炉水中磷酸根检测方案(其它水分测定)

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基于嵌入式系统在线磷酸根监测仪的方案 0引言 在火力发电厂中,炉水磷酸根含量的直接影响峒炉和汽轮机的安全经济运行。由于给水不可避免地会把一些杂质带入锅炉内,为保证锅炉内的品质,必须对锅炉内工质进行化学处理。比较广泛的办法是采用磷酸盐处理方法,它既可以防垢，又可以使炉水保持碱性,中和因凝汽器泄露在锅炉内产生的酸。但是,炉水磷酸盐过高,在高参数锅炉条件下,磷酸三钠本身可能产生游离氢氧化钠。另外,当炉水纯度很高时,加人的磷酸盐完全以磷酸三钠的形式存在。炉水局部浓缩时,浓磷酸三钠溶液将破坏容器四氧化三铁保护膜。因此,对于高参数锅炉,当给水硬度很于<3 umol/L时,采用磷酸盐处理,应使炉水的磷酸根含量保持在较低的水平,一般在14.7 MPa级锅炉中为0.3~ 3 mg/L"。过高的磷酸盐处理势必增加炉水含盐量，使锅炉内和汽机沉积物增加。因此,为保证热力设备经济稳定运行,必须加强炉水磷酸根含量监测,以控制炉水磷酸根含量在合理的范围内。 目前,电厂主要使用进口磷酸根在线监测分析仪,其特点是价格昂贵,操作复杂,维护困难。并且是非中文菜单,对操作维护人员要求高,易出现操作错误。同时,由于国内产品精度较低,稳定性较差,导致应用较少。基于上述原因,该设计采用光机电一体化,研制开发了基于嵌入式系统高精度多通道在线磷酸根离子监测仪。 磷酸根测量原理 理是在一定的酸度下,磷酸盐与钼酸铵作用,生成磷钼黄。此颜色的深浅与水中馔酸盘的浓应度的乖积成正比2。 式中:A为吸光度;环为入射光强度;1为透过光强度;c为有色溶液的浓度;L为溶液的厚度;K为吸光系数。 具体化学反应方程式如下(P,0,·V,0,·22MoO。为磷钼黄): 2系统整体设计 磷酸根离子在线监测仪的硬件采用模块化设计思想,将整个系统分为水路系统、光路系统和管理控制系统3个部分。仪器整体结构框图如图1所示。 2.1光路系统 光路系统主要由光源,比色皿与光电传感器3部分构成。根据磷钼黄的吸光特性,选择420nm波长的单色光,同时为了有效排除光源变化,光电池特性变化的影响,采用专用单色冷光源。使用参比光和测量光双光束光路系统,进行有效的测量补偿,提高测量精度。 2.1水路系统 水路系统包括比色皿,柱塞泵,多通道切换阀,溢流杯,流量计.排污阀.溢流管﹑过滤器等组成。采用溢流杯保持样水压力恒定,采用柱塞泵进样方式保证进样量准确,稳定。同时,通过合理布局使管路长度最小,减少管路的延时,从而提高系统测量的稳定性。 2.3管理控制系统 该系统以嵌入式微处理器为核心,实现检测.控制、管理整个系统;利用CPLD控制光电、水路系统,实现6路磷酸根循环检测及报警功能;实现六路4~ 20mA标准信号输出和比色皿恒度控制,如图1所示。 管理控制系统硬件电路采用模块化设计思想,包括核心板电路模块.控制电路模块.信号调理与转换电路模块,通讯电路模块、人机接口电路模块,实时时钟电路模块等。 由于磷酸根在线监测仪用于工业现场,环境较差,并且需要全天候运行,因此本系统选用工业级嵌人式微处理器作为核心器件["。该处理器具有一个高性能的32位RISC体系结构,拥有高密度的16位指令集和极低的功率消耗。并且具有直接连接片内内存,通过完全可编程的外部总线接口(EBI)。一个8级别优先向量中断控制器,与外围数据控制器显着地改善实时性能的装置。采用高密度CMOS制造技术,集成处理器核心，片上高速存储器及各种外围功能在一块芯片上。提供了~一个灵活的、高效的嵌人式控制应用解决方案。 其中,在核心板模块扩展了1MB的SRAM 和2MB的 flash,SRAM主要用于运行操作系统和应用程序, flash 主要用于存储引导程序、系统程序.文件系统和数据记录。 4系统软件设计 该系统采用多控制器实现，以嵌入式微处理器为核心,完成系统的管理、控制、显示等功能。同时由于该系统用于在线监测,要求系统的稳定性、可靠性,实时性较高,因此本系统采用嵌入式实时操作系统uC/os-且对多任务的分配与管理。 4.1嵌入式实时操作系统uC/os- m uC/oS-是一个完整的,开源的,可移植、固化,裁剪的占先式实时多任务内核"。程序代码量很小,仅7~8 KB,绝大部分代码采用ANSIC编写,便于移植。其稳定性与安全性已经同过了美国联邦航空管理局的认证。 使用uC/OS设计软件系统首先要实现uC/OS在硬件应用平台上的移植,主要是完成对OS_CPU_C. C,oS_CPU_A.ASM等几个与处理器相关文件的修改,目前已经在数十种处理器上移植成功“。 基于uC/oS- II的应用程序开发,首先根据系统功能合理划分任务,确定任务间的通信机制。每个任务都是相对独立的子模块,有唯-的优先级和自己的堆栈空间。每个任务均处于休眠态.就绪态.运行态,挂起态及被中断态等5种状态中的一种。内核在一个定时中断函数中查询进人就绪态队列的优先级最高的任务,然后把当前任务挂起,保存现场,执行该任务。各个任务间根据信号量,消息邮箱、队列等通信方式传递信息。4.2任务划分 基于uC/ os-II编写应用程序主要的工作是划分任务和分配优先级及任务之间信息的传递。设计中,将整个系统划分为如下几个部分:测量信号输人(快速中断FIQ)、触摸屏输人(外部中断IRQ0), USB通信(外部中断IRQ1)、4 ~20 mA标准电流输出及PID温度控制(串行中断UARTO ), MODBUS通信（串行中断UART1).按键输人(定时中断TimeO ) 、 Watchdog 中断、文件管理、用户图形界面显示,CPLD控制管理及输出报警等任务。ROS任务管理如图2所示。 应用程序设计 该系统为多通道循环检测多路样水磷酸根的含量,利用标准C语言设计,其检测流程图如图3所示。 5实验与数据处理 5.1线性实验 在室温环境下,分别配制0.5、1.0、2.0,5.0 mg/L的标准磷溶液,仪器校准后对各种标准磷溶液和原子水进行测量,记录数据(单位:mg/L)如表1所示。 根据表测量数据,按照被测标液浓度和测量值的平均值进行一元线性分析回归分析。如图4所示的一元线性拟合直线。 斜率为1.0003 ,截距为0.0022,标准差为0.002638,相关系数r 为0. 999999。自由度为4,r在α =0.01水平上显著性检验,α(0.01 )=0.959 ,即r >c(0.01)。因此,x与y线性关系密切。 5.2稳定性实验 当仪器稳定后记录10个数据,3天分别记录3组数据。11月2,3、4日3天测量记录如表2所示。 通过对记录测量数据计算可知:最大值与最小值之差为0. 038 mg/L,波动小于0.050 mg/L;标准差为0.0106,远远小于高参数大容量机组对锅炉水磷酸根的要求0.3 ~0. 5 mg/L. 6结束语 通过实验和现场应用表明,该系统成功应用于工业现场，智能化程度高,工作稳定,精度高,线性误差为0.2%FS或±0.020 mg/L,重复性好,达到1%FS· 24 h或±0.020 mg/L,易维护。完全可以满足高参数大容量机组对锅炉水微量磷酸根在线监测的要求。同时,可以满足不同行业对低磷酸根离子检测的需要。 在火力发电厂中,炉水磷酸根含量的直接影响峒炉和汽轮机的安全经济运行。由于给水不可避免地会把一些杂质带入锅炉内,为保证锅炉内的品质,必须对锅炉内工质进行化学处理。比较广泛的办法是采用磷酸盐处理方法,它既可以防垢，又可以使炉水保持碱性,中和因凝汽器泄露在锅炉内产生的酸。但是,炉水磷酸盐过高,在高参数锅炉条件下,磷酸三钠本身可能产生游离氢氧化钠。另外,当炉水纯度很高时,加人的磷酸盐完全以磷酸三钠的形式存在。炉水局部浓缩时,浓磷酸三钠溶液将破坏容器四氧化三铁保护膜。因此,对于高参数锅炉,当给水硬度很于<3 umol/L时,采用磷酸盐处理,应使炉水的磷酸根含量保持在较低的水平,一般在14.7 MPa级锅炉中为0.3~ 3 mg/L"。过高的磷酸盐处理势必增加炉水含盐量，使锅炉内和汽机沉积物增加。因此,为保证热力设备经济稳定运行,必须加强炉水磷酸根含量监测,以控制炉水磷酸根含量在合理的范围内。目前,电厂主要使用进口磷酸根在线监测分析仪,其特点是价格昂贵,操作复杂,维护困难。并且是非中文菜单,对操作维护人员要求高,易出现操作错误。同时,由于国内产品精度较低,稳定性较差,导致应用较少。基于上述原因,该设计采用光机电一体化,研制开发了基于嵌入式系统高精度多通道在线磷酸根离子监测仪。