基于流动注射分析及软测量技术的锅炉水质检测装置

摘要

本发明涉及一种基于流动注射分析及软测量技术的锅炉水质检测装置，其主要采用蒸馏水容器、锅炉水样本溶液容器、标准酸溶液容器分别通过软管与第一十六通阀连接；第一十六通阀通过软管依次与蠕动泵、第二十六通阀、电导电极、pH电极、氯离子电极连接，所述氯离子电极与废液杯连接；所述中央控制系统分别与第一十六通阀、蠕动泵、第二十六通阀、电导电极、pH电极及氯离子电极连接。本发明通过中央数据处理系统采集流动注射分析系统中电导电极、pH电极、氯离子电极的信号实现对锅炉水电导率、pH值、氯离子浓度等多种水质参数的测定，且该发明可根据pH电极测量得到的电压值信号，利用软测量技术能同时实现对锅炉水总碱度的快速、有效地测定。

说明书

技术领域

本发明涉及一种水质检测装置，尤其是涉及锅炉水电导率、pH值、氯离子浓度及锅炉水总碱度的在线测量装置，属于水质检测技术领域。

背景技术

锅炉作为工业企业最重要的热交换装置，提供生产过程所必需的热能及蒸汽，锅炉水汽系统中水的品质，是影响锅炉及热力设备安全、企业能耗的重要因素之一。为了保证锅炉水汽循环系统不发生腐蚀、结垢和积盐等情况，锅炉水需要经过严格的水质监控，以保证锅炉水质符合国家标准。工业锅炉的水质状况在很大程度上决定了锅炉的运行状态，其中锅炉水的电导率、pH值、氯离子浓度及总碱度等都是锅炉水质检测过程中经常需要检测的参数。而在诸多影响锅炉水品质的因素中，其中合适的锅炉水总碱度对锅炉的防垢、防腐蚀等都有着重要的意义。

随着科学技术的进步，一些先进的水质检测设备也相应地被应用到锅炉水质检测领域，例如电导率仪等。它们在锅炉水质检测方面有着传统方法无法比拟的优点，但它们却都只能单一的测定锅炉水质的某一项参数，而没有能够对其它锅炉水质参数进行集中的测定。

特别是针对锅炉水总碱度的检测方面，在绝大多数的工业场合还是沿用传统的手工滴定的方法，即指示剂滴定法。国家行业标准工业锅炉水质规范GB1576-2008所用指示剂滴定法在测定锅炉水总碱度时通常使用硫酸作为标准溶液，辅助以甲基橙和酚酞指示剂，根据酸碱中和的原理，在滴定过程中通过判断混合溶液颜色的变化来判断滴定的终点，而后根据消耗的标准酸溶液的体积来计算锅炉水的总碱度。这些传统的手工滴定方法大多需要不断地移取锅炉水水样来进行化学定量分析，这些操作不但繁琐费时，而且在滴定终点的判断等环节上更容易引入一些人为的误差。

因此设计相应的锅炉水水质在线检测系统，不仅对于锅炉的安全运行和提高锅炉的热效率有着非比寻常的意义，同时也是全国广大锅炉用户的共同愿望。

发明内容

本发明的目的在于克服上述不足之处，提供一种基于流动注射分析及软测量技术的锅炉水质检测装置，该检测装置通过中央数据处理系统采集流动注射分析系统中电导电极、pH电极、氯离子电极的信号实现对锅炉水电导率、pH值、氯离子浓度等多种水质参数的测定，且该可根据pH电极测量得到的电压值信号，利用软测量能同时实现对锅炉水总碱度的快速、有效地测定。

按照本发明提供的技术方案，基于流动注射分析及软测量技术的锅炉水质检测装置，包括蒸馏水容器，锅炉水样本溶液容器，标准酸溶液容器，废液杯、第一十六通阀、蠕动泵、第二十六通阀、电导电极、pH电极、氯离子电极，所述蒸馏水容器，锅炉水样本溶液容器，标准酸溶液容器分别通过软管与第一十六通阀连接；第一十六通阀通过软管依次与蠕动泵、第二十六通阀、电导电极、pH电极、氯离子电极连接，所述氯离子电极与废液杯连接；所述中央控制系统分别与第一十六通阀、蠕动泵、第二十六通阀、电导电极、pH电极及氯离子电极连接；所述蠕动泵及第一十六通阀由流动注射分析系统的中央控制系统控制；所述第一十六通阀、第二十六通阀由中央控制系统控制其转动的角度，中央控制系统通过采集得到的信号得出锅炉水样本溶液的pH值、氯离子浓度及总碱度。

作为本发明的进一步改进，所述第一十六通阀包括定子及转子，所述定子上设有八个定子上位孔；所述转子上设有八个转子下位孔；转子与定子转动连接，所述八个定子上位孔与八个转子下位孔相对应连通。

作为本发明的进一步改进，其中所述的八个定子上位孔中第八个定子上位孔与蒸馏水容器相连，第一个定子上位孔与锅炉水样本溶液容器相连，第二个定子上位孔与标准酸溶液容器相连；在八个转子下位孔中第一个转子下位孔与蠕动泵相连。

作为本发明的进一步改进，所述第二十六通阀包括定子及转子，所述定子上设有八个定子上位孔；所述转子上设有八个转子下位孔；转子与定子转动连接，所述八个定子上位孔与八个转子下位孔相对应连通。

作为本发明的进一步改进，其中所述的八个定子上位孔中第一个定子上位孔与蠕动泵相连，第五个定子上位孔与电导电极相连；在八个转子下位孔中第一个转子下位孔与第五个转子下位孔相连，第二个转子下位孔与第六个转子下位孔相连。

作为本发明的进一步改进，所述检测的锅炉水质参数包括电导率、pH值、氯离子浓度及总碱度。

作为本发明的进一步改进，所述标准酸溶液容器中标准酸溶液选择0.001mol/L的盐酸溶液。

本发明与已有技术相比具有以下优点：

本发明通过流动注射分析系统实现对锅炉水电导率、pH值、氯离子等多种水质参数的同时测量，特别针对锅炉水质检测分析、锅炉水总碱度的检测，在流动注射分析的基础上利用软测量技术实现对锅炉水总碱度的快速、有效的检测；避免了繁琐的人工滴定过程，提高了检测精度，对锅炉的安全运行及热效率的提高都有着重要的意义。

附图说明

图1为本发明的具体实施例的系统连接图。

图2为第一十六通阀的定子结构示意图。

图3为第一十六通阀的转子结构示意图。

图4为第一十六通阀的定子、转子组装结构示意图。

图5为第二十六通阀的定子结构示意图。

图6为第二十六通阀的转子结构示意图。

图7为第二十六通阀的定子、转子组装结构示意图。

图8为中央控制系统连接示意图。

图9为测定锅炉水样本溶液中电导率的曲线。

图10为测定锅炉水样本溶液中pH值的曲线。

图11为测定锅炉水样本溶液中氯离子浓度的曲线。

图12为测定锅炉水样本溶液中总碱度的FIA峰曲线。

具体实施方式

下面本发明将结合附图中的实施例作进一步描述：

如图1～图7所示，包括 蒸馏水容器1，锅炉水样本溶液容器2，标准酸溶液容器3，废液杯4、第一十六通阀5、蠕动泵6、第二十六通阀7、电导电极8、pH电极9、氯离子电极10。所述蒸馏水容器1，锅炉水样本溶液容器2，标准酸溶液容器3分别通过软管与第一十六通阀5连接；第一十六通阀5通过软管依次与蠕动泵6、第二十六通阀7、电导电极8、pH电极9、氯离子电极10连接，所述氯离子电极10与废液杯4连接；所述中央控制系统11分别与第一十六通阀5、蠕动泵6、第二十六通阀7、电导电极8、pH电极9及氯离子电极10连接；所述蠕动泵6及第一十六通阀5由流动注射分析系统的中央控制系统11控制；所述第一十六通阀5、第二十六通阀7由中央控制系统11控制其转过的角度。中央控制系统11通过采集得到的信号得出锅炉水样本溶液的pH值、氯离子浓度及总碱度。

本发明中所述蒸馏水容器1內装有蒸馏水，所述锅炉水样本溶液容器2內装有锅炉水样本溶液，所述标准酸溶液容器3內装有标准酸溶液，所述标准酸溶液容器3中标准酸溶液选择0.001mol/L的盐酸溶液。

如图2～图4所示，所述第一十六通阀5包括定子5-1及转子5-2，所述定子5-1及转子5-2通过转轴连接。所述定子5-1上设有8个定子上位孔，分别为第一定子上位孔5-11、第二定子上位孔5-12、第三定子上位孔5-13、第四定子上位孔5-14、第五定子上位孔5-15、第六定子上位孔5-16、第七定子上位孔5-17、第八定子上位孔5-18；所述转子5-2上设有8个转子下位孔，分别为第一转子下位孔5-21、第二转子下位孔5-22、第三转子下位孔5-23、第四转子下位孔5-24、第五转子下位孔5-25、第六转子下位孔5-26、第七转子下位孔5-27、第八转子下位孔5-28；转子5-2与定子5-1转动连接，其特点是：转子5-2不管转动到什么位置，8个定子上位孔与8个转子下位孔上下相对应孔之间的孔连通。其中所述的8个定子上位孔中第八个定子上位孔5-18与蒸馏水容器1相连，第一个定子上位孔5-11与锅炉水样本溶液容器2相连，第二个定子上位孔5-12与标准酸溶液容器3相连；在8个转子下位孔中第一个转子下位孔5-21与蠕动泵6相连。

如图5～图7所示，所述第二十六通阀7包括定子7-1及转子7-2，所述定子7-1及转子7-2通过转轴连接。所述定子上设有8个定子上位孔，分别为第一定子上位孔7-11、第二定子上位孔7-12、第三定子上位孔7-13、第四定子上位孔7-14、第五定子上位孔7-15、第六定子上位孔7-16、第七定子上位孔7-17、第八定子上位孔7-18；所述转子7-2上设有8个转子下位孔，分别为第一转子下位孔7-21、第二转子下位孔7-22、第三转子下位孔7-23、第四转子下位孔7-24、第五转子下位孔7-25、第六转子下位孔7-26、第七转子下位孔7-27、第八转子下位孔7-28；转子7-21与定子7-11转动连接，其特点是：转子7-2不管转动到什么位置，8个定子上位孔与8个转子下位孔相对应连通。其中所述的8个定子上位孔中第一个定子上位孔7-11与蠕动泵6相连，第五个定子上位孔7-15与电导电极8相连；在8个转子下位孔中第一个转子下位孔7-21与第五个转子下位孔7-25相连，第二个转子下位孔7-22与第六个转子下位孔7-26相连。

如图8所示，中央控制数据处理系统通过上位机、数据总线传送过来的控制信号，分别控制步进电机、蠕动泵，控制第一十六通阀5和第二十六通阀7，由电导电极8、pH电极9、氯离子电极10分别信号采集发送至串口。

所述的第一十六通阀5、第二十六通阀7由中央控制系统通过驱动步进电机动作来控制阀的自动切换。十六通阀控制系统的下位机系统由设计的单片机最小系统构成，单片机最小系统主要包括单片机模块、步进电机模块、串口通信模块及电源模块等。系统选取四相五线制步进电机作为十六通阀转子转动的动力装置，步进电机由单片机系统来驱动，单片机采用四相八拍的方式来驱动步进电机。烧录至单片机控制程序主要包括步进电机驱动模块及串口通信模块。利用C语言编写的步进电机驱动程序具体包括电机正反转控制，转动角度控制等。由于设计的系统用于十六通阀的阀自动切换，故设计的系统每次转过的角度为45度。利用C语言编写的串口通信程序采用查询方式，并规定串口通信数据包格式，具体包括数据起始位、有效位、结束位等。程序根据读取的数据有效位判断电机正转还是反转，而后驱动步进电机动作。

如图9～图12所示，本发明的使用方法如下：首先，通过中央控制系统11启动蠕动泵6，并将其转速设定为100转/分，在初始状态下第一十六通阀5处于第八定子上位孔，既蠕动泵6将蒸馏水以每分钟11.25ml/min的速度向前驱动，这个过程持续1分钟左右，主要目的是清洗管路。

其次，中央控制系统11使第一十六通阀5顺时针转过45度，使其处于第八定子上位孔，与此同时将蠕动泵6的转速下降到40转/分，即蠕动泵6将锅炉水样本溶液以4.5ml/min的速度向前驱动。经过一段时间锅炉水样本溶液通过第二十六通阀7的第一个转子下位孔与第五个转子下位孔相连的管路充满整个管路，当锅炉水样本溶液流经电导电极8时，电导电极8会迅速测定锅炉水样本溶液的电导率，同时中央数据处理系统通过采集其传送过来的信号，经过相应的计算得出锅炉水样本溶液的电导率。同理，当锅炉水样本溶液流经pH电极9、氯离子电极10时，中央控制系统通过采集得到的信号得出锅炉水样本溶液的pH值，及氯离子浓度。

然后，中央控制系统11控制第一十六通阀5再次顺时针转过45度，使其处于第二个转子下位孔，此时蠕动泵抽取浓度为0.001mol/L的标准盐酸溶液，蠕动泵的转速维持在40转/分。同时，中央控制系统11控制第二十六通阀7同样顺时针转过45度，经过一段时间之后标准酸溶液通过第二十六通阀7的第二个转子下位孔与第六个转子下位孔的管路充满整个管路。之后中央控制系统再使第二十六通阀7逆时针转过45度，恢复到原始的位置状态，此时，残留在第二十六通阀7的第一个转子下位孔与第五个转子下位孔管路中的锅炉水样本溶液在载流盐酸的驱动下与之混合反应，当混合溶液流经pH电极时，pH电极会迅速测定混合溶液各点的电压值，实验结果表明pH电极以FIA峰的形式记录混合溶液各点的电压值。

最后，利用本发明对50组不同碱度的锅炉水样本溶液测定其FIA峰波形。本发明首先根据测定的50组锅炉水样本溶液的电压值及其对应的锅炉水总碱度，利用偏最小二乘支持向量机法建立关于混合溶液电压值的锅炉水总碱度的预测方程。本发明测定在未知总碱度的锅炉水样本溶液时，中央控制系统11首先通过采集pH电极测量得到的混合溶液的各点的电压值，而后根据事先建立的关于混合溶液电压值的锅炉水总碱度方程计算出锅炉水样本溶液的总碱度。

由此，实现对锅炉水质多种参数的快速有效地测定，这些参数包括电导率、pH值、氯离子浓度及总碱度。