Теплообменные аппараты ТТАИ
Сочетают в себе преимущества кожухотрубных и пластинчатых теплообменников без их недостатков.
РосТепло.ru - Информационная система по теплоснабжению
РосТепло.ру - всё о теплоснабжении в России

Амперометрические приборы. Сегодняшний день и перспективы развития

А.К. Родионов, главный конструктор,
ООО «ВЗОР», г. Нижний Новгород

В теплоэнергетике востребованы анализаторы растворенного кислорода и водорода. Концентрация кислорода является нормируемым показателем, так, например, для ТЭЦ ее минимальные допустимые пороговые значения составляют: 10 мкг/дм3 [1]. Концентрация растворенного водорода на ТЭЦ не нормируется, но ее измерение позволяет фиксировать появление таких нежелательных процессов, как поступление органических примесей, утечек водорода из контура охлаждения генератора, развитие интенсивных процессов высокотемпературной коррозии.

Проблематика разработки и серийного производства подобных анализаторов для теплоэнергетики заключается не только в том, что прибор должен обеспечивать надежное измерение растворенного газа весьма малой концентрации, но и в том, что подобные измерения должны проводиться достаточно быстро. Как показывает практика, время единичного измерения не должно превышать 3 мин. Только в этом случае оказывается возможным проведение оперативного ручного контроля на нескольких десятках контрольных точках ТЭС. Быстродействие требуется и при работе по налаживанию деаэраторов.

Приборы, использующие амперометрические датчики, характеризуются высокой линейностью в широком диапазоне измеряемых концентраций газов, чувствительностью на уровне следовых значений, надежностью, относительной простотой конструкции и дешевизной. Использование специальных газодиффузионных мембран, непроницаемых для воды и многих растворенных в ней веществ, позволяет существенно повысить надежность датчика и его метрологические параметры.

Разработанная ООО «ВЗОР» новая конструкция датчиков позволяет использовать достаточно толстую фторопластовую мембрану с практически неограниченным сроком службы. Датчик оказывается полностью герметичным и способным эффективно работать как в жидкой (водной) среде, так и на воздухе. Резко снижается влияние различного рода загрязнений, которые в датчиках старой конструкции в определенной степени проникали в электродное пространство датчика и ухудшали его работу (снижали скорость реакции). Годовая эксплуатация нового датчика в жестких реальных условиях показала, что в этот срок не требуются какие-либо регламентные работы с датчиком. Замена мембраны (которая может быть случайно разорвана острым предметом) существенно упростилась и может быть выполнена буквально за секунды. Фторопластовая мембрана является гидрофобной, а значит менее подверженной возможности загрязнения.

Актуальной задачей для анализаторов кислорода, в особенности для переносных приборов, являлась задача полного исключения пластиковых шлангов, подводящих пробу к датчику. Материал подобных шлангов растворяет в себе кислород воздуха. В дальнейшем этот кислород, накопленный в стенках шланга, диффундирует в проходящую по шлангу контролируемую среду и может сильно исказить измеряемую концентрацию кислорода. Кроме того, величина этой добавки кислорода из шланга будет зависеть от многих трудноконтролируемых параметров. В частности, и от скорости потока пробы, и от длительности пропускания пробы по шлангу (длительности наблюдения), и от длительности пребывания шланга на воздухе перед проведением измерения. Практика показывает, что для снижения влияния этого фактора требуется использовать по возможности более короткие шланги и работать на относительно больших потоках пробы. Так рекомендуемые потоки составляли величину не менее 300 см3/мин, а длина шланга - менее 0,5 м. Подобный поток пробы не всегда удается обеспечить на практике. Очевидно, что идеальным решением является использование металлического подводящего трубопровода, не сорбирующего в себе газы. Но для переносного прибора подобное решение представляется нереальным. Для стационарного прибора оно нашло свое практическое воплощение в новой разработке.

Для переносного прибора нашими специалистами было предложено решение, полностью исключающее применение каких-либо подводящих магистралей [2,3]. Сам датчик с проточной кюветой устанавливается непосредственно на трубу пробоотборника. Испытания подобной системы показывают, что измерение малых концентраций кислорода (на уровне 3 мкг/дм3) оказываются возможными при потоках от 20 см3/мин. Время измерения при этом не зависит от потока и определяется только быстродействием датчика - как правило, менее 3 мин.

Как показывает опыт, практически единственным вариантом исполнения индикаторного электрода кислородного датчика является вариант электрода из платины, впаянной в стекло. В подобном спае отсутствует зазор между металлом и стеклом, в котором может накапливаться кислород. Кроме того, спай платина- стекло способен работать в широком диапазоне рабочих температур (от 0 до 100 ОС).

Датчик растворенного водорода по конструкции практически совпадает с кислородным датчиком. Индикаторный электрод тоже является платиновым, в силу того, что только платина способна работать в качестве анода. Проблемы мешающего влияния окружающего воздуха в данном случае не существует - в атмосфере отсутствует водород в чистом виде. Поэтому для тех целей, для которых используется анализатор водорода на ТЭС, датчик оказывается несколько проще в реализации, чем кислородный.

Достигнутые на сегодняшний день характеристики приборов с амперометрическими датчиками кислорода и водорода можно характеризовать следующими показателями. Чувствительность анализаторов кислорода находится на уровне 1 мкг/дм3, анализаторов водорода -0,5 мкг/дм3. Время реакции анализатора кислорода при переносе датчика с воздуха в нулевой (бескислородный) раствор - менее 3 мин (падение показаний индикатора в 3 тыс. раз до уровня 3 мкг/дм3).

Важным вопросом для любого прибора и датчика является вопрос линейности измерительной характеристики. Линейная измерительная характеристика позволяет осуществлять градуировку по двум контрольным точкам и гарантирует постоянную чувствительность во всем измерительном диапазоне.

Проверка линейности в диапазоне малых концентраций представляет определенную техническую проблему, связанную, как правило, с отсутствием эталонов для этого диапазона.

ООО «Взор» была разработана специальная методика, позволяющая проверять линейность прибора (датчика) в широком диапазоне измерений, включая и диапазон предельно малых концентраций [4]. Проведено подробное исследование кислородного датчика. Его линейность была зафиксирована на уровне 0,5% измеряемого значения. Сам принцип проверки линейности и разработанная методика могут быть использованы для проверки этого параметра как для кислородомеров, так и для других анализаторов.

Дальнейшее совершенствование амперометрических датчиков направлено, в первую очередь, на повышение их эксплуатационных характеристик. В частности - на повышение надежности, уменьшение эксплуатационных затрат, расширение пределов допустимых параметров контролируемой среды.

Работоспособность новых амперометрических датчиков при избыточном гидростатическом давлении позволяет в принципе рассматривать вопрос реализации датчика, способного работать при повышенной температуре контролируемой среды (например, свыше +100 ОС). Решение этой задачи связано с заменой некоторых конструктивных материалов датчиков.

В целом можно отметить, что амперометрические датчики кислорода и водорода, являющиеся в настоящее время основой целого класса аналитических приборов в теплоэнергетике, не теряют своей актуальности и для аналитики ближайшего будущего. Разработка новых конструкций, использование новых материалов и новых технических решений позволяет повысить качество измерений, надежность работы аналитического оборудования, а также эффективно решать те задачи, которые сегодня еще не находят удовлетворительного решения.

Литература

1. СО 153-34.20501 -2003. Правила технической эксплуатации электрических станций и сетей Российской Федерации. - М.: СПО ОРГРЭС.

2. Патент RU № 146155 U1 МПК G01N 27/00. Измерительная система/А.К. Родионов, А.С. Конашов//Изобретения. 2014. № 28.

3. Патент RU № 153468 U1 МПК G01N 27/28. Измерительная система/А.К. Родионов, А.С. Конашов//Изобретения. 2015. № 20.

4. Родионов А.К. Методика измерения метрологических характеристик датчика растворенного кислорода. // Теплоэнергетика. 2009. № 7. С. 2-6.

А.К. Родионов, Амперометрические приборы. Сегодняшний день и перспективы развития

Источник: Журнал «Новости теплоснабжения» №4 (188) 2016 г. , www.rosteplo.ru/nt/188

Оставить комментарий

Тематические закладки (теги)

Тематические закладки - служат для сортировки и поиска материалов сайта по темам, которые задают пользователи сайта.

Похожие статьи: