测量热水系统中氧化还原电势和温度的设备技术方案

公开申请了一种用于在工作温度和压力下测量热水系统中氧化还原电势的设备。该设备包括流通池、氧化还原电势探针、温度检测器和外部压力平衡式参比电极组件。该设备的每一个部件与其他部件一起工作，且每一个部件具有将信号传输至控制器的电连接件。控制器计算并确定对用于热水系统的给水化学的调整。（*该技术在2018年保护过期，可自由使用*）

Apparatus for measuring oxidation-reduction potential and temperature in hot water system

A device for measuring the redox potential in a hot water system at work temperature and pressure is publicly applied. The device comprises a flow cell, an oxidation-reduction potential probe, a temperature detector, and an external pressure balanced reference electrode assembly. Each part of the device works together with other components, and each component has an electrical connection to transmit the signal to the controller. The controller calculates and determines the adjustment of water chemistry for the hot water system.

【技术实现步骤摘要】

本技术涉及一种氧化还原电势和温度的测量设备。更具体地说， 本技术涉及一种与热水系统中的腐蚀抑制程序 一起使用的氧化还原 电势和温度的测量和监控设备。本技术尤其与氧化还原电势和温度测 量和监控设备有关，该测量和监控设备的输出信号用于确定影响和控制工 业锅炉系统中氧化还原电势的化学品的进给速率。
技术介绍
在热水系统例如工业锅炉中，因增大的氧化还原电势而引起的腐蚀成 为主要关注的问题。氧对锅炉水工业中所使用的合金的亲和力是引起许多 腐蚀现象的原因。这种腐蚀是一个复杂的过程，不但取决于系统中氧的量， 而且还取决于诸如水化学和冶金方面的因素。例如，水中存在的其他物种 能将氧转变成侵蚀性腐蚀力，或者能使冶金钝化。其他重要因素是温度、 压力、流体速度和操作实践。虽然氧可能是腐蚀过程中的主要组分或重要 组分，但它并不是唯一的组分。减少热水系统中氧腐蚀的常规方法是通过机械化学方法来去除大部 分分子溶解氧。绝大部分溶解氧都是通过采用机械除气而被减少到十亿分 之一的范围的。水通常在通风容器中被加热到沸点温度以上，从而导致溶 解氧的溶解度随温度的升高而减小。除气器所特有的流体动力学和搡作问 题使水中留存了十亿分之一的溶解氧。氧净化剂是用于重复地将溶解氧的 值降到低而恒定的值的化学品。许多这种净化剂还起到钝化腐蚀抑制剂的作用。除气器并不总是完全有效；如果它们完全有效的话，那么就可能再也不需要纯净化剂了，不过添加增强金属钝化的化学品是毫无疑问的。在 某些情形中，添加氧净化剂是防止除气器可能出现故障可能性的安全保险 措施。添加净化剂也可以防止空气渗入到系统中。传统上，供给到锅炉给水的氧净化剂的量基于给水中溶解氧的量加上 一些过量净化剂。供给的过量净化剂的量基于锅炉给水或锅炉水本身期望 的残余净化剂浓度，即过量净化剂的量是净化剂的过量浓度和锅炉周期的 函数。此供给控制方案存在若干问题。第一个问题是不能有效地控制净化 剂的进给速率。在减少残余净化剂并采取纠正措施之前，高氧条件会存在 很长一段时间。第二个问题是锅炉水中存在的残余净化剂并不能简单地表示系统得 到了令人满意的处理。根据条件(如，低温或短的滞留时间)，给水中可 以同时具有高的氧浓度和足够的净化剂。当这种富氧的给水送达锅炉时， 用蒸汽闪蒸出氧而在锅炉水中留存下未反应的净化剂。在极端情况下，结果可能是在进锅炉之前和冷凝系统中不能接受的高溶解氧水平，同时在锅 炉本身中具有氧净化剂的期望残余浓度。在使用超高纯度的水的某些高压锅炉(直流)中，已经采用了不同的 方法。不使用氧净化剂。事实上，少量分子氧是有意添加到给水中的。在 小心控制的锅炉水化学条件下，氧(即，氧化剂)作为碳钢的钝化剂。所采用的氧浓度远小于空气饱和(8ppm的溶解氧)值，因此使用了 一些除气法。通常在添加受控量的氧之前，更容易在一定程度上除气。工业锅炉系统中的腐蚀通常发生在工作(即，高的)温度和压力下。 最有效且最准确的操作和控制数据基于实际工作条件下所得到的测量结 果。在锅炉给水温度和压力下汇总这些标示了对系统的腐蚀应力的数据难 以进行或很少能做到。传统上，已经在室温和压力下对从系统所取的样品 测量了氧化还原电势。这种室温测量结果和其他常规测量结果例如溶解氧、特定冶金学腐蚀速率(metallurgy-specific corrosion rate)或残余净化 剂测量结果不能够检测多数腐蚀现象和应力。因此，存在一种持续需要来有效地测量和监控工作温度和压力下热水 系统中的氧化还原电势。这种监控能够主动调整给水化学(如氧、氧净化剂、还原剂和氧化剂)，而不是在腐蚀发生之后才做出反应性调整。包括 氧净化剂/钝化程序的给水化学的持续、实时优化会预防腐蚀问题，而腐蚀 问题会造成蒸汽量损失、停机时间、资产寿命减少和运营成本增高。
技术实现思路
因此，公开了一种用于在工作温度和压力下测量和监控热水系统中氧化还原电势("ORP")的设备。在实施方案中，该设备包括流通池 (flow-through cell )、用于检测系统中ORP的电极(此处称作"ORP探针")、 温度检测器和参比电极。在优选实施方案中，这些部件协调作用以测量和 监控ORP和温度，并将这些测得的信号发送至控制器，该控制器确定热水 系统处理化学品例如氧和/或氧净化剂的进给速率。在优选实施方案中，在 流通池内的ORP探针和优选封装在外部压力平衡式参比电极组件(external pressure-balanced reference electrode assembly) ( "EPBRE")内的参比电才及 之间所测得的电势(即，电压差)标示了热水系统例如工业锅炉系统中的 ORP。在一个方面，本技术包括一种用于测量热水系统中氧化还原电势 和温度的设备。在一实施方案中，该设备包括具有多个端口的流通池，所 述多个端口包括第一端口、第二端口、流入端口和流出端口。在一实施方案中，该设备包括与第 一端口相关联且具有将信息转发至控制器的连接件 (connection )的ORP探针。在一实施方案中，该设备进一步包括热变电 阻传感器(temperature-dependent resistance sensor)(有时称为"电阻式温 度检测器")，该热变电阻传感器与第一端口相关联且具有从流通池延伸到 可操作来将信息转发至控制器的温度检测器电连接件(electrical connection)的连接件。在一个实施方案中，该设备还包括与第二端口相关联的外部压力平衡 式参比电极组件。所述组件包括在流通池内的所述组件的第一端上的多孔 玻璃料以及含有电解溶液并从所述组件第 一端延伸到所述组件第二端的 管。所述组件的第二端连接到银/氯化银半电池参比电极，该银/氯化银半 电池参比电极具有电连接件且可操作来将信息转发至控制器。在实施方案中，该设备包括与第一端口相关联且具有第一端和第二端的ORP探针。铂(或其他贵金属)带连接到所述第一端并放置在流通池内。防腐线(如，铂)从所述第一端上的铂带延伸到所述第二端。所述第二端 包括可操作来将信息转发至控制器的电连接件。在另一个方面，本技术包括一种通过使用所描述的设备来预防热水系统中腐蚀的方法。该方法包括确定热水系统的理解ORP范围。在一实 施方案中，该方法包括把工作温度和压力下热水系统的ORP作为ORP探 针和参比电极之间的电势差来测量以及用温度检测器测量温度。所测得的 电势和温度^l转发至控制器系统，该控制器系统解析测量结果并确定所测 得的ORP是否落入理想ORP范围之内。该方法进一步包括若ORP未落入 理想ORP范围之内，那么就向热水系统的给水中添加有效量的氧或有效量 的还原剂。应当理解，所公开的设备能够测量并监控静止的或流动的含水系统或 蒸汽的ORP和温度，但是主要适用于工作时的热水系统或工业锅炉系统中 存在的极端条件。在这样的系统中，温度可以高达约260°C,而压力可以 高达约3000psi。在一实施方案中，ORP和温度信号被连续监控。可替代 地，可根据时间表监控信号或者间歇地监控信号。因为ORP探针的极化，所以在热水系统的含水环境中所测得的ORP 信号自然产生。与利用电流施加电压相反，专门设计的ORP测量和监控设 备允许本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于在工作温度和压力下测量热水系统中氧化还原电势的设备，其特征是，所述设备可操作来将所测得的氧化还原电势和所测得的温度传输至控制器系统，所述设备包括：　ａ、流通池；　ｂ、氧化还原电势探针，其与所述流通池相关联；　ｃ、温度检测器，其与所述流通池相关联；以及　ｄ、参比电极。

【技术特征摘要】
...

【专利技术属性】
技术研发人员：彼得D希克斯，M亚历山德拉科诺斯，
申请(专利权)人：纳尔科公司，
类型：实用新型
国别省市：US[美国]