高纯水痕量钠在线监测仪制造技术

本实用新型专利技术公开了一种高纯水痕量钠在线监测仪，包括依次连接的进样‑标定系统、火焰原子化系统、光电传感器系统、数据采集系统和嵌入式工控机。火焰原子化系统包括产生高纯氢氧混合气体作为载气的电解纯水氢氧发生器、玻璃同心气动雾化器、雾化室和环形中心多孔燃烧器，载气进入玻璃同心气动雾化器形成负压力场，将来自进样‑标定系统的标定和待测量水样自动吸入雾化室中完成雾化后，输出到环形中心多孔燃烧器点燃，光电传感器系统对钠的特征谱线进行快速扫描，并输出二阶微分调制钠光谱；数据采集系统将二阶微分调制钠光谱的模拟信号转换为数字信号输出到嵌入式工控机。本实用新型专利技术能对高纯水中痕量钠进行在线实时、快速准确的检测。

【技术实现步骤摘要】

本技术涉及在线痕量成分分析仪器领域，尤其涉及一种高纯水痕量钠在线监测仪。
技术介绍
钠离子是火力发电厂、商业核电站给水处理系统、锅炉给水系统、凝结水及凝结水处理系统和蒸汽(饱和汽和过热蒸汽)系统中化学监督的重要指标之一。钠离子对汽轮机的危害已被实验研究和超临界机组运行经验所确认，机组正朝高参数(超临界、超超临界)大容量方向发展。发生在汽轮机内的腐蚀过程已被许多研究所证实，并且有相当数量的爆管，炉管变脆，汽轮机故障都是由于腐蚀造成的。腐蚀过程中有几种相关的化学成分，其中痕量钠离子存在是造成这种问题的直接原因之一。为了保证火力发电厂和商业核电站蒸汽动力设备的安全运行，在线连续监测水和蒸汽系统中的钠离子含量越来越被人们所重视，“控制蒸汽中的钠含量小于1μg/kg”已是超临界火力发电厂、商业核电站化学工作者的共识。目前，国内外用于火力发电厂、商业核电站测定水、汽中Na+含量的方法主要是基于离子选择电极原理的电化学监测仪。离子选择电极技术的理论是基于热力学平衡原理的能斯特(Nerst)方程，通过电极电势和离子浓度(活度)的关系来确定离子浓度(活度)：能斯特方程：其中，E表示测量电势(mV)，E0表示参比电势(mV)，R表示理想气体常数8.31(J/mol·k)，T表示温度(K),n表示离子化学价，F表示法拉第电荷常数(F＝96500C/mol),[Na+]表示钠离子活度(相同温度条件下，在测量痕量钠时可用浓度代替活度)由能斯特方程(1)我们可以看出：在参比电势(E0)稳定的条件下，测量电势(E)和钠离子浓度(活度)的对数值成线性关系，另外该线性曲线的斜率取决于测量介质的温度，零点取决于参比电势(E0)，因此，对于这类钠离子分析仪而言，准确测量测量电势(E)、参比电势(E0)以及测量介质和参比介质的温度(T)是确保测量精准的前提。故基于离子选择电极技术的在线钠表存在的缺点：(1)水样的温度影响影响测量结果的准确性当水温偏离25℃时，温度的变化会严重影响测量结果的准确性,理论上可以通过仪表的温度补偿器自动进行补偿，但是温度比较困难，也增加了仪器的成本和复杂性。(2)水样的pH值影响测量结果的准确性钠离子选择电极对H+的响应比对Na+还敏感，为消除H+对Na+测定的影响，必须用碱化试剂加以抑制，为了保证痕量钠测量的准确性，必须保证水样加碱后的pH值比pNa值大3个单位。目前，几乎所有在线钠离子浓度分析仪都采用添加二异丙胺的方式增加测量介质的pH值从而有效降低H+对Na+浓度测量的影响。而二异丙胺是对环境有严重危害的易燃化学品，吸入蒸气可引起肺水肿，其蒸气对眼睛有刺激性。并且，加入过量的碱化剂会导致测量水样中存在的大浓度NH4+和胺离子对测量结果的影响，碱化剂加药不足将导致H+对测量结果的干扰，调节和控制碱化剂加药系统的加药量必须增加一个复杂的碱化剂调节系统，使得钠的准确测定又增加了一个不确定因素和增加了仪器的成本和复杂性。(3)水样的流速影响测量结果的准确性发电厂给水、凝结水和蒸汽等水样的电导率一般小于0.2μs/cm，近似于“绝缘体”。测量时流动的水样与电极表面摩擦会产生静电荷，并且难以及时导走，这种流动产生的静电荷累积在电极表面使得测量电位偏离能斯特响应电位，严重干扰和影响在线钠表测量结果的准确性和重现性。实验结果表明：水样流速对在线钠表的测量结果的影响是非常大的，实验数据表明：当流速从1L/H变化到4L/H时，测量结果的相对误差从0.4％增大到11％。(4)液接电势影响测量结果的准确性液接电位是由两种组分不同或组分相同但浓度不同的溶液相接触时接触界面内外两侧离子扩散速率不同所产生的。当液接电位ΔE每产生1mV的电位误差时，就会给在线钠表带来3.9％的测量相对误差，而实际在线钠电极测量系统的液接电位往往高达几十毫伏，可见由此引起的测量误差是非常大的。因此，基于离子选择电极的在线钠表的测量结果的准确度受水样的温度、pH值、流速、和液接电势的影响，对于极低浓度范围内的钠的测定，测量结果是几乎不变的随机数字，不能对高纯水中痕量钠进行在线实时、准确快速的检测。
技术实现思路
有鉴于此，本技术的目的在于提供二阶微分火焰发射光谱高纯水痕量钠在线监测仪,以解决不能对高纯水中痕量钠进行在线实时准确快速的检测的技术问题。本技术解决上述技术问题所采用的技术方案如下：本技术实施例提供的一种高纯水痕量钠在线监测仪，包括依次连接的进样-标定系统、火焰原子化系统、光电传感器系统、数据采集系统和嵌入式工控机，其特征在于，火焰原子化系统包括玻璃同心气动雾化器11、雾化室13、环形中心多孔燃烧器14和电解纯水氢氧发生器23，其中：电解纯水氢氧发生器23将固体聚合物电解质电解纯水制氢氧，产生高纯氢氧混合气体输入到玻璃同心气动雾化器11作为载气；载气进入玻璃同心气动雾化器11的雾化喷嘴喉部形成负压力场，将来自进样-标定系统的标定和待测量水样自动吸入雾化室13中完成雾化、混合和液滴分离后，输出到环形中心多孔燃烧器14的中心多孔燃烧头的出口上方点燃，从而形成辐射589.0nm钠的特征谱线；光电传感器系统对钠的特征谱线进行快速扫描，并输出去除背景干扰后的二阶微分调制钠光谱；数据采集系统采集二阶微分调制钠光谱的模拟信号，并转换为数字信号输出到嵌入式工控机以进行实时监测和控制。优选的，进样-标定系统包括：恒液位溢流水样杯6，恒液位溢流水样杯6的水样进水管5从恒液位溢流水样杯6的顶部溢流口插入到恒液位溢流水样杯6的底部，水样进水管5的出口比雾化器进样毛细管7的入口低第一预设的高度差,雾化器进样毛细管7从恒液位溢流水样杯6的底部连接到火焰原子化系统的玻璃同心气动雾化器11的水样入口。优选的，进样-标定系统还包括：标定用高位高纯水杯1、标定用高位标准水样杯2、标定切换阀3、进样三通阀4、固定槽8和溢流集水杯9，以及来自锅炉水汽取样架的水样入口调节阀10；其中：恒液位溢流水样杯6通过固定槽8安装在溢流集水杯9中；标定切换阀3是一个2位3通电磁阀，其三个通道分别连接标定用高位高纯水杯1、标定用高位标准水样杯2和进样三通阀4；进样三通阀4的另外两路分别连通水样入口调节阀10和水样进水管5。优选的，标定用高位高纯水杯1和标定用高位标准水样杯2是敞口下开口的聚乙烯容器，聚乙烯容器的底部是锥形漏斗结构，底部与雾化器进样毛细管7的入口的高差为第二预设的高度差。优选的，环形中心多孔燃烧器14包括：设置在环形中心多孔燃烧器14的中间管道的顶部出口处的中心多孔燃烧头25、设置在环形中心多孔燃烧器14的底部的中央预混合气通道28和净化空气入口16、设置在中心多孔燃烧头25周围的净化空气环形通道26、净化空气环形通道26与净化空气入口16连通，中心多孔燃烧头25为均匀分布三排直径相同的小孔的纯钛圆板，燃烧混合气体从中央预混合气通道28沿管道上升至顶部出口从中心多孔燃烧头25的小孔流出并点燃。优选的，火焰原子化系统还包括：聚光反射镜17和入射聚光镜18，入射聚光镜18正对着火焰中心，火焰中心的背后垂直安置一块的精制镀膜凹面聚光反射镜17，凹面聚光反射镜17反射形成的反射光和火焰中心15发射的光谱信号叠加在一起进入入射聚光镜18，入射聚光镜18正对着本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种高纯水痕量钠在线监测仪，包括依次连接的进样‑标定系统、火焰原子化系统、光电传感器系统、数据采集系统和嵌入式工控机，其特征在于，所述火焰原子化系统包括玻璃同心气动雾化器(11)、雾化室(13)、环形中心多孔燃烧器(14)和电解纯水氢氧发生器(23)，其中：所述电解纯水氢氧发生器(23)将固体聚合物电解质电解纯水制氢氧，产生高纯氢氧混合气体输入到所述玻璃同心气动雾化器(11)作为载气；所述载气进入玻璃同心气动雾化器(11)的雾化喷嘴喉部形成负压力场，将来自进样‑标定系统的标定和待测量水样自动吸入雾化室(13)中完成雾化、混合和液滴分离后，输出到环形中心多孔燃烧器(14)的中心多孔燃烧头的出口上方点燃，从而形成辐射589.0nm钠的特征谱线；所述光电传感器系统对钠的特征谱线进行快速扫描，并输出去背景干扰后的二阶微分调制钠光谱；所述数据采集系统采集二阶微分调制钠光谱的模拟信号，并转换为数字信号输出到嵌入式工控机以进行实时监测和控制。

【技术特征摘要】
1.一种高纯水痕量钠在线监测仪，包括依次连接的进样-标定系统、火焰原子化系统、光电传感器系统、数据采集系统和嵌入式工控机，其特征在于，所述火焰原子化系统包括玻璃同心气动雾化器(11)、雾化室(13)、环形中心多孔燃烧器(14)和电解纯水氢氧发生器(23)，其中：所述电解纯水氢氧发生器(23)将固体聚合物电解质电解纯水制氢氧，产生高纯氢氧混合气体输入到所述玻璃同心气动雾化器(11)作为载气；所述载气进入玻璃同心气动雾化器(11)的雾化喷嘴喉部形成负压力场，将来自进样-标定系统的标定和待测量水样自动吸入雾化室(13)中完成雾化、混合和液滴分离后，输出到环形中心多孔燃烧器(14)的中心多孔燃烧头的出口上方点燃，从而形成辐射589.0nm钠的特征谱线；所述光电传感器系统对钠的特征谱线进行快速扫描，并输出去背景干扰后的二阶微分调制钠光谱；所述数据采集系统采集二阶微分调制钠光谱的模拟信号，并转换为数字信号输出到嵌入式工控机以进行实时监测和控制。2.根据权利要求1所述的高纯水痕量钠在线监测仪，其特征在于，进样-标定系统包括：恒液位溢流水样杯(6)，所述恒液位溢流水样杯(6)的水样进水管(5)从恒液位溢流水样杯(6)的顶部溢流口插入到恒液位溢流水样杯(6)的底部，水样进水管(5)的出口比雾化器进样毛细管(7)的入口低第一预设的高度差,雾化器进样毛细管(7)从恒液位溢流水样杯(6)的底部连接到火焰原子化系统的玻璃同心气动雾化器(11)的水样入口。3.根据权利要求2所述的高纯水痕量钠在线监测仪，其特征在于，进样-标定系统还包括：标定用高位高纯水杯(1)、标定用高位标准水样杯(2)、标定切换阀(3)、进样三通阀(4)、固定槽(8)和溢流集水杯(9)，以及来自锅炉水汽取样架的水样入口调节阀(10)；其中：恒液位溢流水样杯(6)通过固定槽(8)安装在溢流集水杯(9)中；标定切换阀(3)是一个2位3通电磁阀，其三个通道分别连接标定用高位高纯水杯(1)、标定用高位标准水样杯(2)和进样三通阀(4)；进样三通阀(4)的另外两路分别连通水样入口调节阀(10)和水样进水管(5)。4.根据权利要求3所述的高纯水痕量钠在线监测仪，其特征在于：标定用高位高纯水杯(1)和标定用高位标准水样杯(2)是敞口下开口的聚乙烯容器，聚乙烯容器的底部是锥形漏斗结构，底部与雾化器进样毛细管(7)的入口的高差为第二预设的高度差。5.根据权利要求1所述的高纯水痕量钠在线监测仪，其特征在于，环形中心多孔燃烧器(14)包括：设置在环形中心多孔燃烧器(14)的中间管道的顶部出口处的中心多孔燃烧头(25)、设置在环形中心多孔燃烧器(14)的底部的中央预混合气通道(28)和净化空气入口(16)、设置在中心多孔燃烧头(25)周围的净化空气环形通道(26)、净化空气环形通道(26)与净化空气入口(16)连通，中心多孔燃烧头(25)为均匀分布三排直径相同的小孔的纯钛圆板，燃烧混合气体从中央预混合气通道(28)沿管道上升至顶部出口从中心多孔燃烧头(25)的小孔流出并点燃。6.根据权利要求1所述的高纯水痕量钠在线监测仪，其...

【专利技术属性】
技术研发人员：李敬业，李韬弘，李韬霖，
申请(专利权)人：深圳市爱诺实业有限公司，
类型：新型
国别省市：广东;44