б) Приборы для автоматического определения величины удельной электропроводности водных растворов
Удельная электропроводность является одной из наиболее важных характеристик качества среды, позволяющей судить об общем солесодержании воды, а также об изменении в ней концентрации отдельных ионов.
Для измерения удельной электропроводности растворов пользуются кондуктометрами, основным элементом которых является датчик, в простейшем случае в виде электролитической ячейки, представляющей собой сосуд из химически инертного материала с анализируемым раствором, в котором помещены два электрода, находящиеся под напряжением от внешнего источника. В зависимости от типа измерительного прибора и способа подсоединения к электродам для суждения о величине удельной электропроводности раствора можно измерять либо ток, протекающий между электродами, либо разность потенциалов между ними, либо сопротивление раствора в электролитической ячейке. Во избежание электролиза и поляризации электродов измерительная схема кондуктометра питается переменным током.
Кондуктометры являются простыми и надежными приборами, дающими возможность непрерывно и быстро определять величины проводимости растворов. Однако результаты измерения искажаются в зависимости от изменения температуры анализируемой среды и в случае присутствия в ней ионогенных газов. Для устранения возможной вследствие этого погрешности измерения принимаются специальные меры: автоматическая температурная компенсация или автоматическая стабилизация температуры анализируемого раствора для исключения влияния температуры и удаление из пробы газов.
Кондуктометры нашли широкое применение при контроле за водным режимом электростанции и водоподготовки. Пользуясь ими, находят величину удельной электропроводности конденсата пара, конденсата турбины, питательной и обессоленной воды. Измерением проводимости определяют концентрацию растворов реагентов, применяемых при водообработке, а также качество фильтрата после ионитных фильтров.
Автоматический солемер с дегазацией и обогащением системы ЦКТИ для питательной воды действует следующим образом. Проба питательной воды через дроссельную приставку, предназначенную для ограничения (расхода и снижения давления до атмосферного, поступает в охладитель и полностью конденсируется и охлаждается до температуры 30—35° С. Далее через устройство постоянного напора проба направляется в концентратор, где осуществляется ее 15-кратное обогащение путем выпаривания. Расходы вторичного пара и концентрата автоматически поддерживаются постоянными, что обеспечивает постоянство обогащения. Вторичный пар из концентратора через сепаратор и ограничительную диафрагму поступает в конденсатор, работающий при атмосферном давлении.
Перепад давлений на ограничительной шайбе устанавливается равным давлению, создаваемому напорным устройством. Поэтому при возрастании перепада на диафрагме и увеличении расхода вторичного пара поступление пробы в конденсатор прекращается. Вследствие этого уровень в концентраторе снижается и количество вторичного пара уменьшается. При снижении перепада давлений на диафрагме расход вторичного пара уменьшается; когда поступление пробы в концентратор увеличивается, расход вторичного пара возрастает до нормального.
Постоянство давления в корпусе концентратора обеспечивает также постоянный расход концентрата, который поступает в микродатчик и далее сливается в дренаж. Датчик солемера представляет собой измерительную ячейку из двух соосно расположенных и изолированных электродов, заключенную в двойную экранирующую рубашку для поддержания постоянной температуры анализируемой среды. Измерение солесодержания концентрата осуществляется с помощью электронного моста переменного тока. Шкала регистратора 0—200 или 0— 400 мкг/кг с ценой деления 2 или 5 мкг/кг.
Рис. 2. Принципиальная электрическая схема регистратора электропроводности химически обессоленной воды ЦЛЭМ Тулаэнерго.
1 — измерительный мост; 2 — электролитическая ячейка; 3 — электроды; 4 — усилитель; 5 — вторичный прибор; Rк и Rш — сопротивления температурной компенсации.
Устройства для измерения солесодержания конденсата турбин и пара представляют собой модификации описанного устройства для питательной воды.
Солемеры с солекопцентратором ЦКТИ проверены в эксплуатационных условиях на ряде электростанций. Испытания и анализ работы показали, что при оценке результатов измерений этого прибора необходимо учитывать некоторую инерционность его, а также неполную дегазацию пробы. Это послужило основанием рекомендовать использование солемера с солеконцентратором ЦКТИ преимущественно в качестве индикатора аварийного положения по водному режиму электростанции.
Регистратор величины удельной электропроводности воды ЦЛЭМ Тулаэнерго предназначен для непрерывного контроля за качеством обессоливания добавочной воды и конденсата турбин. Для устранения возможной погрешности, связанной с обогащением пробы углекислотой при контактировании ее с воздухом, кондуктометр снабжен датчиками проточного и погружного типов и производит непрерывные измерения в потоке и регистрацию величины удельной электропроводности анализируемого раствора [Л. 3]. Принципиальная измерительная схема прибора показана на рис. 21.
Прибор позволяет измерять величину удельной электропроводности растворов в диапазоне (0,04— 5)•10 6 сим/см (с учетом электропроводности чистой воды). Для устранения температурной погрешности прибор снабжен устройством для автоматической термокомпенсации, действующим от +15 до + 35° С. Так как содержание растворенных газов в обессоленной воде ничтожно, их количеством можно пренебречь. Это обстоятельство дает возможность отказаться от устройств для дегазации пробы. Электролитическая ячейка датчика состоит из двух электродов, представляющих собой концентрически расположенные полые цилиндры из нержавеющей стали марки 1Х18Н9Т, причем электроды изолированы друг от друга штуцерами из органического стекла. Термокомпенсатор располагается внутри датчика в полости цилиндра внутреннего электрода. Поскольку датчик имеет высокое сопротивление, емкость проводов, соединяющих его со вторичным прибором, может исказить результаты измерения.
1 Такая схема температурной компенсации применялась и ранее в СССР, а также за рубежом (см. «Советское котлотурбостроение» № 8—9 за 1938 г., статья А. А. Мостофина «Приборы для определения солесодержания водных растворов по их электропроводности». (Прим. ред.).
Во избежание этого следует размещать датчик вблизи вторичного прибора или пользоваться низкоемкостным кабелем. Вторичный прибор для регистрации результатов анализа выполнен на базе электронного моста переменного тока.
Рис. 3. Принципиальная электрическая схема индикатора истощения водород- катионитных фильтров.
Э1 и Э2 — электролитические ячейки; ВП — вторичный прибор; Л1 и Л2 — сигнальные лампы; Р1 — реле; П — полупроводниковый триод; R0 и R1 — переменные сопротивления для подстройки нуля и чувствительности; r — сопротивление для защиты триода.
Конструкторское бюро приборов и средств автоматизации (СКВ ПСА, г. Тбилиси) разработало автоматические низкочастотные концентратомеры типов КК-2 и КК-3, которые могут быть использованы для измерения концентрации регенерационных растворов щелочи, кислоты, соли, аммиака и коагулянта [Л. 4]. Измерение удельной электропроводности растворов в этих приборах осуществляется с помощью четырехэлектродного датчика или датчика с жидкостным витком. Автоматическая термокомпенсация производится в пределах 30±10°С с помощью медного термометра сопротивления. Шкала приборов соответственно:
сим/см. Эти концентратометры изготавливаются опытным заводом СКБ ПСА.
Контроль за работой ионитных фильтров с целью своевременного отключения их на регенерацию может быть осуществлен по изменению проводимости фильтрата. Для устранения ошибки, связанной с изменением солевого состава и температуры обрабатываемой воды, измерение производится по дифференциальной схеме. При этом сравниваются проводимости проб воды из толщи фильтрующей загрузки и выходного трубопровода фильтра.
На рис. 3 показана принципиальная электрическая схема бесшкального сигнализатора истощения Н-катионитных фильтров, разработанного ВТИ. Измерительная схема прибора имеет выход на сигнальное устройство.
Электрическая схема датчика состоит из измерительной части и усилителя, нагрузкой которого является обмотка реле, служащего для включения цепей сигнализации момента окончания фильтроцикла. Измерительная часть датчика представляет собой мост переменного тока, в два плеча которого включены электролитические ячейки и Э2, а в два других — обмотки автотрансформатора АТ1. Для настройки нуля измерительного моста в одну из вершин его включено переменное сопротивление R0. Подстройка нуля датчика производится в начальный период работы фильтра, когда проводимость сред, омывающих электроды, в обеих ячейках датчика одинакова. В диагональ измерительного моста датчика включен усилитель, выполненный по фазочувствительной схеме на полупроводниковом триоде П. На входе усилителя включен согласующий трансформатор, нагруженный резонансной емкостью C1, которая обеспечивает фазовую корректировку. Этот трансформатор выполнен на П-образном железе на двух катушках, что предохраняет его от влияния внешних магнитных полей.
Переменное напряжение с выходного трансформатора Тр1, подается на базу триода П. Эмиттер триода соединен с переменным сопротивлением R1, которое определяет чувствительность электрической схемы датчика. Питание триода осуществляется постоянным двухполупериодным напряжением от выпрямительного моста, собранного на четырех диодах. Сопротивление r служит для защиты триода от перегрузок в случае закорачивания нагрузки. Обмотка реле, являющаяся нагрузкой усилителя, включена последовательно с питающей обмоткой трансформатора АТ1. Благодаря наличию переменного напряжения на входе усилителя в обмотке реле протекает постоянный пульсирующий ток. Для сглаживания пульсации обмотка реле шунтирована емкостью С2, которая также определяет постоянную времени срабатывания реле. На выходе усилителя имеются клеммы 3 и 4 для включения последовательно с обмоткой реле прибора, предназначенного для установки нуля измерительной схемы. Питание датчика осуществляется по автотрансформаторной схеме от стабилизатора переменного тока 220/120 в типа СНЭ-120-01.
