离子色谱法在锅炉水质检测中的应用

离子色谱法在锅炉水质检测中的应用

缪丽娟

江苏微谱检测技术有限公司 江苏 苏州 215000

摘要：基于社会经济和科学技术不断发展和进步的环境背景下，我国现阶段的锅炉发展也逐渐向大型化高参数化方向推进，其安全运行及定期做好锅炉水质的检测也因此成为了重点关注的工作内容。本文结合研究人员的多年工作经验总结和相关实践研究，对离子色谱法在锅炉水质检测中的应用进行深入的探讨分析，仅供参考。

关键词：离子色谱；锅炉；水质检测

一、引言

锅炉是电力、化工生产和工业等诸多产业运行中常用到的一种工作设备，其主要是将体内的水分升温所产生的热能通过转换成为动能的载体。现今在社会经济发展与科学的迅猛发展下，如今的锅炉在高参数和大型化发展下，就对其安全运行的稳定性提出了更高的要求，但由于锅炉原水通常会含有大量的不同类型的杂质，尤其是其中锅炉原水中水含有的镁离子和钙离子会促使原水的硬度偏高，从而导致锅炉在日常的运行中锅炉内壁及其容易产生结垢的现象，而结垢问题一旦出现，锅炉内壁的厚度就会增加，从而造成锅炉内水分的进一步浓缩，从而影响到锅炉受热面热传导效果与效率的降低，这样不仅会造成热能成本的提升和浪费，而且会使其存在很高的运行安全风险，严重时可能会导致锅炉炉筒部分出现鼓包的现象，长期以往，最终导致通关爆裂出现安全事故。以上存在诸多隐患也会影响到锅炉的水质，导致其不合格，达不到国家现行的《火力发电机组及蒸汽动力设备水汽质量》和《工业锅炉水质》[1]检测标准的规定范围。为此，相关研究人员加大了对锅炉水质的检测研究，以此来保证锅炉的安全运行。传统的锅炉水质监测技术大部分进行的是离子的含量检测，整个实验检测过程操作不仅难度高，而且工序较为繁琐复杂，灵敏度不够，增加了水质检测的时间和人力成本，且在检测中开会产生大量的化学剂废液，对环境会造成严重的废弃污染。合理的运用离子色谱法对锅炉水质进行检测不仅能够有效的提高工业循环冷却水或锅炉用水检定的灵敏度，还可以对锅炉水质内所包含的亚硝酸根、氯、氟和硝酸根等物质的含量进行有效准确的检测，整体试验操作比较简单，自动化操作水平较好，一 定程度上能够大幅度的提升该项目的整体检测效果和质量、效率。

二、锅炉水质检测项目分析

当前公路水质检测一般会包含以下几种项目内容：氯离子、溶解性固体、总硬度、pH值和含氧量等项目内容。氯离子是水质中常见的一种的阴离子[2]。氯离子本身具有较强的极化度能够显著的加速对物体的腐蚀速度，因此在对其进行含量的检测的同时，还可以有效的反应出锅炉水的品质。但由于水质中所含氧量可能会给锅炉造成氧腐蚀，所以也要对锅炉水质的含氧量进行检测，一般通过检测除氧剂硫酸盐的浓度可以对水的含氧量进行判定。水中所含的碱度适当不仅可以有效的避免酸性对锅炉内壁的腐蚀，而起有利于杂质的排出，从而有效的减缓锅炉内壁的结垢速度。若水的碱度偏高就会导致出现碱腐蚀的情况，会减少锅炉的使用寿命，影响锅炉水质检测的不达标。因此锅炉水中碱度的含量与pH值必须控制在一定的标准范围内。其中对于锅炉水质非常重要的指标就是硬度，水的硬度是镁离子与钙离子的总和。通常情况下，锅炉结垢的出现几率是随着水硬度的不断增大而增大的，因此，锅炉内水的硬度是检测人员重点进行监控的指标问题。

三、离子色谱法的基本检测原理

离子色谱法作为一种高效的液体试验检测技术方法，属于高效的液体相色谱，主要用来针对水质中的阳离子、阴离子常数以及含量进行精确化的数据检测，一般情况下，使用的检测原材料为树脂材料，采用这种检测材料可以对淋出液进行在线自动连接的电导检测。

离子色谱的项目检测原理在实际的操作中是非常简单的，首先借用某些离子，使其在特定的检测条件下进行自发的交换，在离子交换后容易被检测离子分离，在定性分离离子或是对其进行定量的分析。离子色谱发检测原理具体如图1所示[3]。

图1   离子色谱法检测原理

其中采用离子色谱法对离子进行分离的过程中，所采用的常见促进离子交换的检测原料为树脂材料，由于树脂容量较低的特点，应用较多，因此一般被称为离子交换树脂。

离子交换树脂在进行实际的锅炉水质检测中，其锅炉水质检测人员通过对其柱填材料性能的合理利用，检测人员采用离子强度偏低且容易试验的溶液，溶液主要被作为流动相时，就能通过采用观察的方法近距离的观察溶液的电阻，用于检测和判断锅炉水中的阳离子和阴离子的含量。如果锅炉水质的检测人员在进行水质检测的过程中，所采用的是不同的分离原理，则水会发生三种不同的相应分离模式，分别被称为高效电子交换色谱、离子排斥色谱和离子对色谱。以上三种高效离子交换色谱有着相应的优缺点，检测人员在对水进行检测的过程中，要根据实际要求选择合适的色谱，以此来尽可能确保其能够充分的满足锅炉水质检测的相关标准要求。

其具体的工作原理：检测人员可以选择淋洗液，采用碳酸根体系或是氢氧根体系对锅炉水的阴离子进行检测，并同时使用甲烷磺酸对阳离子进行分析，完成离子采样后再利用泵作用，用淋洗液冲洗量环带样品进入色谱进行分离。

在进行阴离子的分析过程中，检测人员通过采用抑制器装置电解锅炉水后使其产生氢离子，然后以阳离子交换膜与淋洗液氢氧根离子相结合后生成水。碳酸氢根、或碳酸根体系与氢离子结合后会生成碳酸，在对其进行分解就会成为水和二氧化碳。

在进行阳离子的分析时，同样是利用抑制器装置对其进行分解，其分解后可生成氢氧根，以阴离子交换膜与淋洗液氢离子结合后生成水，降低电导后增强待测离子相应，在对其电导检测器进行检测。离子色谱系统图如图2所示[4]。

图2 离子色谱系统构成图

四、传统水质检测技术

（一）对硬度的检测

在硬度的检测要提取样品，可以先加入氨-氯化铵缓冲溶液，然后加入指示剂，并对水样的颜色进行观察，如果水样的颜色变为蓝色，那代表水样没有硬度。如果变为紫红色，那说明水样是有硬度的，检测人员可以在加入EDTA标准溶液滴定水样，直到水样变为蓝色，最后对EDTA的使用量进行记录，并计算出其样品的硬度含量。

（二）氯离子的检测

氯离子的检测一般采用滴定法进行检测，水样需在中性或弱碱性的条件下进行测试，通过加入定量的铬酸钾试剂，用标准滴定溶液硝酸银进行滴定，由于氯化银的溶解度小于铬酸银，氯离子会先被滴定出来，此时会产生砖红色沉淀，到达滴定终点，如果样品中含有大量的有机物时，还需要通过马弗炉将样品进行灰化处理，再进行滴定，通过滴定过程中硝酸盐的体积，根据计算公式计算得出氯离子的含量。

离子色谱法与常规分析法在锅炉水质检测中的应用及实验分析

离子色谱法与EDTA滴定法测定水质硬度的对比、与磷钼蓝比色法测定磷酸盐的对比、与硫氰酸铵滴定法测定氯化物。

（一）离子色谱法实验分析

离子色谱法一般采用的阴阳离子色谱柱以及与之相对应的PEEK保护柱和金属保护柱、ICS-1100型离子色谱仪、CIC-D100离子色谱仪等检测仪器，常用的有3.6mMNa2CO3+4.5mMNaHCO3溶液、3.0mM甲烷磺酸溶液、F-、C1-、SO42-、NO3-、NO2-、Ca2+、P043-标准溶液和Mg2+溶液等。

所测定的样品都是由分析超纯水和纯试剂的配制而成。将样品原水稀释1倍，锅炉水以五倍进行稀释，过0.22μm滤膜后进行样品的分析[5]。

实验方法：离子色谱法实验人员依照阴阳离子色谱柱调好与之对应的仪器，并调整好淋洗液的流速分别为每分钟1毫升和每分钟2毫升，电导转换为0.02，量程为01和06，阴离子系统电流为75毫安。在指定的淋洗条件下，等到基线平稳后，将样品或是标准溶液注入到样品器内，程序采集谱图实践到达预定的值时，试验人员随即终止对谱图的采集及处理，然后将计算结果有效的填入到“定量结果表”中，有效履行联合计算，程序根据（平均）校正因子或是曲线在待测样品窗口中计算浓度。

（二）利用硫氰酸铵滴定法对水样中的氯离子含量进行计算测定

利用硫氰酸铵滴定法进行氯离子含量的测定所需要的仪器和试剂分别为：铬酸钾指示剂（100g/L）、25mL的微量滴定管、氯化钠标准溶液（1mL含10mgC1-）、硫氰酸铵标准溶液（1mL差不多等于10mgC1-）、硫酸根标准溶液（1mL差不多等于10mgC1-），铁铵矾指示剂

实验方法：取100mL的水作为水样放在锥形瓶中，并在里面放入分析纯浓硝酸1mL对水样的pH值进行调节，使其不大于1，并加入15.0mLAgN03标准溶液，1.0mL的指示剂，用硫氰酸铵标准溶液快速滴定使其颜色为红色为止，严格按照上述方法做空白试验后，依据公式推算出水样中氯化物的具体含量。

（三）EDTA滴定法

所需仪器和试剂为：铬黑T指示剂、25mL微量滴定管、EDTA标准溶液（0.01mol/L）和氨-氯化铵缓冲溶液

实验方法：取锅炉内100mL的水作为实验用水质检测样品，并将其放入到实验专用的锥形瓶中，加入2滴的铬黑T指示剂与3mL缓冲溶液后使其至紫红色，用EDTA滴定为蓝色为最终的滴定点，并对此次实验所消耗的EDTA的体积进行记录，根据公式计算出水样的硬度。

（四）对比实验

分别取一份锅炉水样和原水水样，并对其分别采用离子色谱法和滴定法进行钙离子、氯离子和镁离子的测定。并将试验进行对比，结果如表1所示。

表1 离子色谱法与滴定法测定结果比较

五、试验结果与结论分析

（一）采用离子色谱法对锅炉的水质进行分析，可以一次从水样中测试出不同离子的含量，同时用最短的时间获取阴、阳离子及样品组成的全部信息。与此同时，采用多次进样的方法，可以对以往实验测试中容易出现的重复繁琐的步骤起到有效的规避作用。另外在对水质硬度进行检测时，可以精准的检测出水中镁离子、钙离子的含量，对锅炉水中出现的结垢起到了很好的水质调节作用。

（二）离子色谱实验所用到的试剂均为化学试剂很少会对人体造成危害，很难与人体进行接触；上述检测方法中所用到的铬酸钾、硝酸银、钼酸铵、铬黑T、EDTA等多种试剂多为化学试剂或是重金属试剂，在进行实验的过程中需要采取相应的防范措施且实验全部完成中所产生的废液也不会极易进行三废处理，进而导致环境的污染。

（三）有利于检测灵敏度的提高，离子色谱分析法对样品的检测浓度范围可精确到μg/L-mg/L，尤其是对常见阴离子的检出限小于10μg/L。在实验的过程中，操作人员只需进样和操作仪器就能完成实验，实验的稳定性非常好的，尽可能的避免了人工操作失误或是数据读取错误等情况的发生。

六、结语

锅炉水质检测是进一步保证锅炉运行安全、稳定的重要条件，尤其是基于社会经济和科学技术快速发展背景下，锅炉开始向高层数、大型化层面推进，锅炉水质检测对锅炉安全、稳定就变得更为重要，作为管理人员需要不断加大对锅炉水质的检测频率外，还要对锅炉水质的实际情况有充足的把握和了解，并做好锅炉运行状态的实时监测工作，以此来尽可能的降低和减少锅炉安全风险的发生率。离子色谱法随之检测技术有效的应用到锅炉水质的检测工作中，具有检测效率高、时间短、检测准确性高、成本低、自动化水平高和操作简单便利等诸多优势。通过相关技术部门对离子色谱法在锅炉水质检测方面应用方法的进一步研究与改进，使其检测技术水平得到了进一步的提升，使其技术水平更为的先进，对实现行业的快速发展具有重要意义。

参考文献：

[1]李锐.离子色谱法在锅炉水质检测中的应用[J].技术与市场,2022,29(02):98-99.

[2]孙璐,王岩松.离子色谱法在水质检测中的应用研究[J].皮革制作与环保科技,2022,3(01):36-38.

[3]栗志艳.离子色谱法在水质检测中的应用研究[J].环境与发展,2019,31(11):79+81.

[4]林肯,娄永生,卢沛.离子色谱法在锅炉水质检测中的应用[J].辽宁化工,2018,47(07):695-696+706.

[5]郑少娜.离子色谱法在饮用水水质检测中的应用[J].广东化工,2012,39(07):167-168.