一种高温高压蒸汽中溶解氢含量测量装置和方法

技术领域

本发明涉及一种装置和方法，尤其是涉及一种高温高压蒸汽中溶解氢含量测量装置和方法，它属于发电厂过热器和再热器管壁超温监测技术领域。

背景技术

对于实际工况下长期运行的受热面金属材料，实时准确监测受热面的高温氧化情况，将蒸汽测的氧化速度控制在安全状态是防止过热器和再热器发生爆管的关键技术。但过热器和再热器蒸汽测高温氧化很难被在线监测，只能通过间接测量来表征其氧化过程。蒸汽中溶解氢含量变化可以用来衡量高温水蒸汽与过热器、再热器内壁之间的反应速度。当过热器和再热器内壁出现局部过热或氧化层因过热开始结垢时，蒸汽中的溶解氢含量将显著上升。溶解氢含量能够反映过热器和再热器蒸汽测高温氧化的实际情况，而且比壁温指标和蒸汽温度指标灵敏。但在实际使用过程中发现溶解氢表的测量准确性较差，在锅炉给水采用加氧处理时尤为突出，导致溶解氢对壁温超标的指示作用大大削弱。

目前发电厂主蒸汽和再热蒸汽中溶解氢测量以在线溶解氢表为主，该仪表与溶解氧表工作原理类似，是基于电位-电流法的测试技术。在电压一定的条件下，电流与水样中的溶解氢成线性关系。但与溶解氧表相比，采用电位电流法的溶解氢表尚无明确的检验校准，无法保证仪表测量准确性。

目前部分厂家对照溶解氧表采用标准气体法进行校验校准，但发现校准溶解氢表测量值漂移较大，重现性较差，无法满足测量低含量溶解氢的要求。另一方面，部分厂家采用电解法进行检验校准，但是无法保证电解效率的一致性，也就无法确保标准水样的准确性，因此该方法也存在很大争议，无法满足实际要求。

目前部分高参数大容量发电机组均安装了主蒸汽或再热蒸汽溶解氢表，实现了溶解氢的在线监测，但无法对仪表进行检验校准工作，无法保证测量数据的有效性，使仪表丧失了应有的作用。另一方面，在实际运行过程中发现，溶解氢表测量值受水样中的溶解氧影响明显，在部分加氧机组中表现尤为突出，导致溶解氢表测量值变化很大，无法起到指示壁温超标的作用。

公开日为2016年10月26日，公开号为CN106053673A的中国专利中，公开了一种名称为“一种测定锅炉系统水中氢含量的方法及其应用”的发明专利。该专利包括：(1)从锅炉水汽系统的水中取样得到样品；(2)将步骤(1)得到的所述样品进行脱气处理，收集得到平衡气；(3)测定平衡气体积，并采用气相色谱法测定脱气处理得到的平衡气中氢气的浓度；(4)通过脱气处理确定氢气在水中的溶解系数，并根据氢气在水中的溶解系数、平衡气中的氢气浓度、步骤(2)的平衡气体积和步骤(1)得到的样品的体积确定锅炉系统水中溶解氢原始浓度；本发明还涉及上述方法的应用。该发明采用气相色谱法分析水中溶解氢，与本申请所用方法不同。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术中存在的上述不足，而提供一种能够进行高温高压蒸汽中溶解氢含量测量的装置和方法，该装置结构设计合理，可以同时测量水样中溶解氧和溶解氢含量，溶解氧表测量准确就可以保证溶解氢测量结果的准确性，而且测量结果不受溶解氧的影响。

本发明解决上述问题所采用的技术方案是：该高温高压蒸汽中溶解氢含量测量装置，包括用于控制待测水样流量的取样和流量控制单元，所述取样和流量控制单元包括依次相连的取样管道、针阀和流量计，其特征在于：还包括钠型树脂柱、不锈钢三通、注射泵、除盐水箱、溶解氧表流通池、钯催化树脂柱、溶解氧表和可编程序控制器，所述钠型树脂柱与取样和流量控制单元相连，溶解氧表流通池包括溶解氧表流通池一和溶解氧表流通池二，不锈钢三通的一端与钠型树脂柱相连，另外两端分别与溶解氧表流通池一及注射泵出口相连，注射泵的另一端与除盐水箱相连，溶解氧表与溶解氧表流通池通过电极及电极线相连，注射泵通过信号线与可编程序控制器相连，钯催化树脂柱位于两个溶解氧表流通池之间，溶解氧表流通池二排水进入机组排水槽，两个溶解氧电极共用一台变送器，变送器及注射泵通过信号线与可编程序控制器相连并接受可编程序控制器发出的控制信号。

作为优选，本发明所述钠型树脂柱为钠型阳离子交换柱，该钠型树脂柱安装于流量计与不锈钢三通之间，交换柱材质为有机玻璃，钠离子交换树脂为大孔型变色树脂，交换柱长度不小于0.6m，交换柱内水样流速不大于18m/h，交换柱顶部安装有自动排气阀。

作为优选，本发明所述钯催化树脂柱安装在两个溶解氧流通池中间，交换柱材质为有机玻璃，交换柱长度不小于0.6m，交换柱内水样流速不大于18m/h。

作为优选，本发明所述溶解氧表的工作误差不大于3.0μg/L。

作为优选，本发明所述不锈钢三通和除盐水箱为不锈钢材质，除盐水箱体积为100L，注射泵包含两个独立的输液通道，注射器规格不小于50mL，两个输液通道通过可编程序控制器控制自动切换并充液。

作为优选，本发明还包括高温架减温减压器，所述取样管道引出位置位于高温架减温减压器出口。

作为优选，本发明所述取样管道和针阀均为不锈钢材质。

作为优选，本发明所述流量计为有机玻璃材质，其测量范围为0L/h-30L/h。

作为优选，本发明所述可编程序控制器根据溶解氧表测量变化值分析溶解氢含量，同时控制注射泵的启停与切换。

本发明还提供一种高温高压蒸汽中溶解氢含量测量方法，采用权利要求1-9任意一项所述的高温高压蒸汽中溶解氢含量测量装置，其特征在于：步骤如下：从高温取样架减温减压器出口取样，通过针阀和流量计来调节水样流量；水样进入钠型树脂柱后进行离子交换，水样中的氨被全部除去，确保后续钯催化树脂不会发生氨中毒；在不锈钢三通处，注射泵将除盐水箱中的饱和氧除盐水打入水样中以提高水样溶解氧含量；当加氧后的水样流经钯催化树脂柱时，水样中的溶解氧和溶解氢在钯树脂的催化作用下发生反应；钯催化树脂柱前后的溶解氧表检测出反应前后的溶解氧含量变化量；可编程序控制器根据溶解氧表测量值输出水样中溶解氢含量，从而指示当前过热器和再热器是否处于超温状态并给出相应警示信号。

本发明与现有技术相比，具有以下优点和效果：（1）本申请可以同时测量水样中溶解氧和溶解氢含量，溶解氧表测量准确就可以保证溶解氢测量结果的准确性，而且测量结果不受溶解氧的影响；（2）采用溶解氧表作为监测仪器，通过钯催化树脂柱前后的溶解氧含量变化来分析溶解氢含量，属于间接测量法。和直接采用溶解氢表相比，溶解氧表测量技术更加成熟，测量准确性更高，而且基于光学发的溶解氧表基本不需要维护；（3）采用溶解氧作为直接监测对象，溶解氧与溶解氧在催化反应中具备8:1的固定关系，因此用溶解氧含量变化值来分析溶解氢含量时，溶解氢的误差更小，只有溶解氧表测量值的1/8；（4）与溶解氢表相比，溶解氧表目前有成熟的计量校准方法和标准，具有可溯源性，本装置溶解氢测量结果更加可靠；（5）溶解氢表的测量准确性受水样中溶解氧含量影响，但本申请所述的高温高压蒸汽中溶解氢含量测量装置不受蒸汽中的溶解氧含量大小影响。

附图说明

图1是本发明实施例高温高压蒸汽中溶解氢含量测量装置系统示意图。

图中：针阀1，流量计2，钠型树脂柱3，不锈钢三通4，注射泵5，除盐水箱6，溶解氧表流通池7，钯催化树脂柱8，取样管道9，溶解氧表10，可编程序控制器11，高温架减温减压器12，机组排水槽13，溶解氧表流通池一71，溶解氧表流通池二72。

具体实施方式

下面结合附图并通过实施例对本发明作进一步的详细说明，以下实施例是对本发明的解释而本发明并不局限于以下实施例。

实施例。

参见图1，本实施例高温高压蒸汽中溶解氢含量测量装置包括用于控制待测水样流量的取样和流量控制单元、钠型树脂柱3、不锈钢三通4、注射泵5、除盐水箱6、溶解氧表流通池7、钯催化树脂柱8、溶解氧表10和可编程序控制器11，取样和流量控制单元包括依次相连的取样管道9、针阀1和流量计2，钠型树脂柱3与取样和流量控制单元相连，溶解氧表流通池7包括溶解氧表流通池一71和溶解氧表流通池二72，不锈钢三通4的一端与钠型树脂柱3相连，不锈钢三通4的另一端与溶解氧表流通池一71相连，注射泵5的一端与不锈钢三通4相连，溶解氧表10与溶解氧表流通池7相连，除盐水箱6与注射泵5连通，钯催化树脂柱8的一端与溶解氧表流通池一71相连，该钯催化树脂柱8的另一端与溶解氧表流通池二72相连，该溶解氧表流通池二72排水流入机组排水槽13，可编程序控制器11通过信号线与注射泵和5溶解氧表10连接。

本实施例取样管道9引出位置位于高温架减温减压器12出口；取样管道9和针阀1均为不锈钢材质；流量计2为有机玻璃材质，其测量范围为0L/h-30L/h。

本实施例钠型树脂柱3为钠型阳离子交换柱，主要作用为去除水样中的氨，防止钯催化树脂中毒，该钠型树脂柱3安装于流量计2之后不锈钢三通4之前，交换柱材质为有机玻璃，钠离子交换树脂为大孔型变色树脂，交换柱长度不小于0.6m，交换柱内水样流速不大于18m/h，交换柱顶部安装有自动排气阀。

本实施例钯催化树脂柱8负责催化溶解氢与溶解氧发生反应，该钯催化树脂柱8安装在两个溶解氧流通池中间，交换柱材质为有机玻璃，交换柱长度不小于0.6m，交换柱内水样流速不大于18m/h；交换柱内钯催化树脂填满压实，水流方向为下进上出。

本实施例溶解氧表10是分析检测单元，适用于测量超纯水中低含量溶解氧，要求其整机工作误差不大于3.0μg/L，测量原理基于光学方法。

本实施例不锈钢三通4、注射泵5和除盐水箱6是测量装置的辅助单元，安装位置位于钠型树脂柱3之后第一个溶解氧传感器之前，不锈钢三通4和除盐水箱6为不锈钢材质，除盐水箱6体积为大约100L，注射泵5包含两个独立的输液通道，注射器规格不小于50mL，两个输液通道可以由可编程序控制器11控制自动切换并充液。

参见图1，测量装置来水为高温架减温减压器12出水，一般是经过减温减压的过热蒸汽或再热蒸汽。来水通过取样管道9进入针阀1，取样管道9要求为不锈钢材质，但不能含有吸氢或储氢金属。针阀1后连接浮子流量计2，测量水样流量，通过调节针阀1开度控制水样流量大约20L/h左右。

水样经过流量调节后进入钠型树脂柱3，将水样中的氨全部交换去除，防止后续钯催化树脂柱8发生氨中毒，丧失催化活性。钠型树脂柱3顶部有自动排气阀，自动将水样中气泡排除，消除气泡对测量的影响。钠型树脂柱3中树脂采用变色钠离子交换树脂，可以根据树脂颜色变化判断树脂柱状态并及时更换树脂。

为了保证水样中溶解氧含量满足完全反应的需要，需要保证水样中溶解氧含量至少为溶解氢含量的10倍。但在不加氧或采用低氧处理的机组中，过热蒸汽或再热蒸汽的溶解氧含量很低，无法满足要求，因此设置辅助加药单元，提高水样中的溶解氧含量。辅助加药单元由双通道注射泵5和除盐水箱6组成，除盐水箱6体积大约为100L，注射泵5持续将饱和氧除盐水加入水样中，保持水样溶解氧含量至少在50μg/L。辅助加药单元通过不锈钢三通4与主测量流路连接，双通道注射泵的通道切换由可编程序控制器11和注射泵5共同控制。

水样经过不锈钢三通4并加药后先后流经溶解氧流通池7和钯催化树脂柱8，在钯催化树脂的作用下，水样中的溶解氧与溶解氢以固定比例发生反应生成水；由于水样中溶解氧含量过量，溶解氢会反应完全。

在钯催化树脂柱8的进口和出口处设置两台溶解氧流通池7，实时监测钯催化树脂柱8进出水的溶解氧含量。

本实施例溶解氧表10采用光学测量原理，溶解氧流通池7采用不锈钢材质；两支溶解氧电极共用一台溶解氧表变送器，该变送器与可编程序控制器11连接，两者之间以4-20mA电流信号进行信号和数据传输。

本实施例可编程序控制器11与溶解氧表10和注射泵5连接，根据既定程序控制注射泵5两通道的切换和启停；可编程序控制器11接收溶解氧表10测量结果并根据内在公式进行计算，给出水样中的溶解氢含量，再根据溶解氢含量的变化趋势指示当前过热器和再热器是否处于超温状态并给出相应警示信号。

本实施例高温高压蒸汽中溶解氢含量测量的步骤如下：从高温取样架减温减压器出口取样，通过针阀1和流量计2来调节水样流量；水样进入钠型树脂柱3后进行离子交换，水样中的氨被全部除去，确保后续钯催化树脂不会发生氨中毒；在不锈钢三通4处，注射泵5将除盐水箱6中的饱和氧除盐水打入水样中以提高水样溶解氧含量；当加氧后的水样流经钯催化树脂柱8时，水样中的溶解氧和溶解氢在钯树脂的催化作用下发生反应；钯催化树脂柱8前后的溶解氧表10检测出反应前后的溶解氧含量变化量；可编程序控制器11根据溶解氧表10测量值输出水样中溶解氢含量，从而指示当前过热器和再热器是否处于超温状态并给出相应警示信号。

本实施例整个测量装置可以实时测量高温高压蒸汽中溶解氧和溶解氢含量，及时反映过热器和再热器管壁超温情况；在整个测量装置中，取样管道9、针阀1和流量计2构成取样和流量控制单元，确保水样流量在合理范围内；钠型树脂柱3是氧化还原树脂柱的前置保护单元，主要去除水样中的氨，防止氧化还原树脂柱发生氨中毒并丧失活性；钯催化树脂柱8测量装置的核心单元，负责催化溶解氢与溶解氧发生反应；不锈钢三通4、除盐水箱6和注射泵5是测量装置的辅助单元，将除盐水实时加入在线水样中以提高溶解氧含量，确保待测水样中溶解氧含量不少于溶解氢含量的10倍，保证溶解氢在钯催化树脂柱8中反应完全；除盐水箱6和注射泵5构成的辅助单元通过不锈钢三通4与主测量流路连接；溶解氧表10是测量装置的检测单元，分析检测水样中溶解氧在氧化还原树脂柱前后的变化；溶解氧表10作为监测仪器，仪表为双通道配置，连接两个溶解氧电极和溶解氧流通池7。溶解氧流通池7分别位于不锈钢三通4和钯催化树脂柱8之后，直接监测水样中溶解氧含量在钯催化树脂柱8前后的变化；可编程序控制器11是测量装置的分析和控制单元，该可编程序控制器11可以同时接受溶解氧表10和注射泵5的信号，根据溶解氧表10的测量值分析水样中的溶解氢含量，从而指示当前过热器和再热器是否处于超温状态并给出相应警示信号。根据注射泵5的信号，可编程序控制器11控制注射泵5两个注射器的启停和切换，确保实时处于加药状态。

本实施例高温高压蒸汽中溶解氢含量测量装置可以应用于发电厂主蒸汽、再热蒸汽和过热蒸汽中的溶解氢含量监测，可以实时监控过热器和再热器管壁超温情况，对于防止过热器和再热器发生爆管具有重要预警作用。

通过上述阐述，本领域的技术人员已能实施。

此外，需要说明的是，本说明书中所描述的具体实施例，其零、部件的形状、所取名称等可以不同，本说明书中所描述的以上内容仅仅是对本发明结构所作的举例说明。凡依据本发明专利构思所述的构造、特征及原理所做的等效变化或者简单变化，均包括于本发明专利的保护范围内。本发明所属技术领域的技术人员可以对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，只要不偏离本发明的结构或者超越本权利要求书所定义的范围，均应属于本发明的保护范围。