电导率概念及其测定原理、氢电导率

电导率概念及其测定原理电导率是物体传导电流的能力。电导率测量仪的测量原理是将两块平行的极板，放到被测溶液中，在极板的两端加上一定的电势（通常为正弦波电压），然后测量极板间流过的电流。根据欧姆定律，电导率(G)--电阻(R)的倒数，由导体本身决定的。电导率的基本单位是西门子（S），原来被称为欧姆。因为电导池的几何形状影响电导率值，标准的测量中用单位电导率S/cm来表示，以补偿各种电极尺寸造成的差别。单位电导率（C）简单的说是所测电导率（G）与电导池常数(L/A)的乘积.这里的L为两块极板之间的液柱长度，A为极板的面积。水溶液的电导率直接和溶解固体量浓度成正比，而且固体量浓度越高，电导率越大。电导率和溶解固体量浓度的关系近似表示为：1.4μS/cm=1ppm或2μS/cm=1ppm（每百万单位CaCO3）。利用电导率仪或总固体溶解量计可以间接得到水的总硬度值，如前述，为了近似换算方便，1μs/cm电导率=0.5ppm硬度。电导率是物质传送电流的能力，与电阻值相对，单位Siemens/cm(S/cm)，该单位的10-6以μS/cm表示，10-3时以mS/cm表示。但是需要注意：（1）以电导率间接测算水的硬度，其理论误差约20-30ppm（2）溶液的电导率大小决定分子的运动，温度影响分子的运动，为了比较测量结果，测试温度一般定为20℃或25℃（3）采用试剂检测可以获取比较准确的水的硬度值。水的电导率与其所含无机酸、碱、盐的量有一定关系。当它们的浓度较低时，电导率随浓度的增大而增加，因此，该指标常用于推测水中离子的总浓度或含盐量。不同类型的水有不同的电导率。新鲜蒸馏水的电导率为0.2-2μS／cm，但放置一段时间后，因吸收了CO2，增加到2—4μS/cm；超纯水的电导率小于0.10/μS/cm；天然水的电导率多在50—500μS/cm之间，矿化水可达500—1000μS/cm；含酸、碱、盐的工业废水电导率往往超过10000μS/cm；海水的电导率约为30000μS/cm。电极常数常选用已知电导率的标准氯化钾溶液测定。不同浓度氯化钾溶液的电导率(25℃)列于下表。溶液的电导率与其温度、电极上的极化现象、电极分布电容等因素有关，仪器上一般都采用了补偿或消除措施。浓度（mol/L）电导率（μS/cm）0.000114.940.000573.900.001147.00.005717.80.0114130.0227670.0566680.112900水样采集后应尽快测定，如含有粗大悬浮物质、油和脂，干扰测定，应过滤或萃取除去。氢电导率检测及在电厂汽水品质控制中的应用电导率表和硅、钠、氯离子等表可反映水汽中的杂质情况,虽然硅、钠、氯这些表能直接反映水汽中杂质情况,但是,这些仪表维护工作量高,使用可靠性低,因此,影响了这些仪表的投入率和准确率。电导率表是最普遍、最常用的化学试验仪器,在火力发电厂的水汽检测中电导率表被普遍使用。电导率表维护工作量小,使用可靠性高,反映水汽品质变化既准确又灵敏。因此可以从氢电导率变化,结合水质检侧仪表的数据变化分析问题。氢电导率是电厂化学监督中不可忽视的重要手段。１氢电导率检测原理水溶液中的各种正、负离子都具有导电的能力,其导电能力的大小用电导率来表示。电导率与溶液浓度的关系引用了当量电导（λ）,当量电导等于电导率和溶液体积的乘积。不同的电解质溶液,其电导率与浓度的关系曲线,所表现的变化、最高点不同,但是在相对溶液浓度较低的情况下,电导率与溶液浓度为线性比例关系。在火力发电厂热力系统中水汽品质接近纯水,所含有的物质比较简单,并相对稳定,一些常见离子当量电导值如表１。所谓氢电导率,就是将检测水样先通过一个阳离子交换柱,水样中的阳离子被离子交换树脂中的氢交换,通过交换柱的水样留有阴离子和交换下来的氢离子,然后测定电导率。氢电导率（ＣＣ）＝ｆ｛Ｃ［Ｈ+］,Ｃ［ＯＨ-］,Ｃ［Ｃｌ-］,Ｃ［ＨＣＯ３－］,Ｃ［ＮＯ３－］,Ｃ［ＣＯ３２－］,Ｃ［ＳＯ４２－］,Ｃ［ＣＨＣＯＯ-］｝在热力系统水汽检测中,电导率一般采用封闭式检测,以防止外界空气溶入水样对电导率检测结果的影响,电导率能方便地实现在线连续检测,连续检测能及时反映水质变化,电导率检测不需要添加任何试剂。电导率检测流程如图１所示。２氢电导率在热力系统水汽品质控制中的作用２．１氢电导率抑制了氨对水汽品质检测的影响火力发电厂热力系统中为了防止金属腐蚀,普遍采用给水加氨处理。氨是挥发性物质,除了与碳酸反应消耗一部分外也基本上留在热力系统循环,系统中氨含量大约在１～３ｍｇ／Ｌ。而在机组正常运行时,在除盐水、凝结水、蒸汽中的其他杂质成份含量也基本上是微克级,这毫克级的氨造成普通电导率检测不能反映其他杂质成份,所以通过阳离子交换柱将铵根除去后,检测电导率就能准确反映水汽中阴离子的含量。２．２氢电导率对水汽品质变化反应灵敏当水汽中阴离子如:氯离子、硫酸根、乙酸根等的含量发生变化时,电导率能迅速直接地反映出来。而这些阴离子也正是水汽监督的对象。（１）氢电导率能准确反映凝汽器泄漏。例如:以海水作为凝汽器冷却水的某机组,凝汽器发生微量的短时的泄漏,其他在线仪表还没有反映,而氢电导已经有明显的变化,详见图２。（２）能间接反映机组启动阶段的水质情况。机组启动阶段,因为各种原因,热力系统的水汽品质比较差,各种杂质成份多而杂,有些项目没有在线仪表,运行人员无条件检测,试验室化验时间长,不利于启动各阶段的水汽品质的控制。但是,通过对氢电导率和其他杂质的关系试验,氢电导率能间接反映水汽质量,运行人员可以从氢电导率的变化中,判断水质变化,对启动过程进行监督。（３）能灵敏反映锅炉水的氯根等阴离子的变化。当凝结水精除盐混床树脂失效微量漏氯离子或凝汽器微漏,无精除盐混床,从凝结水到给水因为含量变化小,仪表反应变化不明显,而在炉水氯离子浓缩后,检测炉水氢电导率就会有明显变化。图３为某机组在凝结水精除盐有一台混床出水氯离子Ｃｌ-含量从１．１μｇ／Ｌ到７．２μｇ／Ｌ,炉水氯离子含量与氢电导率变化情况。（４）能直接反映蒸汽中低分子有机酸的变化。当精除盐破碎树脂进入锅炉,或含油轴封疏水进入锅炉,或采用有机酸酸洗后锅炉内有残留的洗液等种种原因,使热力系统水汽中含有一定的有机酸,在其他杂质成份正常的情况下,氢电导率能直接反映有机酸的变化。图４为某锅炉刚经过ＥＤＴＡ酸洗,主蒸汽有少量的有机酸（甲酸、乙酸含量大约从１００μｇ／ｋｇ逐渐降到１０μｇ／ｋｇ）,其主蒸汽氢电导率的变化曲线。因此,在排除仪器故障以及离子交换树脂失效、水样流量不稳等情况下,氢电导率的任何变化,都可能有潜在的原因,在化学监督中要引起足够重视,并通过其他检测手段加以确认。另外,氢电导率不会反映钠离子的变化,所以,氢电导率也是氢氧化钠炉水处理或低磷酸盐炉水处理中检测炉水水质的理想工具。３使用氢电导率表的注意事项在热力系统水汽检测中,氢电导仪检测值范围一般都小于１μｓ／ｃｍ,电导率越小越容易受到外界因素的影响,如:外界空气溶入、检测池被污染、水样流量不稳、阳离子交换树脂的再生度低或偏流等,使用中应注意以下几个方面,以保证检测结果的准确性。（１）仪表检验。一般用标准氯化钾溶液进行校验,对于仪器检测范围经常在０～１μｓ／ｃｍ时,标准溶液的电导率最好落在这个范围内,但是这么小浓度的标准溶液,按ＧＢ１２１４７-８９方法在配置过程中,配置水不可避免接触空气,标准溶液的实际电导率值已经不是所需要的值,造成校验会有一定误差。所以,每台机组热力系统取样系统的低量程电导率表,在检验中尽可能用同一个标准溶液、一次校验完成,减少热力系统水汽电导率的相对误差。在电导率大于１０μｓ／ｃｍ时,标准溶液的这些外界影响因素相对而言可以忽略。（２）氢电导率对凝结水精除盐混床离子交换树脂的漏钠变化反映不灵敏。对全挥发性处理的机组,凝结水精除盐混床钠穿透,不能依靠混床出水氢电导来实现监督,需要用钠离子表进行检测。（３）取样管道的严密性要好,水样流量要稳定。取样管路的严密性,直接影响测定数据,尤其是离子交换柱,要防止外漏或内漏。水样流量太小检测数据偏小,水样流量太大检测数据偏大。（４）注意阳离子交换柱的使用情况,不能发生偏流,不能有漏气点,要定期更换树脂。４结束语火力发电厂热力系统水汽中所含有的物质比较简单并相对稳定,在其他化学仪表使用可靠性低的情况下,要重视氢导电率表的作用。根据氢电导率的大小变化,进行水汽控制,是目前最直接、简便、有效的检测手段。它能及时、准确地反映水汽质量的变化,能灵敏地告诉运行人员水质变化的起点,并通过对导电度数据变化规律的分析,可以寻找水汽质量变化的原因。因此,氢电导率表也是实现在线化学监督专家诊断管理系统的最基本检测工具。