К.х.н. А.Г. Муравьёв, директор производственно-лабораторного комплекса НПО ЗАО «Крисмас+», г. Санкт-Петербург
Аналитический химический контроль (АХК) — одно из важных мероприятий, обеспечиваемых в порядке водно-химического контроля на предприятиях теплоэнергетики. Проведению АХК, методике работы, планам контроля посвящены различные нормативные документы: методические указания [1-4], ОСТ группы 34-70-… и РД 34.37… («Воды производственные тепловых электростанций. Методы определения показателей качества», 1988-1992 гг.), МУ 08-47/. «Воды теплоэнергетические. Методики анализа.» (с 2005 г.) и др. Характерно, что многие из указанных документов рекомендованы к исполнению и сегодня, несмотря на давность их введения.
В условиях среднесписочного предприятия теплоэнергетики (например, средней котельной) содержать собственную аналитическую лабораторию представляется в современных условиях проблематичным. И еще более проблематичным является реализация ее персоналом планов АХК с соблюдением комплекса требований — отбора и подготовки проб, правил и объема определений, подготовки реагентов, содержания реагентного хозяйства, учитывая многообразие анализируемых сред и контролируемого оборудования и т.п. (таблица 1).
Таблица 1. Анализируемые среды и контролируемое оборудование при аналитическом химическом контроле.
Анализируемая среда (поток), точка отбора пробы
Паровые
технологические
котлы
Паровые котлы и котлы-утилизаторы (р.д. до 50 кгс/см2)
Водогрейные
котлы
Прямоточные
котлы
Воды
производственные
тепловых
электростанций
Вода после деаэратора
•
Вода после подпиточного насоса
•
Исходная вода
•
•
•
•
•
Коагулированная вода
•
•
•
Конденсат возвратный
•
•
Конденсат пара
•
•
•
Конденсат турбинный
•
•
Котловая вода
•
•
•
Обессоленная вода
•
Осветленная вода
•
•
Охлаждающая вода
•
Очищенная вода
•
Питательная вода
•
•
•
•
Подпиточная вода
•
Сетевая вода после сетевого насоса
•
•
•
Теплофикационная вода
•
Умягченная вода
•
Химически очищенная (обработанная) вода
•
Циркулирующие воды в системах охлаждения
•
Для большинства ситуаций химический контроль включает текущий оперативный контроль за всеми стадиями подготовки подпиточной воды, включая процесс деаэрации, за водно-химическим режимом тепловой сети, а также углубленный периодический контроль за всеми типами вод с целью фиксации фактического режима энергетической установки в целом (см., например, [3], п. 3.2.1). При отсутствии приборов непрерывной фиксации показателей в котельных всех типов рекомендуется организовать отбор представительных среднесуточных проб этих вод для анализа в дневную смену в значительном объеме, что требует обязательного планирования и обеспечения соответствующей химико-аналитической работы.
Большинство методов, регламентирующих методики АХК, относятся к методам «мокрой химии». В отличие от подобных методов, применяемых в профессиональных химических измерениях показателей качества питьевой, природной, сточной вод класса ПНД Ф 14… или РД 52., которые в обязательном порядке имеют показатели точности, методы, регламентированные для АХК, показателей точности не имеют. Данное обстоятельство создает значительные сложности с обеспечением единства и правильности измерений в силу отсутствия возможности воспроизведения единицы массовой концентрации анализируемого показателя в условиях функционирования рабочих сред и потоков теплоэнергетического оборудования. Шагом вперед в данном отношении можно считать разработку и аттестацию ряда методов анализа согласно МУ 08-47/… (г. Томск), однако данные методики значительно сложнее, чем упомянутые ПНД Ф или РД 52., что затрудняет реализацию методик (табл. 2).
Таблица 2. Применимость технологий анализа к проведению аналитического химического контроля.
Тип документа
Наименование
Применимость
РД 24.031.120-91, РД 24.032.01-91
МУ. Нормы качества… и организация ВХР и ХК.
Условия оснащенных лабораторий
ОСТ группы 34-70-… и РД 34-37-… (1988-1992 гг.)
Воды производственные тепловых электростанций. Методы определения показателей качества.
Условия оснащенных лабораторий
МУ 08-47/… (с 2005 г.)
Воды теплоэнергетические. Методики анализа.
Условия оснащенных и аккредитованных лабораторий
ПНДФ 1…
Методики количественного химического анализа вод.
Условия оснащенных и аккредитованных лабораторий
РД 52.24…
РД на методики выполнения измерений.
Условия оснащенных и аккредитованных лабораторий
РП 203-82182574-13
Водно-химическая экспресс-лаборатория «ВХЭЛ». Руководство по применению.
Полевые и лабораторные условия, на всех объектах теплоэнергетики, тепловых сетях, котлоагрегатах и т.п.
Столкнувшись с данной ситуацией в процессе проектирования и промышленного выпуска портативного оборудования для аналитического химического контроля, наша компания сосредоточилась на создании модификаций существующих методов и методик АХК и разработке сравнительно несложного оборудования для их реализации в теплоэнергетике и на методически сходных предприятиях [5-7], что позволило предложить для поставок серийный модульный образец водно-химической экспресс-лаборатории котловой «ВХЭЛ», включающий в настоящее время 3 модификации (табл. 2, 3; рис. 1).
Таблица 3. Определяемые показатели, методы анализа и комплектные изделия из состава водно-химической лаборатории ВХЭЛ (3 модификации).
Контролируемый
показатель
Диапазон
концентрации
Используемый
метод
Объем пробы, мл
нтд
на метод
Наименование изделия (модуля)
Аммиак
0,2-2,5 мг/л 0,5-3,0 мг/л
ТМ, с соляной кислотой ВК, по Неслеру
100
10
РД 24.032.01-91, РД 34.37.523.12-90
ТК «Аммиак КВ»
Водородный показатель (pH)
4,5-11,0 ед. pH (±0,5 ед. pH)
ВК с комбинированным индикатором
5,0
РД 24.031.120-91, РД 24.032.01-91
ВХЭЛ (навесной ящик)
Железо
общее
100-4000 мкг/кг 100-2000 мкг/кг
ВК, сульфосалициловый ФК, сульфосалициловый
10
10
РД 24.031.120-91, РД 24.032.01-91, ОСТ 34-70-953.4-88
ВХЭЛ (навесной ящик)
Жесткость
карбонатная
0,1-5,0 ммоль/кг экв.
Расчетный
25-100
РД 24.031.120-91
ВХЭЛ
(универсальный
ящик)
Жесткость
общая
0,001-0,02 °Ж (ммоль/кг экв.)
0,02-2,0 °Ж (ммоль/кг экв.)
ВК, с трилоном ТМ, с трилоном
10,0
100
РД 24.031.120-91, РД 24.032.01-91, РД 34.37.523.8-88
ВХЭЛ
(универсальный
ящик)
Кислород
10-100 мкг/кг
ВК, с индигокармином
150-250
РД 24.031.120-91, РД 24.032.01-91, ОСТ 34-70-953.23-92
ВХЭЛ
(универсальный
ящик)
Кислота
кремниевая
0,4-4 мг/кг 0,1-2,0 мг/кг
ВК, с молибдатом аммония ФК, с молибдатом аммония
10
10
ОСТ 34-70-953.6-88 МВИ 13-172-13
ТК «Кремниевая кислота КВ»
Нитраты
1,0-45 мг/кг
ВК, с реактивом Грисса
6,0
Б62.848.001 ПС
ВХЭЛ
(универсальный
ящик)
Нитриты
0,02-2,0 мг/л 0,02-0,6 мг/л
ВК, с реактивом Грисса ФК, с реактивом Грисса
5
ОСТ 34-70-953.17-90, ПНД ¢14.1:2.3-95, МВИ-07-149-11
ТК «Нитриты»
Прозрачность
1-60 см
Визуальный, по шрифту
300-350
РД 24.031.120-91, РД 24.032.01-91, ИСО 7027
ТК «Мутность/ Прозрачность»
Удельная электрическая проводимость и солесодержа- ние (по NaCI)
0,01-19999
мкСм/см
Кондуктометрический
40
РД 24.032.01-91, ОСТ 5Р.4049-82
Кондуктометр
Фосфаты
1-100 мг/кг
ТМ, молибдатн.
5
РД 24.032.01-91
ТК «Фосфаты КВ»
Хлориды
1-1200 мг/кг
ТМ, аргентометрический
25-500
РД 24.031.120-91, РД 24.032.01-91
ВХЭЛ
(универсальный
ящик)
Щелочность
карбонатная
0,1-5,0 ммоль/кг экв.
Расчетный
25-100
РД 24.031.120-91
ВХЭЛ
(универсальный
ящик)
Щелочность
общая
0,1-5,0 ммоль/кг экв.
ТМ, титрование HCI
25-100
РД 24.031.120-91, РД 24.032.01-91, РД 34.37.523.7-88
ВХЭЛ
(универсальный
ящик)
Сокращения в таблице: ВК — визуально-колориметрический; ТК — тест-комплект; ТМ — титриметрический; ФМ — фотометрический.
Администрации предприятий и аналитикам для проведения АХК необходимо оборудование, в максимальной степени готовое к применению, требующее минимальной подготовки и обслуживания, обеспечивающее минимальную трудоемкость и максимальную простоту анализов. Неотъемлемым качеством такого оборудования должно быть наличие доходчивого и наглядного методического пособия для оператора, содержание которого согласовывалось бы с действующими нормативными документами по АХК. Можно рассматривать также вопросы пополнения расходуемой части при выполнении анализов (решается поставкой комплектов пополнения), приготовления очищенной катионированной воды (рис. 2), пробоотборных устройств (рис. 3) и т.п. Данные вопросы требуют от оборудования для АХК характеристик специфического химико-аналитического сервиса.
Технологические решения по проведению АХК с применением портативного оборудования — водно-химической экспресс-лаборатории котловой «ВХЭЛ», различных тест-комплектов, вспомогательного оборудования для отбора проб и приготовления очищенной воды, по нашему мнению, обладают новизной, т.к. предоставляют инструментарий, способный в большой степени удовлетворить потребности аналитиков в реализации планов химического контроля оборудования [8]. Внедрение такого оборудования полезно как на предприятиях, не имеющих достаточно оснащенной лаборатории, так и на хорошо оснащенных предприятиях, в силу относительной простоты анализов и оборудования, экономии времени, ресурсов, финансовых средств.
Литература
1. РД 10-165-97. Методические указания по надзору за водно-химическим режимом паровых и водогрейных котлов.
2. РД 10-179-98. Методические указания по разработке инструкций и режимных карт по эксплуатации установок докотловой обработки воды и по ведению водно-химического режима и водогрейных котлов.
3. РД 24.031.120-91. Методические указания. Нормы качества сетевой и подпиточной воды водогрейных котлов, организация водно-химического режима и химического контроля.
4. РД 24.032.01-91. Методические указания. Нормы качества питательной воды и пара, организация водно-химического режима и химического контроля паровых стационарных котлов-утилизаторов и энерготехнических котлов.
5. Муравьев А.Г., Осадчая Н.А. Преодоление противоречий в химическом анализе: от тест-систем к методикам выполнения измерений. Сборник тезисов докладов семинара «Противоречия в химико-аналитической практике и пути их преодоления», в рамках 10-й международной специализированной выставки «АналитикаЭкспо-2012», КВЦ «СОКОЛЬНИКИ», г. Москва, 10 апреля 2012 г.
6. Муравьев А.Г. Методы и оборудование при водно-химическом анализе. Сборник тезисов докладов 4-й конференции «Современные технологии водоподготовки и защиты оборудования от коррозии и накипеобразования», в рамках 16-й Международной выставки «ХИМИЯ-2011», Экспоцентр «На Красной Пресне», г. Москва, 25 — 26 октября 2011 г.
7. Водно-химическая экспресс-лаборатория «ВХЭЛ» котловая. Руководство по применению РП 203-82182574-13.
8. Муравьев А.Г. Новое в технологиях аналитического химического контроля водно-химических режимов теплоэнергетического оборудования. Сборник тезисов докладов 5-й конференции «Современные методы водоподготовки и защиты оборудования от коррозии и накипеобразования», в рамках Международной выставки «ХИМИЯ-2013», Экспоцентр «На Красной Пресне», г. Москва, 29-30 октября 2013 г.