电厂水循环系统中钠的监测方法研究
Edmee Basset, Sephan Connan, Philippe Dudouit,
Hach Ultra Analytics SA, Switzerland
[摘 要] 目前，钠离子浓度已经成为电厂水循环系统水质控制的重要指标之一。但在实际工艺控制过程中对这个指标进行精确
测定却并不容易。一般采用的分析仪器是离子选择性电极，然而这种电极对pH 值的变化比较敏感，并且长时间在含低浓度钠的超
高纯水中工作会导致电极灵敏度下降。此外，离子选择性电极由于存在漂移需要经常校准。本研究讨论了对水中低浓度钠离子进行
测定所面临的技术难题，并且介绍了一个精确、实用的亚ppb 级分析仪器所具备的优点和特征。
1 简介
对于电厂来说，水质对于设备运行效率和性能具有非常重要的影响，同时对设备的使用寿命也有较
大的影响。以往电厂通常会使用测定电导率的方法来监测工艺中的水质，然而今天对于大多数电厂技术
人员来说，单单测定电导率已经不能满足保护昂贵生产设备的需要。目前，钠浓度已经成为电厂整个水
汽循环系统水质控制的一个重要指标。然而在实际操作中，对钠进行精确测定却并不容易。例如，过去
十年由于离子交换树脂技术的发展使得混床出水中的钠浓度已经可以低于0.03 ppb[1]，因此对于监测仪
器的要求已经不仅仅是能够测出低浓度的钠，而且要能够连续精确测定低浓度（亚ppb 级）钠离子的变
化。
在实验室中，有几种方法可以用于测定钠的浓度，包括电极电势法、离子色谱法、原子吸收法
（ICP-AA）[2]和质谱法。尽管实验室内的分析方法可以完成一些常规测定任务，但是需要较大的人力
投入。此外，由于分析方法本身的特点，一般只适用于对某个特定时间点的数据进行分析。因此，大多
数电厂依然需要采用在线连续监测仪器进行测定。
对于高纯水的分析来说，最实用和经济的在线监测方法是电势法，电势法采用的是离子选择性电极
（Ion Specific Electrode, ISE）。在实践中，在线监测仪器会遇到许多问题，诸如温度和pH 波动、低浓
度钠的反应灵敏度降低和仪器校准困难等，这些潜在的问题都需要在测定过程中给予注意。实际上，采
用一些新技术可以使离子选择性电极的测定精度和效率提高，从而能够对低至20 ppt 的钠离子浓度进行
测定。本研究讨论了测定钠浓度的重要性和建立实用的亚ppb 级钠测定方法所必须解决的问题。
2 分析和测定钠离子浓度的必要性
当高纯水或超高纯水中的钠离子浓度升高，表明水中存在对工艺不利的溶解性杂质。在电厂中，这
些杂质如果沉积在叶轮叶片或锅炉换热片表面，可能引起灾难性的事故。
在使用全挥发处理（All Volatile Treatment, AVT）或加氧处理（Oxygenated Treatment, OT）工艺的
锅炉水循环系统中，钠离子进入系统的直接方式有2 种：一种情况是水处理工艺被穿透失效，另一种情
况是冷凝器泄漏。
典型的给水处理一般使用离子交换树脂来去除无机杂质和化合物。使用阴离子树脂去除阴离子杂
质，比如碳酸根离子；而阳离子树脂则被用于去除阳离子杂质，如钠离子。在树脂填料层因有效交换容
量耗尽而被穿透时，最先泄漏出来的阳离子是钠离子。对出水钠离子浓度的测定可以用于控制树脂填料
层的再生周期，否则只能通过控制处理水的体积或处理时间来简单控制。因此进行钠离子监测可以保证
出水质量，并且可以减少再生药剂（盐酸）的消耗量，防止由阳离子杂质引起的设备腐蚀。钠离子分析
还可以用于检测阴离子树脂再生过程（采用氢氧化钠进行再生）中可能存在的钠离子泄漏问题[3]。在采
用反渗透膜的给水处理厂中，测定钠离子还可以指示反渗透膜的损坏情况。
钠进入锅炉水循环的另一种方式是冷凝管泄漏，这是因为大多数冷凝水都含有钠离子。对凝结水泵
出口水中的钠离子浓度进行连续测定，可以在早期发现给水或冷凝水中的钠离子浓度异常变化，防止严
重的泄漏事故发生。一般冷凝器后面会装有过滤器，这些过滤器一般采用小型混合离子交换树脂填料床，
测定钠离子浓度同样可以反映树脂消耗和溶解性固体穿透的情况。
在一些锅炉水循环系统中，特别是在使用汽包炉的系统中，可能会使用磷酸盐水处理系统。在这种
情况下，钠以三磷酸钠或类似化合物的形式被加入系统中，目的是为了对水垢进行控制。这时对蒸汽中
的钠离子浓度进行测定，就可以了解通过飞溅和起沫作用携带的溶解性杂质量。
勿庸置疑的是，以上提到的运行异常情况都会对电厂的运行造成严重的不利影响，因此对水质进行
日常监测非常重要。阳电导和比电导率是常用的监测指标，而钠离子监测则比这两种方法更加灵敏。在
理想的状况下，电导率仪可以直接测到0.02μs/cm 的电导率变化，这相当于11ppb 的钠离子浓度变化。
而目前钠离子分析仪已经可以精确地分析0.1 ppb 的钠离子浓度变化，其灵敏度相当于电导率测定灵敏
度的100 倍。在对水质要求较高的电厂水循环系统中，应当及早发现并预报有关的异常现象，而钠离子