[发明专利]用于热水系统的高温度和压力的氧化还原电位测量和监控装置

说明书

相关申请的交叉引用

本申请是名称为“用于热水系统的高温度和压力的氧化还原电位测量和监控装置”的申请号为11/668,048的目前悬而未决的美国专利申请的部分继续申请，其全部内容通过引用合并于此。

技术领域

本发明涉及一种氧化还原电位测量装置。更具体而言，本发明涉及一种在热水系统中与防腐蚀程序协同使用的氧化还原电位测量和监控装置。本发明特别是关于一种氧化还原电位测量和监控装置，该装置的输出信号用于确定在工业锅炉系统中影响并控制氧化还原电位的化学制剂的供给速率。

背景技术

在诸如工业锅炉等热水系统中由于增加的氧化还原电位造成的腐蚀是一个主要关注问题。在锅炉水工业中使用的合金的氧的亲合性是许多腐蚀现象的原因。该腐蚀是既取决于系统中氧的量又取决于诸如水化学和冶金等因素的复杂过程。例如，水中其他物质的存在可将氧转变为有侵蚀性的腐蚀力，或者可破坏耐冶金性。其他重要的因素有温度、压力、流体速度和操作颗粒。尽管氧可能为腐蚀过程中的主要或关键组分，但其不一定是唯一的一个。

用于在热水系统中减少氧腐蚀的常规手段是通过机械和化学手段来移除大部分分子溶解氧。绝大部分的溶解氧利用机械脱气被减少为十亿分之几的范围。水典型地在排气式容器中被加热为超过沸腾温度，从而随着温度的增加而引起溶解氧的溶解性的减小。脱气器所特有的流动动力学和操作问题在水中留下十亿分之几的溶解氧。氧清除剂为用于可再生地将溶解氧的值减少到低且恒定的值的化学制剂。这些清除剂中的许多种还用作钝化防腐蚀剂。脱气器并不总是理想地工作；如果脱气器理想地工作，则可永远无需纯清除剂，虽然提高金属钝化的化学组成可为积极的添加物。在一些情况下，氧清除剂作为保险策略而添加，以防备脱气器可能故障的可能性。清除剂也可被添加用于防止空气泄漏到系统中。

传统上，供给到锅炉给水的氧清除剂的量基于给水中的溶解氧的量加上一些多余清除剂的量。供给的多余清除剂的量基于锅炉给水或锅炉水自身中的期望的剩余清除剂浓度，其为清除剂和锅炉循环的多余浓度的函数。关于该供给控制机制存在若干问题。第一个是无法主动控制清除剂的供给速率。在减少剩余清除剂和进行腐蚀行为之前，高氧条件可长期存在。

第二个问题是在锅炉水中存在的剩余清除剂并不简单地意味着该系统得到满意地处理。根据条件(例如，低温度或短滞留时间)，在给水中可以同时具有高的氧浓度和充足的清除剂。当该富氧给水到达锅炉时，氧随着蒸汽急骤馏掉，从而在锅炉水中留下未反应的清除剂。在极端情况下，结果可能是在预锅炉和冷凝系统中存在不可接受的高溶解氧水平，而在锅炉自身中具有预期的剩余的氧清除剂浓度。

在使用超高纯净水的某些高压锅炉(单程的)中，采取不同的方法。不再使用氧清除剂。实际上，少量分子氧被故意添加到给水中。氧(即，氧化剂)在锅炉水化学组成的精细控制条件下用作碳钢的钝化剂。所用的氧浓度远小于空气饱和(8ppm溶解氧)值，因此使用一些脱气。通常在添加受控的量的氧之前在一定程度上较易于脱气。

工业锅炉系统中的腐蚀典型地在操作(即，升高的)温度和压力下发生。最有效和准确的操作和控制数据基于在实际操作条件下采取的测量。在锅炉给水温度和压力下收集这种代表系统的腐蚀应力的数据是困难的且很少可以完成。传统上，氧化还原电位必须在从系统采集的样本中在室温和室压下测量。这种室温测量和其他常规测量，例如溶解氧、特定冶金腐蚀率或者清除剂剩余测量，无法检测许多腐蚀事件和应力。

因此，仍然存在对于有效测量和监控热水系统中的处于操作温度和压力下的氧化还原电位的需求。这种监控可实现给水化学组成(例如，氧、氧清除剂、还原剂和氧化剂)的前期调节，而不是在腐蚀已经发生之后的反应调节。进一步，包括氧清除剂/钝化方案的给水化学组成的实时优化可防止腐蚀问题，这些腐蚀问题导致损失蒸汽产品、停产、缩短的资产寿命和较高的操作成本。

发明内容

因此，公开了一种用于测量和监控热水系统中的处于操作温度和压力下的氧化还原电位(“ORP”)的装置。在一实施例中，该装置包括流通单元、用于感应该系统中的ORP的电极(这里指“ORP探针”)、温度检测器和参考电极。在优选实施例中，这些部件协调作业，以测量和监控ORP和温度，并将这些测量的信号发送到确定热水系统处理化学制剂(例如，氧和/或氧清除剂)的供给速率的控制器。在优选实施例中，所述流通单元内的ORP探针与优选封装在外部压力平衡参考电极组件(“EPBRE”)内的参考电极之间的测量到的电位(即，电压差)表示诸如工业锅炉系统等热水系统中的ORP。