一种离子交换树脂失效程度的评估方法与流程

1.本发明属于超特高压换流阀技术领域，涉及一种离子交换树脂失效程度的评估方法。


背景技术：

2.超特高压换流阀内冷水系统对于及时冷却换流元件，保证换流阀安全运行起着至关重要的作用。目前，超特高压换流阀内冷水系统腐蚀问题在国内换流站普遍存在，换流阀内冷水系统典型故障频发。内冷水系统腐蚀一方面对元件自身造成损耗，另一方面影响系统安全运行，存在导致设备停运的安全风险。研究表明，晶闸管铝制散热器是内冷水系统腐蚀的主要部位，也是均压电极结垢、均压电极密封圈漏水等问题的源头。
3.冷水系统化学腐蚀是导致均压电极结垢的主要因素之一。铝在高纯水中处于钝化区(ph＝4.6～8.3)，其表面形成的致密氧化膜性质稳定，一般情况下耐腐蚀性能良好。但是，内冷水中cl
‑
不利于氧化铝钝化层的形成，易造成点蚀，可通过离子交换器除去。但是，离子交换树脂在长期使用后难免会因为吸附了大量降解产物而降低工作性能，破碎的离子交换树脂粉末可能泄漏进入内冷水主冷却回路，虽不会导致内冷水电导率明显变化，但由于可形成局部的强酸或强碱环境，使铝制散热器表面的致密氧化膜遭到破坏，从而造成铝制散热器的化学腐蚀。腐蚀产物在水流和电场环境下沉积在均压电极表面造成均压电极结垢，加速电解电流腐蚀。
4.因此，离子交换树脂是影响铝制散热器化学腐蚀的关键因素，但是离子交换树脂失效程度评估方法未见报道，因此亟需提出一种离子交换树脂失效程度的评估方法。


技术实现要素：

5.本发明的目的是提供一种离子交换树脂失效程度的评估方法，实现对离子交换树脂失效程度进行定量准确评估。
6.本发明所采用的技术方案是，一种离子交换树脂失效程度的评估方法，具体按照如下步骤实施：
7.步骤1，将离子交换树脂置于恒温振荡器，从超特高压换流阀内冷水系统中取出定量溶液与离子交换树脂混合，间隔一定的时间再从超特高压换流阀内冷水系统中取出定量溶液与离子交换树脂混合，如此循环，直至吸附平衡并获取平衡吸附量；
8.步骤2，将离子交换树脂置于离子交换柱中，在一定温度下将超特高压换流阀内冷水系统中的溶液通过恒流泵经过离子交换柱，每隔一定时间测定流出溶液的浓度，直至与初始溶度相等，获得离子交换树脂对超特高压换流阀内冷水系统中降解产物的吸附特性；
9.步骤3，建立langmuir和freundlich吸附等温模型，对数据进行拟合，获得饱和吸附量、吸附强度特征常数；
10.步骤4，利用准一级动力学、准二级动力学和颗粒内扩散模型对数据进行拟合，获得吸附速率常数、内扩散速率常数；
11.步骤5，根据步骤1
‑
4获得的平衡吸附量、吸附质量、饱和吸附量、吸附强度、吸附速率常数、内扩散速率常数计算离子交换树脂失效程度。
12.步骤1中恒温振荡器的振荡频率设置为180
‑
250rpm、温度设置为25
‑
35℃，从超特高压换流阀内冷水系统中取出定量溶液的时间间隔为10
‑
20分钟，定量溶液的取样体积与离子交换树脂的质量之比为100
‑
200ml:50
‑
60g。
13.步骤1中平衡吸附量q
e
根据公式(1)计算，如下：
[0014][0015]
式中：c0和c
e
分别表示超特高压换流阀内冷水系统溶液的初始浓度和平衡浓度，m表示离子交换树脂的质量，v表示从超特高压换流阀内冷水系统中取出来的溶液体积。
[0016]
步骤2具体为：
[0017]
称取50
‑
60g的离子交换树脂，预先在去离子水中浸泡24
‑
30小时后装填在离子交换柱中，在25
‑
35℃下将超特高压换流阀内冷水系统溶液以3ml/min
‑
5ml/min流速通过恒流泵由下往上流经离子交换柱，每隔20
‑
30分钟测定流出溶液的浓度，直至与初始溶度相等，获得离子交换树脂对超特高压换流阀内冷水系统中降解产物的吸附质量m
x
随时间的变化曲线。
[0018]
步骤2中测定流出溶液的浓度时按照如下方法：
[0019]
在波长545nm处采用铬天青
‑
s分光光度法测定流出溶液的吸光度，根据标准曲线方程获得溶液的浓度。
[0020]
步骤2中测定流出溶液的浓度时按照如下方法：
[0021]
在波长630nm处采用铬天青s
‑
溴化十六烷基吡啶分光光度法测定流出溶液的吸光度，根据标准曲线方程获得溶液浓度。
[0022]
步骤3中langmuir和freundlich吸附等温模型如公式(2)和(3)所示：
[0023][0024][0025]
式中：q
m
表示饱和吸附量，k
l
为langmuir吸附平衡常数，k
f
为freundlich吸附平衡常数，n为吸附强度特征常数；
[0026]
对数据进行拟合，获得饱和吸附量、吸附强度具体为：
[0027]
以c
e
为横坐标、c
e
/q
e
为横纵坐标做直线，根据公式(2)该直线的斜率为1/q
m
且该直线在纵坐标轴上的截距为1/(q
m
k
l
)，从而获得饱和吸附量q
m
；
[0028]
以ln c
e
为横坐标、ln q
e
为横纵坐标做直线，根据公式(3)该直线的斜率为1/n且该直线在纵坐标轴上的截距为lnk
f
，从而获得吸附强度特征常数n。
[0029]
步骤4具体为：
[0030]
根据公式(4)
‑
(6)分别建立准一级动力学、准二级动力学和颗粒内扩散模型，求出吸附速率常数、内扩散速率常数，具体为：
[0031]
ln(q
e
‑
q
t
)＝lnq
e
‑
k1t
ꢀꢀꢀ
(4)
[0032][0033]
q
t
＝k
i
t1/2
ꢀꢀꢀ
(6)
[0034]
式中，q
t
表示t时刻的吸附量，t表示吸附时间，k1表示一级动力学吸附速率常数，k2表示二级动力学吸附速率常数，k
i
表示内扩散速率常数；
[0035]
获得不同时刻t下的吸附量q
t
，以t为横坐标、ln(q
e
‑
q
t
)为纵坐标做直线，根据公式(4)该直线的斜率为
‑
k1，从而获得一级动力学吸附速率常数k1；
[0036]
以t为横坐标、t/q
t
为纵坐标做直线，根据公式(5)该直线的在纵坐标上的截距为1/(k2q
e2
)，从而获得二级动力学吸附速率常数k2；
[0037]
以t
1/2
为横坐标、q
t
为纵坐标做直线，根据公式(6)该直线的斜率为k
i
，从而获得内扩散速率常数k
i
。
[0038]
步骤5具体为：
[0039]
根据公式(7)获得步骤1
‑
4获得的平衡吸附量q
e
、吸附质量m
x
、饱和吸附量q
m
、吸附强度特征常数n、一级动力学吸附速率常数k1、二级动力学吸附速率常数k2、内扩散速率常数k
i
离子交换树脂失效程度n
f
之间的定量关系，则离子交换树脂失效程度具体为：
[0040]
n
f
＝m
x
/q
e
m
x
/q
m
n(k1 k2 k
i
)
ꢀꢀꢀ
(7)
[0041]
n
f
越大，说明失效程度越严重，需及时更换离子交换树脂。
[0042]
本发明的有益效果是：
[0043]
本发明提出一种离子交换树脂失效程度的评估方法，利用平衡吸附量、吸附特性、饱和吸附量、吸附平衡常数、吸附强度、吸附速率常数和内扩散速率常数表征离子交换树脂失效程度，从而对离子交换树脂失效程度进行准确评估，对解决冷水系统化学腐蚀问题具有重要意义，从而缓解冷水系统化学腐蚀、降低均压电极结垢速度，进一步杜绝均压电极结垢导致的生产事故，且本发明的方法具有成本低、操作简单等优点。
附图说明
[0044]
图1是本发明一种离子交换树脂失效程度的评估方法的流程图。
具体实施方式
[0045]
下面结合附图和具体实施方式对本发明进行详细说明。
[0046]
本发明一种离子交换树脂失效程度的评估方法，其流程如图1所示，具体按照如下步骤实施：
[0047]
步骤1，将离子交换树脂置于恒温振荡器，振荡频率设置为180
‑
250rpm、温度设置为25
‑
35℃，从超特高压换流阀内冷水系统中取出定量溶液与离子交换树脂混合，间隔10
‑
20分钟再从超特高压换流阀内冷水系统中取出定量溶液与离子交换树脂混合，如此循环，直至吸附平衡并获取平衡吸附量，平衡吸附量q
e
根据公式(1)计算，如下：
[0048][0049]
式中：c0和c
e
分别表示超特高压换流阀内冷水系统溶液的初始浓度和平衡浓度，m
表示二级动力学吸附速率常数，k
i
表示内扩散速率常数；
[0067]
获得不同时刻t下的吸附量q
t
，以t为横坐标、ln(q
e
‑
q
t
)为纵坐标做直线，根据公式(4)该直线的斜率为
‑
k1，从而获得一级动力学吸附速率常数k1；
[0068]
以t为横坐标、t/q
t
为纵坐标做直线，根据公式(5)该直线的在纵坐标上的截距为1/(k2q
e2
)，从而获得二级动力学吸附速率常数k2；
[0069]
以t
1/2
为横坐标、q
t
为纵坐标做直线，根据公式(6)该直线的斜率为k
i
，从而获得内扩散速率常数k
i
；
[0070]
步骤5，根据步骤1
‑
4获得的平衡吸附量、吸附质量、饱和吸附量、吸附强度、吸附速率常数、内扩散速率常数计算离子交换树脂失效程度，具体为：
[0071]
根据公式(7)获得步骤1
‑
4获得的平衡吸附量q
e
、吸附质量m
x
、饱和吸附量q
m
、吸附强度特征常数n、一级动力学吸附速率常数k1、二级动力学吸附速率常数k2、内扩散速率常数k
i
离子交换树脂失效程度n
f
之间的定量关系，则离子交换树脂失效程度具体为：
[0072]
n
f
＝m
x
/q
e
m
x
/q
m
n(k1 k2 k
i
)
ꢀꢀꢀ
(7)
[0073]
n
f
越大，说明失效程度越严重，工作人员根据使用要求及时更换离子交换树脂。