Silica er en af de mest skadelige sporforureninger i systemer med højrenvand, og den forekommer i to industrier, som ikke har råd til at ignorere den.
I kraftproduktion føres opløst silica med dampen, aflejres på turbinklinger og danner belægninger på kedeloverflader, hvilket nedbryder effektiviteten og forkorter komponenternes levetid. I halvlederproduktion forurener silica under ppb-niveau i ultrarent vand (UPW) wafere, forårsager defekter og reducerer udbyttet i produktionen.
De koncentrationer, der er vigtige, er for lave og for kortvarige til, at laboratorieprøvetagning når at fange dem i tide; derfor skal de overvåges kontinuerligt, on-line og i realtid for at beskytte processen.
Så hvordan fungerer on-line silicamåling? Denne side forklarer kombinationen af silicomolybdatkemi, LED-baseret fotometri og udviklet prøvekonditionering, som gør det muligt for analysatorer at levere pålidelige silicamålinger under ppb-niveau.
Silica er ikke en enkelt art i vand. Det forekommer i flere former, herunder reaktivt (monomert), polymerisk og kolloidalt, men onlineanalysatorer måler kun den reaktive fraktion.
Den sondring er vigtig, fordi reaktiv silica er den form, der deltager i aflejringskemien på turbineblade og i aflejring på waferoverflader. Det er også den form, der reagerer på den kolorimetriske reaktion, som bruges i alle online vandkemianalysatorer på markedet.
Hvis du måler silica online, er det tre begrænsninger, der former, hvad der faktisk er muligt:
Kemien i kraftcyklussen og UPW kræver begge detektion i sub-ppb-området. De fleste analytiske metoder kan ikke adskille dette område tydeligt.
Opløste stoffer, især fosfat, reagerer med det samme molybdat-reagens, som bruges til at detektere silica, og kan give en konkurrerende farvereaktion, hvis de ikke er kemisk maskeret.
Sub-ppb-måling kræver et repræsentativt, stabilt prøvevolumen i hver cyklus. Svingninger i flow eller tryk medfører fejl, som overdøver signalet.
Måleprincippet beskrevet nedenfor adresserer hver af disse begrænsninger direkte.
Online silicaanalysatorer bruger en vådkemisk metode kaldet silicomolybdat-kolorimetri. Princippet har været brugt i laboratorieanalyser i årtier, og moderne onlineanalysatorer automatiserer det som en sekvenseret reagenscyklus. Nedenfor ses sekvensen, som den forløber inde i METTLER TOLEDO 2850Si.
2850Si-målemetoden er i overensstemmelse med ASTM-testmetode D7126, standarden for online kolorimetrisk måling af silica.
Hele cyklussen er selvstændig, kører automatisk og gentages med et fast interval. Resultatet er en kontinuerlig registrering af reaktiv silica i prøvestrømmen.
Silica- og fosfat-analysatoren 2850Si understøtter de kombinerede online målefunktioner i en silica- og fosfatanalysator. Det sparer værdifuld tid og vedligeholdelsesomkostninger med mere funktionalitet i ét enkelt instrument. Videoen forklarer, hvordan silicomolybdatkomplekset giver en farveændring, som gør det muligt for silica- og fosfatanalysatoren at måle koncentrationer af silica og fosfat.
Fosfatdosering er en del af kontrol af kedelvandskemien i elproduktion. Hvis du måler silica i ultrarent vand til halvleder- eller mikroelektronikanvendelser, gælder dette afsnit ikke for din installation.
På modeller, der kan måle fosfat, kører en anden cyklus umiddelbart efter siliciacyklussen, hvor trin med oxalsyre er udeladt. Uden maskeringsreagenset reagerer fosfat med molybdat og danner sin egen farvede kompleksforbindelse, som måles fotometrisk på samme måde som silica. Denne tocyklusarkitektur leverer begge målinger fra ét enkelt instrument uden krydsinterferens.
For kemien i kraftcyklussen er dette vigtigt, fordi silica og fosfat begge er kritiske parametre og historisk set har krævet to separate analysatorer. Ved at kombinere dem i ét instrument reduceres pladsbehovet, reagenslogistikken og omkostningerne ved kalibrering.
For mere om fosfatkontrol i kemien i kraftcyklussen, se vores white paper om måling af silica og fosfat.
De fleste on-line silicoanalysatorer i industriel brug er reagensbaserede og bruger silikomolybdatkemi som beskrevet ovenfor. Reagensfrie metoder findes, typisk baseret på direkte UV-absorbans eller andre optiske teknikker, men de har praktiske begrænsninger ved de sub-ppb-koncentrationer, som kræves i kraft- og halvlederanvendelser.
Den kolorimetriske metode forstærker en meget lille mængde silica til et målbart optisk signal, og derfor forbliver den standarden til arbejde på sporstofniveau.
Når du sammenligner reagensbaserede og reagensfrie analysatorer, er den ærlige afvejning reagensforbruget. Vådkemiske analysatorer kræver en forsyning af reagenser, og udskiftning af reagenser er en driftsomkostning i form af tid, materialer og håndtering af affald. Det er en legitim overvejelse, når du vælger en analysator, og det er et område, hvor moderne analysatordesign har gjort målbare fremskridt.
2850Si bruger for eksempel op til 75 procent mindre reagens end sammenlignelige analysatorer, hvilket forlænger serviceintervallerne og reducerer vedligeholdelsesbyrden for driftsmedarbejdere på anlæg og fabbers forsyningsteams.
God kemi er ikke tilstrækkeligt i sig selv. En kolorimetrisk reaktion, der fungerer perfekt på en laboratoriebænk, kan stadig fejle som procesmåling, hvis ingeniørarbejdet omkring den ikke holder. De følgende tre analyzerdesignfunktioner adskiller en analysator i industriel kvalitet fra en laboratoriemetode:
Et overløbskammer skaber et konstant, gravitationsdrevet tryk ved prøveindløbet, uanset udsving i opstrøms flow. Det leverer et repræsentativt, stabilt prøvevolumen til reaktionskammeret i hver cyklus, hvilket er forudsætningen for sub-ppb-gentagelsesnøjagtighed. Uden det ville den hydrauliske støj alene overstige signalet.
Hele sekvensen med prøveudtagning, nulkalibration, tilsætning af reagens, farveudvikling, fotometrisk måling og resultatrapportering kører uden operatørindgriben på en cyklus, der kan justeres fra 10 minutter og opefter, med 20 minutter som typisk. Modeller med fosfatfunktion kører den anden cyklus på samme automatisering. Cyklustiden er kort nok til, at outputtet er nyttigt til processtyring og ikke kun til journalføring.
Hvis du skal dække flere prøvepunkter - et UPW-poleringsloop i en fabrik eller flere placeringer i et damp-vand-kredsløb - kan en enkelt analysator sekventere mellem dem og måle hver enkelt i rotation. 2850Si understøtter op til fire strømningsveje fra et enkelt kompakt fodaftryk, hvilket ofte er forskellen mellem at overvåge alt det, der betyder noget, og kun at overvåge det, der passer ind i budgettet.
Hvis du evaluerer 2850Si til kraftproduktion eller halvleder-UPW, kan du her se, hvordan hvert af principperne ovenfor kommer til udtryk i selve instrumentet.
Sub-ppb-detektion af silika til kvalitetskontrol af ultrarent vand i halvleder- og mikroelektronikfabrikker, hvor waferudbyttet afhænger af at bekræfte, at silikaniveauet ligger under detektionsgrænsen ved poleringssløjfens udløb. |
Sub-ppb-detektion af silika til kemi i kraftcyklussen og overvågning af dampens renhed, hvor tidlig detektion af silikagennembrud beskytter turbineblade og kedlens indre dele. |
Op til 75 procent lavere forbrug af reagens end sammenlignelige analysatorer, hvilket forlænger serviceintervallerne og reducerer driftsomkostningerne. |
Op til sekventering af fire strømme fra et enkelt fodaftryk, der dækker flere prøvepunkter i fabrikken eller flere steder i kraftcyklussen fra ét instrument. |
Intelligente diagnostiske funktioner for reagensforbrug, slangelstand og filterstatus, som understøtter proaktiv vedligeholdelsesplanlægning frem for reaktiv fejlrespons. |
Indbygget M800-transmitter med en grænseflade, der guider opsætningen og gør betjeningen enklere, så konfiguration og signaludgang håndteres i én enhed. |
Kombineret overvågning af silika og fosfat fås på kraftværksmodeller og leverer sub-ppb-silika og ppm-fosfat fra én analysator ved hjælp af den dobbelte cyklusarkitektur, der er beskrevet ovenfor. |
Uanset om du beskytter en turbine, kvalificerer en UPW-sløjfe eller udskifter en aldrende analysator, er arbejdsprincippet fundamentet. 2850Si anvender det pålideligt ved niveauer under ppb, og designet omkring det sænker dine samlede ejeromkostninger – mindre reagens at købe og bortskaffe, flere prøvepunkter dækket pr. instrument og diagnostik, der markerer vedligeholdelse, før det udvikler sig til nedetid.
