ту область светопропускания, которая для него наиболее характерна и в то же время в максимальной степени защищает от влияния посторонних примесей. Тем не менее присутствие этих примесей вызывает некоторые погрешности. В табл. 3-9 показано, во сколько раз концентрация мешающего элемента должна превышать концентрацию определяемого, чтобы показания микроамперметра были увеличены (+) или уменьшены (—) на 100%. Цифры этой таблицы можно рассматривать как указания, во сколько раз чувствительность прибора к мешающему элементу меньше, чем к измеряемому, при данной системе светофильтров. Они получены для конкретного прибора, поэтому должны рассматриваться как ориентировочные. Знак « + » или «—» указывает, увеличивает или уменьшает показания прибора присутствие мешающего элемента в данном отношении к определяемому. Понимать эти цифры следует так: например, пятикратная против кальция концентрация калия снижает показания по кальцию на 100%. Вместо 20 мкг/л при этом будет 0.
Присутствие лития также занижает результаты по кальцию, но для столь же значительной ошибки (100%) здесь достаточно уже только четырехкратного количества лития. Напротив, по натрию присутствие лития завышает результаты, но для получения удвоенного результата здесь необходимо уже двадцатичетырехкратное количество лития. Практически не мешают определению калия и лития натрий и кальций.
Таблица 3-9
Влияние мешающих элементов

Работа на приборе требует наличия так называемых стандартных или эталонных растворов с известной концентрацией данного элемента. Эталонные растворы получают разбавлением одного или нескольких исходных растворов, приготовленных растворением точной навески соли данного элемента, предварительно тщательно высушенной, а если надо, то и перекристаллизованной. По стандартным растворам осуществляется калибровка прибора при установившемся количестве подаваемого воздуха и газа и при неизменной (по возможности) интенсивности распыления и подаче в пламя анализируемого и стандартных растворов. Так как все эти условия измерения сильно влияют на результаты, то калибровку следует выполнять часто; обычно после серии определений, состоящей из 10— 15 измерений, калибровку повторяют. Перед включением прибора необходимо убедиться, что заземление выполнено вполне надежно, что вентиль «Газ» закрыт, рукоятка смещения шкалы арретирована, в гидрозатворе налита вода, тумблер «Сеть» выключен и все рукоятки чувствительности, постоянной времени и установки нуля находятся в среднем или нулевом положении.
Кроме прибора ПАЖ-1, используется атомно-абсорбционный спектрофотометр, выпускаемый серийно киевским заводом Аналит- прибор. Этот спектрофотометр работает по следующему принципу: если раствор исследуемого вещества испарить с помощью какого-либо высокотемпературного источника теплоты, например специальной воздушно-ацетиленовой горелки, и через образовавшееся облако паров пропустить луч света, то этот свет будет взаимодействовать с атомами испаренных элементов, входящих в состав испаренного вещества. Это взаимодействие будет заключаться в том, что атомы испаренного вещества, возбуждаясь, будут поглощать свет с той же длиной волны, с которой они его изучают, переходя от возбужденного состояния к невозбужденному. При этом поглощение будет однозначно связано с концентрацией атомов в паре: чем выше концентрация, тем больше поглощение, т. е. аналогично процессу, происходящему в фотоколориметре. С определенным приближением можно сказать, что атомно-абсорбционный спектрофотометр аналогичен обычному спектрофотометру, только в первом измеряется поглощение света в пламени, а во втором — в жидкости.
Поскольку максимум поглощения в пламени очень острый (в отличие от поглощения в жидкости, где кривые поглощения достаточно пологие), то в качестве источника света используют специальные лампы, излучающие спектр определяемого элемента, а в качестве диспергирующего свет элемента используют монохроматор.
Работа на атомно-абсорбционном спектрофотометре не сложнее, чем на обычном спектрофотометре или фотоколориметре. Сам анализ занимает несколько минут, а калибровка прибора по стандартным растворам — не более 10—12 мин. Методика определения вышеперечисленных элементов детально разработана. Особенно эффективно применение прибора при серийных анализах:   например, определение железа, меди, цинка, кальция, магния в десяти подготовленных растворах отложений выполняется за 30 мин с учетом времени, требующегося для калибровки. Существенным преимуществом работы на приборе является также то, что для анализа расходуется не более 10 мл раствора для каждого элемента.

Согласно ПТЭ значение pH питательной воды современных котлов высокого и сверхвысокого давлений должно поддерживаться на уровне 9,1 ±0,1 при 25°С. Для контроля за этим значением на электростанциях применяют рН-метры как стационарные—линейные, так и лабораторные, снабженные термокомпенсаторами.
Как и любые другие измерительные приборы, pH-метры снабжаются подробной инструкцией по эксплуатации. Указания, изложенные в этой инструкции, должны точно выполняться. Однако при измерении pH питательной воды, которая характеризуется высокой степенью чистоты, весьма низкой удельной электропроводимостью и почти полным отсутствием буферных свойств, возникает ряд трудностей, преодоление которых инструкцией не предусмотрено.
Измерение значения pH на лабораторных pH-метрах, не снабженных проточными ячейками, сопряжено с возможностью возникновения значительных погрешностей, поскольку в анализируемую среду могут попасть загрязнения из атмосферы, из арматуры, через стеклянную мембрану индикаторного электрода и через электролитический ключ вспомогательного электрода. Кроме того, в питательной воде резко увеличивается постоянная времени стеклянного электрода, т. е. время установления потенциала стеклянного электрода, которое в этом случае может измеряться часами. А при длительном контакте разбавленного раствора со стеклянной мембраной приэлектродный слой обогащается щелочными ионами, вымываемыми из стекла вследствие высокой растворяющей способности воды. Этот слой имеет более высокое значение pH, чем остальная жидкость. При создании протока через ячейку ошибки, возникающие вследствие вымывания щелочи из стекла, могут быть устранены. Однако при использовании проточных датчиков могут появиться ошибки из-за резкого увеличения электрокинетического потенциала в элементах датчика.
Изменение температуры измеряемой среды также может привести к существенным ошибкам при контроле за pH. Термокомпенсаторы, которыми оборудованы современные приборы, позволяют точно измерять значения pH растворов при температуре пробы, но ни в коем случае не приводят показания прибора к температуре 25°С. Питательная вода прямоточных котлов высокого и закритического давлений практически представляет собой весьма разбавленный раствор аммиака и углекислоты, лишенный буферных свойств. Малейшее увеличение температуры такого раствора, вызывающее изменение констант диссоциации воды, аммиака и углекислоты, влечет за собой изменение и значения pH. Поэтому контроль необходимо осуществлять при температуре 25±1°С, указанной в нормах ПТЭ.
Если эксплуатационные условия не позволяют производить измерения при температуре 25±1°С, то значение pH, измеренное при иных условиях, следует привести к температуре 25СС. Это может быть осуществлено с определенной степенью точности либо по номограмме, либо расчетом.
Правильность ведения режима по значениям pH питательной воды может оцениваться по специальному графику зависимости значения pH, указанного в ПТЭ (т. е. 9,1± ±0,1), от температуры.
При измерении pH питательной воды требуется полнейшая изоляция пробы от попадания атмосферных загрязнений, поэтому должна использоваться закрытая ячейка. Кроме того, ячейка должна быть, проточной, что позволит избежать ошибок, возникающих из-за повышения pH в приэлектродном слое.

Рис. 3-32. Кривые, ограничивающие зону ошибок, не превышающих 0,05 pH.
Для отбора проб могут быть рекомендованы полиэтиленовые сосуды вместимостью не менее 2 л. Они должны быть оборудованы так, чтобы избежать контакта содержащейся в них жидкости с атмосферным воздухом. Для очистки воздуха, необходимого для вытеснения пробы в измерительную· ячейку, может быть использован цилиндр-колонка Фрезениуса. Пересчет рН< к рН25оС может быть выполнен по предложенной номограмме (рис. 3-31), но с определенной ошибкой. На рис. 3-32 приведены кривые, ограничивающие зону ошибок: все значения pH и температур выше кривых представляют
область, где пересчет по номограмме возможен с ошибкой, не превышающей ±0,05 pH. Точки, лежащие на кривых, отвечают условиям, при которых пересчет дает именно эту погрешность; области ниже кривых— условиям, при которых эти погрешности уже превышают ±0,05 pH:

где рН( — значение pH, измеренное при температуре пробы; t — температура пробы; kb k2, k% — коэффициенты пересчета:

Для облегчения пересчета в табл. 3-10 приведены поправки ΔρΗ для температур от 20 до 50°С. Чтобы получить pH питательной воды при 25°С, необходимо к pH, измеренному при температуре пробы, прибавить поправку ΔρΗ, соответствующую температуре пробы:
Таблица 3-10
Поправки для пересчета значений pH, измеренных при температуре пробы, на pH при 25°С

Рис. 3-33. Изменение pH питательной воды от температуры при условии, что при t= = 25°С pH=9,1.
Например, значение pH питательной воды, измеренное при температуре 36°С, равно 8,57. Чтобы получить значение pH, которое имела бы данная проба при 25°С, необходимо к 8,57 прибавить ΔρΗ = =0,328, т. е. рН25'с=8,57+0,328= = 8,90.
Как известно, контроль за питательной водой, осуществляемый по значению pH, требует поддержания его в определенных границах. Например, последние нормы ПТЭ предписывают поддерживать значение pH, измеренное при 25°С, в пределах 9,0—9,2.
В тех случаях, когда не удается достигнуть этой температуры, а применение номограммы и расчет по уравнениям по тем или иным причинам затруднительны, можно оценивать правильность режима питательной воды по графику (ркс. 3-33). На этом графике построена зависимость pH питательной воды от температуры, если при 25°С значение pH было равно 9,1. Указаны также ограничивающие кривые, соответствующие ±0,1 pH, т. е. пределам, разрешенным ПТЭ. Пользоваться этой кривой очень просто: при измерении pH должна быть точно зафиксирована и температура пробы. На оси абсцисс от точки, соответствующей температуре пробы, проводят перпендикуляр до пересечения с рабочей кривой. Если измеренное значение pH находится в границах, отсекаемых кривыми на перпендикуляре, то нормы на pH соблюдены. Если оно лежит выше или ниже штриховых линий, норма не выдерживается и необходимо· уменьшить или увеличить дозировку аммиака.
При всех измерениях pH необходимо проверять работоспособность электродов. Эта проверка может быть выполнена следующим образом: к обессоленной воде, находившейся в контакте с воздухом, добавляют аммиак до получения pH пробы 9,0—9,2. Затем пробу изолируют от контакта с воздухом. Примерно через 1 ч ее можно использовать для проверки электродов. В измерительный стаканчик отбирают часть жидкости и измеряют pH, затем электроды погружают в конденсат, нагретый до 50—60°С, выдерживают их при этой температуре 3— 5 мин. Далее отбирают в измерительный стаканчик свежую порцию испытуемой жидкости и вновь измеряют ее pH. Если расхождение между первым и вторым показанием не превышает 0,05 pH, электрод пригоден для использования. В противном случае им пользоваться нельзя.
Для построения номограммы на листе миллиметровой бумаги проводят координатные оси. Ось ординат служит шкалой значений pH*, измеренных при температурах 0— 50°С. В начале координат ставят точку с отметкой «рН  10», это и будет началом шкалы ,рНг. Выше по шкале pH; на расстоянии 100 мм ставят вторую точку с отметкой «рН( 9» и далее в том же масштабе остальные точки до «pH/ б».
Параллельно оси ординат проводят еще две линии: первую, являющуюся шкалой температур, на расстоянии 100 мм от оси ординат, вторую, являющуюся шкалой рН25°с, на расстоянии 200 мм от оси ординат.

Вторая линия служит шкалой температур, эта шкала неравномерная. Начало шкалы, соответствующее температуре 0°С, находится на расстоянии 154 мм от оси абсцисс. Выше, на расстоянии 183 мм, ставят точку с отметкой 15°С. Еще выше, на расстоянии 192 мм от нуля, находится точка с отметкой 20°С и т. д. Расстояние в миллиметрах по шкале температур для всех точек следующее:

Если требуется, то расстояние между отмеченными температурами равномерно разбиваются на градусы, Разбивку шкалы температур необходимо делать очень аккуратно: точки с отметками температур должны быть как можно мельче.
Третья линия служит шкалой значений рН2-„с. Она строится в таком же масштабе, что и первая, только в начале шкалы, т. е, на оси абсцисс, ставят точку с отметкой «рН250С 6», вторая точка будет с отметкой «рН25„с 7» и т. д. до точки с отметкой «рН25„с 10».
Номограммой пользуются следующим образом. При измерении значения pHt пробы точно фиксируют ее температуру. На шкале pH* находят точку, соответствующую измеренному значению pH, а на шкале температур — точку, соответствующую температуре пробы. К этим двум точкам прикладывают линейку.
Значения pH, полученные в точке пересечения линейной шкалы рНгйю, соответствуют тому значению pH испытуемой пробы, которое оно имело бы при 25°С. Например, pH питательной воды, измеренное при 30°С, равно 8,84. Соединяют линейкой две точки: на шкале pHt точку с отметкой 8,84, а на шкале температур точку с отметкой 30°С. Пересечение линейной шкалы рН25°с соответствует значению pH = 9. Это означает, что если бы pH питательной воды измерялось при 25°С, оно было бы равно 9.