Znaczenie przewodności kationów w zakładach użyteczności publicznej
Znaczenie przewodności kationów w zakładach użyteczności publicznej
Podczas eksploatacji zakładu użyteczności publicznej lub dowolnego obiektu przemysłowego, można przeprowadzić wiele pomiarów w celu określenia jakości produktu. W przypadku przemysłu komunalnego, pomiar przewodności kationów pozwala zakładom na identyfikację drobnych problemów, które mogą być następnie usunięte przez personel zakładu. Wczesne wychwycenie i usunięcie tych problemów obniża ryzyko przekształcenia się ich w poważne komplikacje.
W większości przypadków przewodność kationowa jest wykorzystywana do oczyszczania wody kotłowej. Metoda wykonywania pomiarów przewodności kationów jest taka sama jak w przypadku kolumny kationów mocnego kwasu w stacji uzdatniania wody demineralizowanej. Próbka wody przepuszczana jest przez kolumnę kationową, która wypełniona jest żywicą kationową. Proces ten jest również określany jako przewodnictwo kwasowe. Poniżej przedstawiamy wszystko, co należy wiedzieć o przewodnictwie kationowym i jego zastosowaniu w zakładach użyteczności publicznej.
model cząsteczki wody, na tle naukowo-medycznym, ilustracja 3d.
Czym jest przewodnictwo kationowe?
Przewodnictwo kationowe jest jedną z najlepszych metod monitorowania zanieczyszczeń w próbce wody lub strudze. W systemach wysokociśnieniowych pomiary przewodności kationów pozwalają operatorom monitorować kondensat powrotny pod kątem niższych poziomów zanieczyszczenia anionami, takimi jak HCO3-, SO4- i Cl-. Określenie przewodności wody zasilającej, kondensatu i uzupełnienia może być wykonane poprzez przepuszczenie roztworu przez kolumnę składającą się z żywicy zawierającej silny kwas. Chociaż istnieje wiele zastosowań, w których można wykorzystać ten pomiar, jest on szczególnie przydatny w elektrowniach emitujących parę.
Dlaczego przewodność kationów jest ważna?
Żywice kationowe są w stanie pozbyć się wszelkich dodatnio naładowanych jonów w wodzie, które są znane jako kationy. Kationy są wówczas zastępowane jonami H+. Kiedy próbka wody została już przefiltrowana i jest praktycznie wolna od zanieczyszczeń, poziom kationów w niej obecnych będzie bardzo niski.
W przypadku, gdy w próbce znajduje się chlorek sodu (NaCl), jon Na+ zostanie usunięty z wody podczas przepuszczania próbki przez kolumnę kationową. Jon Cl- będzie również reagował z jonem H+ tworząc kwas solny, który charakteryzuje się wyższym przewodnictwem.
Podczas pomiaru próbki wody pod kątem obecności kationów lub anionów należy pamiętać, że substancje te są zawsze obecne w połączeniu ze sobą. W tym scenariuszu sód jest kationem, a chlorek anionem. Ten pomiar jest zwykle wykonywany po uzdatnieniu wody w celu usunięcia kationów. Pośrednio mierzy on również stężenie anionów w wodzie, z których podstawowe to siarczan i chlorek w próbce pary.
W zakładzie użyteczności publicznej, przewodność kationowa zwiększa stężenie anionów obecnych w wodzie i pozwala operatorom zakładu określić aktualną czystość pary. Większość producentów turbin parowych podaje, że odczyty przewodności kationów powinny wynosić mniej niż 0,3 µs/cm.
Gdy w próbce wody zauważymy wysoką przewodność, jest to zwykle wynik takich problemów jak:
- Wyczerpana kolumna kationowa
- Wysoki poziom zanieczyszczeń anionowych obecnych w wodzie
- Wysoki poziom produktów rozkładu organicznego lub całkowitego węgla organicznego
- Przekroczenie dawki tlenu i chemikaliów pochłaniających aminy
Rodzaje organicznych produktów rozkładu, które mogą być obecne w tej wodzie to mrówczan i octan. Jeśli chemia wody zasilającej w zakładzie użyteczności publicznej jest właściwie utrzymywana i kontrolowana, powinno być możliwe utrzymanie przewodności kationów na poziomie poniżej 0,5 µs/cm.
Jak działa przewodnictwo kationowe?
Pomiar przewodności kationów to prosty proces, który pozwala określić poziom zanieczyszczeń w próbce wody. Jony są zwykle obecne w strumieniu, ponieważ różne związki rozpuszczają się w wodzie. Zwykle występująca wysoka temperatura, przyspiesza ten proces. Należy pamiętać, iż identyfikacja wszelkich innych zanieczyszczeń w systemie będzie wymagała zastosowania dodatkowych typów pomiarów.
Jony obecne w wodzie mogą być naładowane dodatnio lub ujemnie. Dodatnio naładowane jony znane są jako kationy i obejmują substancje takie jak miedź, wodór, żelazo, mangan i sód. Ujemnie naładowane jony są znane jako aniony i obejmują wszystko od siarczanów do chlorków.
Aniony, szczególnie szkodliwe w zakładach użyteczności publicznej, są najczęstszym źródłem korozji. Proces przewodnictwa kationowego pozwala na oddzielenie dodatnio naładowanych jonów bezpośrednio ze strumienia procesowego poprzez kolumnę z żywicą kationową.
Przykładem tego procesu jest sytuacja, gdy operatorzy zakładu chcą zidentyfikować takie zanieczyszczenia jak sól, która może być obecna w wodzie z powodu poważnej nieszczelności rurki skraplacza. Sól ta rozpuszcza się niemal natychmiast w wodzie, co prowadzi do powstania Cl- i NA+.
Żywica kationowa wychwytuje jony sodu, które są dodatnio naładowane, co wypiera jon wodoru, który łączy się z jonem chlorkowym tworząc HCL. Po utworzeniu HCL, pomiar przewodności roztworu wzrasta, co pokazuje operatorom zakładu, że w wodzie znajduje się zanieczyszczenie.
Dlaczego przewodność kationów jest istotna w kotłach wysokociśnieniowych?
Przewodnictwo kationowe jest w stanie zapobiec powstawaniu poważnych problemów z niektórymi zanieczyszczeniami w zakładach użyteczności publicznej. Jeśli chlorek sodu dostanie się do turbiny, może ostatecznie doprowadzić do powstania osadu na łopatkach.
Jeśli turbina zostanie wyłączona bez zabezpieczenia przed suchym powietrzem, tlen w otaczającym powietrzu połączy się z wilgocią i osadem z chlorku sodu, ułatwiając niezwykle korozyjną reakcję z jonami chlorkowymi. Na powierzchni łopatek turbiny powstaną wżery. Z czasem może dojść do całkowitej awarii.
Kocioł wysokociśnieniowy to system, w którym odczyt funtów na cal kwadratowy wynosi co najmniej 1450. Jeśli w kotle wysokociśnieniowym dojdzie do zanieczyszczenia chlorkiem sodu, wzdłuż rur kotła mogą pojawić się duże ilości korozji.
Problem ten może prowadzić do poważnych awarii związanych z kruchością wodorową wzdłuż ścian wody. Wykonując badania przewodności kationów, można wcześnie zidentyfikować ten problem, co daje możliwość zwiększenia ilości czystej wody w zakładzie i zmniejszenia ilości przestojów.
Czym są kolumny z żywicą kationową?
Kolumny z żywicą kationową są przeznaczone do wymiany kationów na jony, co następuje w wyniku zastosowania ujemnie naładowanych kulek. Kulki te wychwytują wszelkie dodatnio naładowane jony, gdy roztwór przechodzi przez kolumnę. Wszystkie dodatnio naładowane jony będą wiązać się z grupami funkcyjnymi znajdującymi się na plastikowych kulkach, co zapewnia skuteczną wymianę jonów wodorowych.
Jony wodorowe, które są uwalniane podczas tego procesu, tworzą roztwór o wysokim stopniu kwasowości. Kolumny z żywicą kationową są zazwyczaj wrażliwe na zanieczyszczenia i są w stanie wykryć ich niskie stężenia. Odpowiedni czas przebywania, objętość żywicy i przepływ można zapewnić dzięki idealnemu stosunkowi długości do średnicy kolumny z tworzywa sztucznego.
Większość żywic kationowymiennych jest wyposażona w podstawowy wskaźnik koloru, który może się zmieniać w zależności od sytuacji. Na przykład, kolor zmieni się, gdy żywica została wyczerpana i nie może już wymieniać jonów. Różni producenci będą używać różnych kolorów podczas tych procesów. Kiedy żywica nie została jeszcze użyta, wskaźnik koloru najprawdopodobniej pojawi się jako ciemnoczerwony lub ciemnofioletowy. Gdy żywica została wyczerpana, zmieni się na jasnoczerwony lub jasnobrązowy.
Ta zmiana koloru występuje konsekwentnie aż do wyczerpania całej żywicy. Jeśli cała żywica znajdująca się w kolumnie zmieniła kolor, nie będzie ona w stanie usunąć kationów z roztworu, dlatego należy ją wymienić.
Przewodność kationów i anionów
Aby zrozumieć różnicę między przewodnictwem kationów i anionów, rozważmy szklankę wody z chlorkiem sodu (NaCl) i węglanem wapnia (CaCO3). Substancje te rozpadają się na jony Na+, Cl-, Ca+ i CO3-. Kiedy ta woda zostanie przepuszczona przez kolumnę żywicy kationowej z żywicą formującą wodór, roztwór będzie składał się z H+ i Cl- oraz H+ i CO3-. Z drugiej strony, ta sama woda przepuszczona przez kolumnę żywicy anionowej z żywicą w postaci wodorotlenku, spowoduje powstanie dwóch oddzielnych kombinacji jonów H+ i OH-.
Do jakich zastosowań używane są kolumny z żywicą kationową?
Do zastosowań, które można zrealizować z wykorzystaniem kolumn z żywicą kationową należą:
- Identyfikowanie żelaza, które jest spowodowane korozją
- Wykrywanie poziomu sodu z powodu nieszczelności układu chłodzenia
- Wykrywanie różnych soli mineralnych i zanieczyszczeń kwasowych
- Identyfikację związków, które zostały wprowadzone do pary z kotła
- Zauważenie nieszczelności powodujących wprowadzenie zanieczyszczeń do procesu
Jakie wyzwania stoją przed zakładami użyteczności publicznej w związku z przewodnością kationów?
Zdarza się, że zakłady stosują wkłady kationowymienne o złej konstrukcji lub zbyt dużym rozmiarze, ponieważ uważają, że wydłuża to żywotność systemu. W rzeczywistości może to prowadzić do złej kinetyki żywicy, niedokładnych pomiarów, problemów z wypłukiwaniem i niskich współczynników wymiany.
Oprócz upewnienia się, że zastosowano odpowiednią kolumnę jonowymienną i żywicę, należy również monitorować temperaturę próbki. Nieprawidłowa temperatura może być przyczyną złych pomiarów przewodności kationów. W większości przypadków, zbyt gorące próbki mogą dostarczyć operatorom słabych odczytów. Możliwe jest złagodzenie tych problemów poprzez regularną konserwację systemu, kontrolę temperatury i przepływu próbki oraz stosowanie żywicy najwyższej jakości. Upewnij się, że wszystkie temperatury są zweryfikowane.
Zakłady użyteczności publicznej polegają na przewodności kationów, aby uniknąć korozji i upewnić się, że cały system jest w dobrym stanie. Podczas wykonywania tego procesu należy upewnić się, że posiadamy przy sobie czujnik przewodności, który będzie dokonywał odczytów przed i po przejściu roztworu przez kolumny z żywicą kationową. W naszej ofercie znajdziesz to czego potrzebujesz.
Przedstawiamy:
Sensorex CS700
