【黑科技】用电导率计算PH值，您了解吗？

对于火电厂和核电厂而言，为确保安全运行以及保护关键的核心设备，必须对水、汽的pH值进行严格监控。

例如，火电厂的锅炉补给水通常控制在pH值8.9-9.2之间，压水堆核电厂的二回路给水pH值则需要控制在9.6-10.0之间……

因此，确保pH值测量的准确性和可靠性是火电和核电厂化学监督明文规定的重要工作内容，对于保障机组设备的经济性和安全性具有重要意义。

极具挑战的超纯水pH值测量

通常而言，传统的pH测量和校准过程都是针对具有一定离子强度的酸、碱或盐类溶液，被测介质/溶液通常具有一定离子强度和导电性，此时，pH测量或校准非常快速、精准。

但是，对于电厂纯水（超纯水）、蒸汽的pH值测量而言，由于纯水（超纯水）电导率很低，外界气体、取样管路、设备以及pH电极等很容易对分析样品造成污染影响，纯水（超纯水）中离子浓度和种类的变化也将直接导致pH值测量误差。

另外，纯水（超纯水）作为一种低电导率的化学溶液本身具有较强的溶解和腐蚀特性，会造成pH测量电极性能变化很快进而导致纯水（超纯水）pH值测量不稳定、测量结果偏差较大。

总之，影响电厂纯水(超纯水)、蒸汽pH值测量的因素非常多，通过能斯特方程：

Ｅ=Ｅ0+ 2.3(ＲＴ/ｎＦ) log[H+]

我们可以知道水中的离子强度（[H+]）、参比电势的稳定性（Ｅ0）、温度（Ｔ）（参比温度和测量溶液温度）这些因素都会直接对pH值测量结果造成影响。

另外，由于超纯水很容易受到外界气体（例如CO2）和溶出物影响，因此，取样分析方式以及取样装置的设计也会影响到pH测量的准确性……

在实际的电厂生产应用过程中，特别是水、汽循环化学过程中，若采用传统的pH玻璃电极分析方法来测量锅炉水/补给水、蒸汽的pH值；

由于电厂水、汽的物理化学特性和纯水/超纯水相似，因此，电厂用户对于传统的pH电极测量方法普遍面临使用寿命短、测量值不可靠以及维护量大的问题，

同时，pH值测量值的不可靠和不准确，会严重影响机组的安全运行。

黑科技：通过电导率计算pH值

计算型pH值分析方法的测量原理如下:

1）两个电导率传感器同时测量样水的比电导率和阳离子电导率（通过阳离子交换树脂脱除氨或者其它铵盐后测得的电导率值），样水的比电导率和阳离子电导率传感器同时连接在一台多通道变送器中。

2）通过内置在变送器中的计算软件，精确地通过测量所得的两个电导率值计算得出样水的pH值。

计算型pH值分析方法的发展

上世纪七十年代：电厂化学工程师在实验室里利用该方法通过氨的电导率来计算水、汽的pH值

1988年到1998年期间：世界超纯水协会、NUS、VGB、ESPW、EPRI等多个领域和组织的水质化学家先后多次更新完善电导率和pH之间的关联关系

1998年：UNS进一步完善并推出基于电导率的pH值计算软件程序“pH calculator", 通过该软件输入比电导率和阳离子电导率数值就可以直接计算得出pH值。

图1：NUS 电导率和pH关系图

梅特勒-托利多作为分析领域的领导者，始终致力于推动全球水质分析技术的进步，在通过电导率计算pH值领域，梅特勒-托利多Thornton凭借其独步全球的超纯水电导率分析技术和多通道多参数智能传感器技术。

计算型pH值分析仪的发展

上世纪末

图2： 770MAX 计算型pH分析仪

梅特勒-托利多推出了全球第一台功能强大的计算型pH值分析仪770MAX（图1），该计算型pH分析仪可以同时测量：

A:  比电导率

B:  阳离子电导率

C:  计算得到的pH值

D：pH玻璃电极测量值

2004年、2005年

梅特勒-托利多分别在于2004年“65届国际水质会议”和2005年的PPCHEM杂志上发表了"发电厂基于电导率的pH值和CO2含量确定"技术专论，

就计算型pH值分析仪的使用情况和技术特点进行了进一步深入探讨。

现在

图3： M800计算型pH分析仪

梅特勒-托利多推出了新一代计算型pH分析仪M800（图2），M800计算型pH值分析仪集成了先进的ISM智能传感器管理技术,功能更加强大：

A：在计算得出pH的同时，计算得出水中溶解CO2的含量

B：智能数字传感器技术，测量更加稳定准确

C：通过离子交换公交容量监控阳离子交换柱失效

D：传感器预诊断功能

E：最多可同时测量显示8个不同水质分析参数

计算型pH值分析方法的前景展望

经过数十年的应用经验积累，通过电导率来计算pH值的方法越来越得到水质分析领域的普遍认可。

美国EPRI、德国VGB、ppChem、ASTMD5218-2014、DL/T1201-2013 等标准组织和规范也纷纷针对电厂包括核电厂在内的给水、补给水、凝结水、蒸汽、内冷水等水质特点（纯水/超纯水加pH调节药剂氨水或者其它）以及实际的应用情况，推荐采用电导率计算的方法来计算测量pH值。

但需要注意的是,采用电导率的方法计算pH值的时候，比电导率作为主要影响参数对pH值计算结果贡献主导影响。

阳离子电导率作为修正参数表征样水中溶解的少量的盐份、二氧化碳等物质对pH值的计算结果进行修正，换而言之，需要考虑该计算方法适用的条件：

1．氨或者胺盐对pH值贡献主要影响，pH在7.5-10.5的范围内

2．测量介质的比电导率小于40 µs.cm-1

3．测量介质的比电导率远大于阳离子电导率

对于电厂包括核电厂在内的给水、补给水、凝结水、蒸汽、内冷水等水质而言，通常条件下都满足通过电导率计算pH值的应用条件。

和传统的玻璃电极法测量pH值方法相比较，电导率计算pH值的的方法具有稳定性好、精度高、维护量少的技术优势，在电厂的化学监督中，具备广阔的应用前景和技术推广意义。

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