Введение к работе
Актуальность темы. Развитие атомной энергетики, тепловых станций и микроэлектроники ставит ряд сложных задач по обеспечению высокой экономичности, надежности и безаварийности работы оборудования, которые в значительной мере обеспечиваются водно-химическим режимом, применяемым в этих производствах. Для указанных целей применяются глубокообессоленные воды, прошедшие очистку от примесей различными способами. Обеспечение нормируемых показателей по примесям требует соответствующего аналитического обеспечения. Однако традиционные методы контроля содержания примесей часто не могут быть применены из-за недостаточной чувствительности, большой погрешности или отсутствия непрерывного метода измерения концентрации примесей в протоке. Поэтому исследование, разработка методов контроля и обеспечение нормированного содержания микропримесей глубокообес-соленных вод в процессе их подготовки и при эксплуатации оборудования имеет самостоятельное и чрезвычайно важное значение.
Патентный поиск и литературный обзор водно-химических режимов АЭС и ТЭС показали, что контроль анионного состава глубокообессоленных вод в настоящее время проводится только по концентрации хлорид-ионов. Однако нормами качества технологических вод предусматривается контроль за содержанием как хлорид-, так и фторид-ионов. Так, например, в питательной воде и обессоленном конденсате ядерных реакторов суммарное содержание хлорид- и фторид-ионов не должно превышать 4,0 и 10,0 мкг/дм3 соответственно. Следует отметить, что фторид-ионы оказывают гораздо более сильное коррозионное воздействие на материал оборудования, но из-за отсутствия разработанных методов определения микроконцентраций фторид-ионов контроль за их содержанием не проводится. Следовательно, нормируемый показатель по суммарной концентрации хлорид- и фторид-ионов аналитически не обеспечен. Наиболее перспективными для контроля технологических вод являются титриметриче-ский и потенциометрический методы анализа. Однако чувствительность титри-метрического метода анализа недостаточна.
Поэтому при отборе единичных проб из-за малого содержания в них фтора требуется проведение различных подготовительных операций по концентрированию, что резко увеличивает время проведения анализа, а также приводит к повышению погрешности определения концентрации примесей, которые могут достигать очень больших значений, превышающих 200-500 %.
Потенциометрический метод имеет большие преимущества перед другими, в том числе и титриметрическими, методами. Так, потенциометрический метод может быть применен как в лабораторном, так и в непрерывном автоматическом варианте, не требует приготовления большого количества реактивов.
В требованиях, предъявляемых к водному теплоносителю ТЭС и АЭС, строго регламентируется содержание хлорид- и фторид-ионов. Серийно выпускаемые промышленностью мембранные электроды типа ИСЭ-F-Ol, позволяют определять концентрацию фторид-ионов не менее 19 мкг/дм3, что не дает возможности использовать эти электроды для определения микроконцентраций фторид ионов в глубокообессоленных водах.
Для оперативного контроля и обеспечения нормативного содержания фторид-ионов необходима разработка экспрессной методики его определения в глубокообессоленных водах. Для этого нужно найти такие условия работы серийного фторидселективного электрода типа ИСЭ-F-01, которые позволили бы расширить диапазон измеряемых концентраций фторид-ионов до 2 мкг/дм3 и обеспечить их нормированное содержание в глубокообессоленных водах. Поэтому актуальность диссертационной работы диктуется возрастающими требованиями к качеству технологических вод электростанций и производств микроэлектроники, необходимостью разработки и внедрения экспрессных и достаточно точных потенциометрических методик и установок для непрерывного автоматического контроля содержания фторид-ионов в глубокообессоленных водах, а также технологии очистки воды по их содержанию.
Цель работы заключалась в разработке способа измерения микроконцентраций фторид-ионов, условий ведения технологического процесса подготовки глубокообессоленных технологических вод и обеспечение их нормируемой концентрации.
Для достижения поставленной цели необходимо было решить следующие задачи:
разработать рекомендации по очистке технологических вод, обеспечивающие нормированное содержание в них фторид-ионов;
разработать и метрологически аттестовать методику количественного химического анализа определения массовой концентрации фторид-ионов в глубокообессоленных технологических водах потенциометрическим методом;
разработать установку для непрерывного автоматического контроля
за технологическим режимом ВПУ по содержанию фторид-ионов в глубоко
обессоленных водах.
Научная новизна диссертационной работы заключается в том, что:
разработан способ глубокой очистки технологических вод от фторид-ионов, обеспечивающий их нормируемое содержание;
определены закономерности поведения фторид-ионов в процессе очистки глубокообессоленных технологических вод;
изучены электродная функция и метрологические характеристики фторидсслективного электрода в глубокообессоленных водах в диапазоне измеряемых концентраций фторид-ионов 2-100 мкг/дм3;
впервые исследовано поведение фторидселективного электрода в диапазоне микроконцентраций в динамических условиях.
Практическая значимость результатов диссертационной работы состоит в том, что:
разработаны рекомендации по очистке технологических вод, обес
печивающие нормированное содержание в них фторид-ионов и установка по
поддержанию оптимального технологического режима ВПУ по их содержанию
в глубокообессоленных водах;
впервые предложен способ определения фторид-ионов в диапазоне 2-20 мкг/дм3 потенциометрическим методом и установлены условия его осуществления в глубокообессоленных технологических водах атомных и тепловых электростанций, а также производствах микроэлектроники;
проведена оценка основных метрологических характеристик ФСЭ;
разработана экспрессная методика определения микроконцентраций фторид-ионов в глубокообессоленных водах, которая метрологически аттестована, утверждена и внесена в Федеральный Реестр МВИ. Методика внедрена в ряде лабораторий (например, ООО «Гелиос» и ООО «Компания «Солнечная энергетика», при анализе фотоэлектрических преобразователей на содержание примесей).
Иа защиту выносятся:
способ очистки глубокообессоленных вод, обеспечивающий нор
мируемое содержание фторид-ионов и установка по поддержанию оптимально
го технологического режима ВПУ по их содержанию в технологических водах;
закономерности поведения фторид-ионов в процессе очистки глу-бокообессоленных технологических вод;
особенности поведения фторидселективных электродов при потен-циометрическом определении микроконцентраций фторид-ионов в глубоко-обессоленных водах, состав фонового электролита для их определения в диапазоне 2-100 мкг/дм3 и методика потенциометрического анализа в технологических водах АЭС, ТЭС и производствах микроэлектроники.
Апробация работы. Основные положения, результаты и рекомендации, отражающие исследования автора, докладывались и обсуждались на 6-ти Международных, Всероссийских и Региональных научно-технических конференциях. По теме диссертации опубликовано 3 статьи в Российских реферируемых и Международных научно-технических журналах. Заявлен способ измерения концентрации фторид-ионов в глубокообессоленных водах.
Структура диссертационной работы. Диссертация изложена на 116 страницах машинописного текста, включая 28 рисунков, 29 таблиц, состоит из введения, четырех глав, выводов, списка литературы из 89 библиографических названий работ отечественных и зарубежных авторов и приложения.
