Křemík je jednou z nejškodlivějších stopových nečistot v systémech vysoce čisté vody a vyskytuje se ve dvou odvětvích, která si nemohou dovolit jej ignorovat.
V energetice se rozpuštěný křemík přenáší s párou, usazuje se na lopatkách turbín a vytváří úsady na povrchu kotlů, čímž snižuje účinnost a zkracuje životnost součástí. V výrobě polovodičů znečišťuje křemík v oblasti pod ppb v ultračisté vodě (UPW) destičky, způsobuje vady a snižuje výtěžnost výroby.
Koncentrace, které jsou důležité, jsou příliš nízké a příliš přechodné na to, aby je laboratorní odběr vzorků zachytil včas; proto je třeba je průběžně sledovat online a v reálném čase, aby byl proces chráněn.
Jak tedy funguje online měření křemíku? Tato stránka vysvětluje kombinaci chemie silikomolybdenanu, fotometrie založené na LED a navržené úpravy vzorku, která analyzátorům umožňuje poskytovat spolehlivé údaje o křemíku v oblasti pod ppb.
Silikát není ve vodě jediná látka. Vyskytuje se v několika formách, včetně reaktivní (monomerní), polymerní a koloidní, ale online analyzátory měří pouze reaktivní frakci.
Na tomto rozlišení záleží, protože reaktivní silikát je forma, která se podílí na tvorbě úsad na lopatkách turbín a na depozici na povrchu waferů. Je to také forma, která reaguje na kolorimetrickou reakci používanou v každém online analyzátoru vodní chemie na trhu.
Pokud měříte silikát online, tři omezení určují, co je skutečně možné:
Chemie energetického cyklu a UPW obě vyžadují detekci v rozsahu pod ppb. Většina analytických metod v této úrovni nereaguje jednoznačně.
Rozpuštěné látky, zejména fosfát, reagují se stejným molybdenanovým činidlem používaným k detekci křemíku a mohou vytvářet konkurenční barevnou reakci, pokud nejsou chemicky maskovány.
Měření v oblasti sub-ppb vyžaduje reprezentativní a stabilní objem vzorku při každém cyklu. Kolísání průtoku nebo tlaku vnáší chyby, které přehluší signál.
Princip měření popsaný níže tyto tři omezení přímo řeší.
Online analyzátory silikátu používají mokrou chemickou metodu zvanou silikomolybdenanová kolorimetrie. Tento princip se v laboratorní analýze používá už desítky let a moderní online analyzátory jej automatizují jako sekvenční cyklus reagencií. Níže je uveden sled kroků tak, jak probíhá uvnitř přístroje METTLER TOLEDO 2850Si.
Metoda měření 2850Si splňuje zkušební metodu ASTM D7126, standard pro online kolorimetrické měření silikátu.
Celý cyklus je uzavřený v jednom systému, probíhá automaticky a opakuje se v pevně stanoveném intervalu. Výsledkem je průběžný záznam reaktivního silikátu ve vzorku.
Analyzátor silikátu a fosfátů 2850Si podporuje společné online měření silikátu a fosfátů. To šetří cenný čas i náklady na údržbu díky větší funkčnosti v jednom jediném přístroji. Video vysvětluje, jak komplex silikomolybdenanu vytváří barevnou změnu, která umožňuje analyzátoru silikátu a fosfátů měřit koncentrace silikátu a fosfátů.
Dávkování fosfátu je součástí řízení chemismu kotlové vody při výrobě energie. Pokud měříte oxid křemičitý v ultračisté vodě pro aplikace v polovodičovém průmyslu nebo mikroelektronice, tato část se na vaše zařízení nevztahuje.
U modelů s podporou měření fosfátu běží ihned po cyklu pro oxid křemičitý druhý cyklus, přičemž krok s kyselinou šťavelovou je vynechán. Bez maskovacího činidla reaguje fosfát s molybdenanem a vytváří vlastní barevný komplex, který se měří fotometricky stejným způsobem jako oxid křemičitý. Tato dvoucylková architektura poskytuje oba výsledky z jednoho přístroje bez vzájemného ovlivňování.
V chemii vodního okruhu elektrárny je to důležité, protože oxid křemičitý i fosfát jsou oba kritické parametry a historicky vyžadovaly dva samostatné analyzátory. Spojení obou do jednoho přístroje snižuje nároky na prostor, logistiku reagencií a režii kalibrace.
Další informace o řízení fosfátu v chemii vodního okruhu elektrárny najdete v našem bílém dokumentu o měření oxidu křemičitého a fosfátu.
Většina průmyslově používaných online analyzátorů oxidu křemičitého je založena na reagenciích a využívá chemii silikomolybdenanu popsanou výše. Existují i bezreagenční přístupy, obvykle založené na přímé UV absorpci nebo jiných optických technikách, ale ty narážejí na praktická omezení při koncentracích pod ppb, které vyžadují energetické a polovodičové aplikace.
Kolorimetrická metoda zesiluje velmi malé množství oxidu křemičitého na měřitelný optický signál, a právě proto zůstává standardem pro měření stopových koncentrací.
Při srovnání analyzátorů založených na reagenciích a bezreagenčních analyzátorů je poctivým kompromisem spotřeba reagencií. Analyzátory s mokrou chemií potřebují přísun reagencií a výměna reagencií představuje provozní náklad v čase, materiálu i nakládání s odpady. Je to oprávněné hledisko při výběru analyzátoru a zároveň oblast, ve které moderní konstrukce analyzátorů dosáhla měřitelného pokroku.
Například 2850Si používá až o 75 procent méně reagencií než srovnatelné analyzátory, což prodlužuje servisní intervaly a snižuje nároky na údržbu u provozovatelů elektráren i týmů podpory provozu fabů.
Dobrá chemie sama o sobě nestačí. Kolorimetrická reakce, která na laboratorním stole funguje dokonale, může jako procesní měření selhat, pokud její technické provedení nezvládne provozní podmínky. Následující tři konstrukční vlastnosti analyzátoru odlišují analyzátor průmyslové třídy od laboratorní metody:
Přepadová komora vytváří stálý tlak přiváděný gravitačně na vstupu vzorku bez ohledu na kolísání průtoku na vstupu. To zajišťuje reprezentativní a stabilní objem vzorku v reakční komoře při každém cyklu, což je předpoklad opakovatelnosti v oblasti sub-ppb. Bez toho by samotný hydraulický šum přesahoval signál.
Celá sekvence odběru vzorku, nulové kalibrace, přidání činidel, rozvoje barvy, fotometrického měření a odeslání výsledku probíhá bez zásahu obsluhy, v cyklu nastavitelném od 10 minut výše, přičemž obvyklá doba je 20 minut. Modely schopné měření fosforečnanů provádějí druhý cyklus se stejnou automatizací. Doba cyklu je dostatečně krátká, aby byl výstup užitečný pro řízení procesu, nikoli jen pro vedení záznamů.
Pokud potřebujete pokrýt více odběrných míst - UPW lešticí smyčku v továrně na čipy nebo několik míst napříč parovodním a vodním cyklem - jediný analyzátor může jednotlivá místa postupně obsluhovat a měřit je střídavě. 2850Si podporuje až čtyři proudy z jednoho kompaktního půdorysu, což často rozhoduje mezi sledováním všeho podstatného a sledováním jen toho, co se vejde do rozpočtu.
Pokud zvažujete 2850Si pro výrobu energie nebo polovodičové UPW, zde je uvedeno, jak se každý z výše uvedených principů promítá přímo do přístroje.
Detekce oxidu křemičitého v oblasti pod ppb pro řízení kvality ultračisté vody v závodech na výrobu polovodičů a mikroelektroniky, kde výtěžnost waferů závisí na potvrzení, že obsah oxidu křemičitého je pod mezí detekce na výstupu z lešticí smyčky. |
Detekce oxidu křemičitého v oblasti pod ppb pro chemii energetického cyklu a sledování čistoty páry, kde včasná detekce průniku oxidu křemičitého chrání lopatky turbín a vnitřní části kotlů. |
Až o 75 procent nižší spotřeba reagencií než u srovnatelných analyzátorů, což prodlužuje servisní intervaly a snižuje provozní náklady. |
Sekvenční zpracování až čtyř proudů z jednoho půdorysu, které pokrývá více odběrných míst ve výrobě nebo několik míst v energetickém cyklu pomocí jednoho přístroje. |
Inteligentní diagnostika spotřeby reagencií, stavu hadiček a stavu filtru, která podporuje proaktivní plánování údržby namísto reaktivního řešení poruch. |
Vestavěný převodník M800 s rozhraním, které provádí uživatele nastavením a zjednodušuje obsluhu, takže konfigurace i výstup signálu jsou řešeny v jednom zařízení. |
Kombinované sledování oxidu křemičitého a fosfátu je dostupné u modelů pro elektrárny a poskytuje detekci oxidu křemičitého v oblasti pod ppb a fosfátu v ppm z jednoho analyzátoru díky dvoucyklové architektuře popsané výše. |
Ať už chráníte turbínu, kvalifikujete smyčku UPW nebo nahrazujete zastaralý analyzátor, pracovního princip je základem. 2850Si jej spolehlivě uplatňuje na úrovních pod ppb a konstrukce kolem něj snižuje celkové náklady vlastnictví — méně činidla k nákupu a likvidaci, více odběrných míst pokrytých jedním přístrojem a diagnostika, která upozorní na údržbu dříve, než se z ní stane odstávka.
