Työ r a p o r t t i 9 9-6 8 Posivan uuden kenttämittauslaitteiston rakentaminen ggg Mia Mäntynen Joulukuu 999 POSIVA OY Mikonkatu 5 A, FIN- HELSINKI. FINLAND Tel. +358-9-228 3 Fax +358-9-228 379
Työ raportti 99-68 Posivan uuden kenttämittauslaitteiston rakentaminen ggg Mia Mäntynen Fortum Povver and Heat Oy Loviisan voimalaitos Joulukuu 999 Pasivan työraporteissa käsitellään käynnissä olevaa tai keskeneräistä työtä. Esitetyt tulokset ovat alustavia. Raportissa esitetyt johtopäätökset ja näkökannat ovat kirjoittajien omia, eivätkä välttämättä vastaa Posiva Oy:n kantaa.
Työ raportti 9 9-68 Posivan uuden kenttämittauslaitteiston rakentaminen ggg Mia Mäntynen.Joulukuu 999
TYÖRAPORTTI XX-99 POSIVAN UUDEN KENTTÄMITTAUSLAITTEISTON RAKENTAMINEN 999 Fortum Power and Heat Oy Loviisan Voimalaitos Mia Mäntynen. Man:a~kuu 999
POSIVAN VUODEN 999 KENTTÄMITTAUSLAITTEISTON RAKENTAMINEN TIIVISTELMÄ Vuonna 998 rakennetun uuden kenttämittauslaitteiston käytöstä oli saatu hyviä kokemuksia. Loppusyksyllä 998 päätettiin uuden kenttämittauslaitteiston rakentamisesta kevään 999 aikana. Kenttämittauslaitteiston suunnittelussa lähdettiin liikkeelle vuonna 998 rakennetun laitteiston ominaisuuksista. Elektrodivalinnat päätettiin kuitenkin tehdä siten että samalla laitteistolla voidaan mitata sekä makeita että suolaisia pohj avesiä. Tässä raportissa kuvataan uuden laitteiston rakentamisvaiheita ja perustellaan tehtyjä elektrodi- ja materiaalivalintoj a. Raportissa kerrotaan myös sekä laboratoriossa että kentällä suoritetuista koekäytöistä ja niiden aikana laitteistoon tehdyistä korjauksista. Raporttiin on myös kerätty kaikki edellisen laitteiston rakenteesta tai toimintaperiaatteesta poikkeavat yksityiskohdat. Raportti ei sisällä yksityiskohtaisia kalibrointiohjeita, sillä ne päivitettiin edellisen laitteiston raportoinnin yhteydessä. Raporttiin on kuitenkin poikkeuksena edellisestä otettu mukaan uuden Kemotron-merkkisen johtokykymittarin käyttöohje. Avainsanat: uusi kenttämittauslaitteisto, rakennusvaiheet, käyttöohje
BUILDING OF THE NEW POSIVA FIELD MEASURING UNIT 999 ABSTRACT Thenew field measuring unit was built during the summer 998. It has been working excellently, so it was decided to build another measuring system during the autumn 999. The planning of the new measuring unit was based on the properties of the measuring unit built in 998. The biggest difference between these two units is that the 999 unit can measure both saline and freshwaters, while the 998 unit was designed to measure saline waters only. This report gives a brief description of the building of the new field measuring system unit. The material and electrode choices are explained in the report. The new field measuring unit was tested both in laboratory and in field environment. The results of the tests are described in this report. All differences between the 998 unit and the 999 unit are reported. This report does not give any calibration instructions, because they can be found in Posiva W orking Report 99-8, while the operating instructions of the Kemotron conductivity meter are covered in this report. Keywords: field measuring unit, building stages, instructions
SISÄLLYSLUETTELO TIIVISTELMÄ ABSTRACT SISÄLLYSLUETTELO. TAUSTAA... 3 2. KENTTÄMITTAUSLAITTEISTON RAKENTAMINEN... 5 2. ELEKTRODIEN, MITTALAITTEIDEN, TALLENTIMEN JA SÄHKÖOSIENVALINTA... 5 2.2 MATERIAALIENVALINTA... 6 2.3 TAVAROIDEN HANKINTA... 7 2.4 TAVAROIDENVASTAANOTTOTARKASTUS... 7 2.5 LAITTEISTON KOKOAMINEN... 8 2.6 KOEKÄYTTÖ LABORATORIOSSA... 9 2.7 KOEKÄYTTÖ KENTÄLLÄ... 9 3. KENTTÄMITTAUSLAITTEISTON KÄYTTÖOHJE... 3 3. POIKKEUKSET TOIMINT APERIAA TTEISSA JA YLEISISSÄ KÄYTTÖOHJEISSA VUONNA 998 V ALMISTUNEESEEN KENTT ÄMITT AUSLAITTEISTOON VERRATTUNA... 3 3.. Sähkökaappi... 3 3..2 Typpikaappi... 4 3.2 KALIBROINTIOHJEITA JA KEMOTRONIN JOHTOKYKYMITTARIN KÄYTTÖOHJE... 4 3.2. Kemotronin johtokykymittarin käyttöohje... 4 4. YHTEENVETO... 7 5. LIITTEET... 9 LIITE : Laatusuunnitelma... 2 LIITE 2: Kirjallisuusselvitys redox-mittauksista (Muistio)... 29 LIITE 3: Yokogawan ph42-g-e-4-e/u-vahvistimien laatutodistukset (3 kpl)... 47 LIITE 4: Kemotronin johtokykymittarin koekäytöstä saadut tulokset..... 5 LIITE 5: Orbispheren happimittarin koekäytöstä saadut tulokset... 53 LIITE 6: Hankinnat ja kustannukset... 55 LIITE 7: Jännitteensäätäjän (7 V) kytkentäkaavio... 57 LIITE 8: ph-elektrodin vastaanottotarkastuspöytäkirja... 59 LIITE 9: Johtokykyelektrodin vastaanottotarkastuspöytäkirja... 6 LIITE : Pt redox-elektrodin vastaanottotarkastuspöytäkirja... 63 LIITE : Au redox-elektrodin vastaanottotarkastuspöytäkirja... 65 LIITE 2: Happielektrodin vastaanottotarkastuspöytäkirja... 67 LIITE 3: Asennusvirheet... 69 LIITE 4: ph:n mittaustulokset, HH-KR7, 9-93 m... 7 LIITE 5: Johtokyvyn mittaustulokset, HH-KR7, 9-93 m... 73 LIITE 6: Redox-mittaustulokset, HH-KR7, 9-93 m... 75
2 LIITE 7: Liuenneen hapen mittaustulokset, HH-KR7, 9-93 m... 77 LIITE 8: Lämpötilan mittaustulokset, HH-KR7, 9-93 m... 79 LIITE 9: ph:n mittaustulokset, HH-KR8, 766-772 m... 8 LIITE 2: Johtokyvyn mittaustulokset, HH-KR8, 766-772 m... 83 LIITE 2: Redox-mittaustulokset, HH-KR8, 766-772 m... 85 LIITE 22: Liuenneen hapen mittaustulokset, HH-KR8, 766-772 m... 87 LIITE 23: Lämpötilan mittaustulokset, HH-KR8, 766-772 m... 89 LIITE 24: Sähkökaapin rakennepiirustus (3 kpl)... 9 LIITE 25: Typpikaapin rakennepiirustus... 95 LIITE 26: kenno99.stp-tiedoston asetukset... 97 LIITE 27: Käytössä olevien Ag/AgCI-vertailuelektrodien omapotentiaalit..... 99
3. TAUSTAA Uuden kenttämittauslaitteiston rakentamiseen ryhdyttiin, koska vuonna 998 rakennetun kenttämittauslaitteiston käytöstä on saatu rohkaisevia tuloksia. Toisena merkittävänä syynä uuden laitteiston rakentamiselle on vanhojen laitteistojen uusimistarve. Uusi kenttämittauslaitteisto on pääpiirteiltään samanlainen kuin aiemminkin rakennettu. Kenttämittauslaitteiston rakentamisesta on laadittu laatusuunnitelma, joka on liitteenä. Uuteen kenttämittauslaitteistoon tehtiin joitakin muutoksia edeltäjäänsä verrattuna. Johtokykymittari elektrodeineen vaihdettiin uuteen, sillä edellisessä laitteistossa käytössä oleva Yokogawan johtokykyelektrodi on osoittautunut suuren kokonsa vuoksi epäkäytännölliseksi. Toinen suurempi muutos on se, että tällä laitteistolla redox-potentiaali voidaan mitata kahdella erilaisella redox-yhdistelmäelektrodilla. Uusi kenttämittauslaitteisto päätettiin rakentaa kokonaan uusista osista, sillä käyttökelpoisia osia Posivan vanhoista kenttämittauslaitteistoista ei enää ole tarpeeksi. Tässä raportissa esitellään vuonna 999 rakennetun kenttämittauslaitteiston rakentamisvaiheet, koekäytöistä saadut tulokset ja kustannukset. Luvussa kolme on esitelty sekä sähkökaapin että typpikaapin ne ominaisuudet, jotka poikkeavat vuonna 998 rakennetun laitteiston ominaisuuksista. Laitteistoon hankitun uuden Kemotron johtokykymittarin lyhennetty käyttöohje on luvussa 3.2..
4
5 2. KENTTÄMITTAUSLAITTEISTON RAKENTAMINEN 2. Elektrodien, mittalaitteiden, tallentimen ja sähköosien valinta Uuden laitteiston elektrodivalinnat noudattavat pääpiirteittäin aiemmin rakennetun laitteiston elektrodivalintoja. ph-elektrodiksi valittiin Orion Ross 855/56SC, redoxelektrodeiksi valittiin kulta- ja platinaelektrodit. Platinaelektrodina on Orionin 9778SCE ja kultaelektrodina Hamiltonin Profitrode 238545. Elektrodien valinta on perusteltu muistiossa, joka on liitteenä 2. Lämpötila-anturina on Yokogawan Ptl. Edellä mainittujen elektrodien vahvistimina on Yokogawan vahvistin PH42G-E-4-EIU. Vahvistimien laatutodistukset ovat liitteinä 3. Yokogawan SC42-TP8 johtokykyelektrodi päätettiin korvata Kemotronin johtokykyelektrodilla ja mittarilla, koska Yokogawan johtokykyelektrodi ei sovellu makeiden vesien mittauksiin. Kemotronin mittauslaitteisto sopii, sekä suolaisten, että makeiden vesien johtokyvyn mittauksiin. Kemotronin johtokykyvahvistin 29 on kaksikanavainen. Molemmat kanavat ovat erikseen ohjelmoitavissa. Sen mittausalue on, ms/m -2 ms/m. Kemotronin johtokykyanturin 922 pituus on 25 mm ja siinä on sisäänrakennettu lämpötila-anturi PtlOOO. Johtokykyanturin kennovakio on cm- Kennovakio on sähköisesti säädettävissä siten, että sama elektrodi toimii mittarin koko johtokykyalueella. Ennen johtokykyelektrodin valintaa Kemotronin mittauslaitteistolle suoritettiin laboratoriossa koekäyttö, jonka tulokset ovat liitteessä 4. Tuloksia verrattiin Y okogawan laitteistolla saatuihin tuloksiin ja niiden perusteella päätettiin uuden j ohtokykyelektrodin hankinnasta. Sigma 842 ppb-tason (Jlg/) liuenneen hapen mittauslaitteiston korvaamista Orbispheren mittauslaitteistolla harkittiin, koska Sigma ei ole mittausten aikana stabiili ja koska nollakalibroinnin tekeminen on osoittautunut erittäin hankalaksi. Orbispheren happimittarille suoritettiin koekäyttö HH-KR7 (67-676 m) ensimmäisessä näytteenotossa 23.-26.2.99. Orbispheren happimittari oli kiinnitettynä samaan piirin muiden mittaavien elektrodien kanssa. Koekäytössä saadut tulokset on esitetty liitteessä 5. Niistä voidaan havaita, että Orbispheren happimittari on aivan yhtä epästabiili kuin Sigmakin luonnonvesissä vallitsevissa olosuhteissa. Koekäytön perusteella päätettiin, että hankitaan uusi Sigman ppb-tason happimittari. Tallennuslaitteistoksi valittiin Fluken Hydra (2625A) dataloggeri, johon kuuluu kaksi radiomodeemia ja loggeri. Laitteiston mukana tuli Wireless logger for Windows V.- tietokoneohjelma. Trend Link for Fluke V3..-ohjelma tilattiin erikseen mittaustulosten graafista esitystä varten. Fluken tuotteet kuuluvat IS-9 laatujärjestelmän piiriin. Tallennuslaitteistoa varten hankittiin lisäksi kannettava tietokone (Toshiba satellite Pro 23 CX), GSM- korttipuhelin (Nokia GSM9 PCMCIA), modeemi (PCMCIA) ja Toshiba-autoadapteri. Tallennuslaitteiston hankinnan kohdalla keskusteltiin mahdollisuudesta hankkia ainoastaan Hydra-dataloggeri ja toinen modeemeista. Koska molemmat uudet kenttämittauslaitteistot ovat yksilöitä ja liikkuvat eri paikkakunnilla, päätettiin kuitenkin hankkia täydellinen tallennuslaitteisto myös uuteen laitteistoon.
6 Uuteen kenttämittauslaitteistoon hankittiin uudet sähköosat Lista osista ja toimittajista on liitteenä 6. Osat on valinnut Loviisan voimalaitoksen instrumenttiasentaja Tapio Salonen. Sähköosat valittiin kenttämittauksissa vallitsevien olosuhteiden mukaan. Osien laadusta vastaa kunkin osan toimittaja. 7 V jännitteen säätäjän rakensi Tapio Salonen Loviisan voimalaitokselta. Jännitteen säätäjän kytkentäkaavio on liitteenä 7. 2.2 Materiaalien valinta Kenttämittauslaitteiston rakentamistyöt käynnistyivät tammikuussa 999, kun tilattiin uusi Pyrex-lasista valmistettu neljäpaikkainen läpivirtauskenno elektrodeille. Läpivirtauskenno valmistettiin liitoskohdiltaan samalla tavalla kuin edellinen kenno (Mäntynen 998). Neljäpaikkaisen kennon tilavuus on noin 5 ml. Uuden johtokykyelektrodin kennon materiaali on ruostumaton ja hapankestävä teräs (36L ). Rakenteeltaan uusi kenno muistuttaa Y okogawan läpivirtausastiaa, mutta on kooltaan pienempi. Kennon mm:n putkelle tehdyt liitoskohdat muutettiin 8 mm:n putkille sopiviksi Loviisan voimalaitoksen verstaalla. Muutos tehtiin Swagelokin liitospaloilla. Kennon tilavuus on 5 ml. Happielektrodi on sijoitettu myös omaan läpivirtauskennoonsa, joka on valmistettu läpinäkyvästä pieksilasista (Clear Plexiglass). Läpivirtauskennon tilavuus on 2 ml. Välisäiliön materiaali on ruostumaton teräs 36L. Välisäiliön tarkoituksena on tasoittaa syklittäinen pumppaus. Välisäiliön tilavuus on 85 ml. Typpikaapissa käytetyn, eri kennoja ja välisäiliötä yhdistävän 8/6 mm vesiputken materiaali on ruostumaton teräs 36L. Kennostossa on putkea arviolta noin 2 m, joten koko putkiston tilavuudeksi tulee noin 57 ml. Liitokset on tehty Swagelokin liittimillä, joiden materiaalina on myös ruostumaton teräs 36L. Kaikki käytetyt ruuvit ja mutterit ovat ruostumatonta terästä 36L. Uuden läpivirtauskennoston kokonaistilavuus on noin 262 ml. Kennoston tilavuus on hieman suurempi kuin vuonna 998 rakennetun kennoston. Tämä johtuu siitä, että kennostossa on neljäpaikkainen lasikenno, jonka tilavuus on hieman vanhemman laitteiston kolmepaikkaisen kennon tilavuutta suurempi. Lisäksi välisäiliö on hieman suurempi kuin aiemmin rakennettu välisäiliö. Sähkökaapin materiaaliksi valittiin ruostumaton teräs 36L. Sähkökaappiin tilattiin ikkunallinen ovi suoraan Kontramilta. Ikkuna on valmistettu polykarbonaatista. Ruostumattomasta teräksestä valmistetun sähkökaapin mitat ovat 8 mm * 8 mm * 3 mm ja paino 42, kg. Läpivirtauskennoston suojana olevan typpikaapin materiaaliksi valittiin lasikuituvahvistettu polyesteri. Typpikaappi tilattiin ikkunallisella ovella. Muoviseen kaappiin päädyttiin tällä kertaa, koska se on kevyt ruostumaton materiaali. Edelliseen kenttämittauslaitteistoon ei tilattu muovista kaappia, koska niitä ei saanut laippa-aukollisena. Nyt laippa-aukkoja ei enää tarvita, sillä Lapela Oy:ssä on kehitetty uusi typpikaapin kiinni-
7 tystapa. Aiemmin valmistetun kenttämittauslaitteiston teräksisen typpikaapin korvaamista muovisella harkitaan. Typpikaapin koko on 6 mm* 4 mm* 23 mm ja paino 5,8 kg. Typpikaappiin hankitun IW AKI (MDG-R2BB24)-kiertovesipumpun rungon materiaali on ruostumatonta terästä 36L. Pumpun sisäosissa on käytetty myös erilaisia hyvin kulutusta kestäviä muoveja (PTFE, PPS, PEEK). Pumpun paino on,2 kg ja koko 6 mm * 83 mm * 22 mm. Pumpun maksimi tuotto on, 7 /min. Sähkökaapin alle hitsattiin ns. akkuteline 2 mm kulmaraudasta, jonka materiaali on ruostumaton teräs (36L). Akkutelineen alle valmistettiin kiinnityslevyt pyöriä varten. Akkuteline on valmistettu Loviisan voimalaitoksella. 2.3 Tavaroiden hankinta Kaikki kenttämittauslaitteiston rakentamisessa tarvittavat osat, niiden hinnat ja toimitusajat sekä tavaroiden toimittajat yhteystietoineen on listattu liitteeseen 6. Liitteessä on esitetty myös uuden kenttämittauslaitteiston rakentamisesta aiheutuneet kokonaiskustannukset. 2.4 Tavaroiden vastaanottotarkastus Tilatuille tavaroille ja elektrodeille suoritettiin vastaanottotarkastus ennen käyttöönottoa. Mia Mäntynen on suorittanut vastaanottotarkastukset, mikäli komponenttien tarkastuksessa saatujen tulosten esittelyssä ei erikseen toisin mainita. Kaikki elektrodit testattiin käyttöönoton yhteydessä. Elektrodit otettiin käyttöön valmistajien antamien ohjeiden mukaisesti, jonka jälkeen niiden toiminta testattiin. ph-, johtokyky-, redox- ja happielektrodien testauksesta täytettiin laatusuunnitelmassa liitteenä 2 olevaa pöytäkirjaa soveltuvin osin. Testauksen aikana täytetyt pöytäkirjat ovat liitteinä 8-2. Elektrodien toiminnassa ei havaittu puutteita testausten aikana. Uutta tallenninta testattiin laboratoriossa samalla kun siihen asennettiin ohjelmia. Tallennin, lähetin, vastaanotin ja tietokone toimivat moitteettomasti. Tallentimen mukana tulleet väärät muuntimet lähetettiin takaisin tavarantoimittajalle ja uudet muuntimet saatiin nopeasti tilalle. Trend Link-ohjelman asetuksissa oli virheitä, jotka korjattiin testausten aikana. Fintact Oy:n Outi Salonen testasi kenttämittaustulosten tiedonsiirtoa varten tilatun Nokian GSM9. korttipuhelimen toimintaa. Puhelimessa on Radiolinjan liittymä. GSM -puhelimen numero on salainen. Mittaustulosten siirtoon tarvittava numero on 5-8632552. Puhelimen mukana tuli tietokoneohjelma, jolla puhelinta voidaan käyttää tietokoneen välityksellä. Ohjelma on asennettu Pasivalle hankittuun kannettavaan tietokoneeseen. Puhelimen mukana tuli myös suomenkielinen asennus- ja käyttöohje. Aiemman kenttämittauslaitteiston rakentamisprojektin yhteydessä lasikennoon suoritetut rakenteelliset muutokset ovat toimineet käytännössä hyvin ja liitoskohdat ovat olleet pitäviä. Tästä syystä uutta neljäpaikkaista läpivirtauskennoa ei testattu.
8 Loviisan voimalaitoksella valmistettu välisäiliö tarkastettiin laboratoriossa. Välisäiliön tiiveys tutkittiin ja todettiin, ettei säiliö vuoda. Edellisestä välisäiliöstä poiketen tämän säiliön putket on kiinnitetty liimaamaila välisäiliön kanteen. Uuden sähkökaapin ja typpikaapin kunto tarkastettiin silmämääräisesti. Muoviseen kojekaappiin oli jäänyt melkoisesti muovipölyä valmistuksen jäljiltä. Siitä puuttui IPluokitusta osoittava merkki. Molempien kaappien lukot toimivat moitteettomasti. Sähkökaappi on varustettu tyyppikilvellä, josta käy ilmi suojauksen luokitus, valmistuspäivämäärä ja niiden testauslaboratorioiden tunnukset, jotka ovat hyväksyneet kaapin. Sähkökaapin kotelointiluokka oli ennen asennustöitä IP66, NEMA 4X, 2 ja 3 ja typpikaapin IP65 (luokitus kuvaston mukaan). Asennustöiden jälkeen kaappien IPluokitukset alenivat, sillä kaappeihin porattiin reikiä. Eldonin kojekaapit kuuluvat IS- 9 laatujärjestelmän piiriin. Uuden Iwaki kiertovesipumpun toiminta testattiin ainoastaan kenttälaitteistooli kiinnitettynä. Pumpun ominaisuudet tutkittiin tarkasti edellisen kennoston rakentamisen yhteydessä, joten laajempi testaaminen koettiin tällä kertaa turhaksi. Loviisan voimalaitoksella valmistetun akkutelineen laatu tarkastettiin laboratoriossa. Akkuteline oli nyt valmistettu toimeksiannon mukaisesta materiaalista ja oli edeltäjäänsä huomattavasti kevyempi ja sirompi. Yokogawan ph- ja redox-vahvistimien kuntoa ei erikseen testattu, sillä vahvistimet ovat uudet. Laitevalmistajan antamat laatutodistukset ovat tämän raportin liitteenä 3. Kemotronin j ohtokykyvahvistimen toimintaa testattiin elektrodin koekäyttöj en aikana. V ahvistin toimi moitteettomasti. Happimittarin toimintaa testattiin elektrodin koekäytön aikana. Happimittarin toiminnassa havaittiin samanlaista mittaustason heilumista kuin aiemminkin ostetuissa mittareissa. Nollakalibroinnin kanssa esiintyi samankaltaisia ongelmia kuin aiemminkin (Mäntynen et.al 998). Muutoin mittari toimi hyvin. 2.5 Laitteiston kokoaminen Laitteiston kokoamisen suoritti J. Peippo Instrumentointi Oy:stä 3.-26.4.99 välisenä aikana. Koekäyttöä aloitettaessa 3.5.99 huomattiin kenttämittauslaitteiston toiminnassa ensimmäinen asennusvirhe. Riviliitinsulakkeen ja maadoitusriviliittimen välistä puuttui päätylevy, joka aiheutti oikosulun virtoja kytkettäessä päälle. Kiertovesipumpun virtasyötässä oli myös virheellinen kytkentä. Viat korjattiin (Fortum Power and Heat Oy,Loviisan Voimalaitos, Tapio Salonen) ja virransyöttö saatiin kuntoon. 7.5.99 oli tarkoitus aloittaa jatkuvatoiminen laitteiston koekäyttö. Anturit olivat kytkettyinä ja laitteistoon laitettiin virta päälle. Yokogawan vahvistimien näyttöön ilmestyi useita virheilmoituksia, Kemotronin johtokykyvahvistimen näyttöön yksi virheilmoitus liian korkeasta lämpötilasta ja Sigma-happimittari ei tunnistanut anturia lainkaan. Antureiden kytkennöissä oli tehty useita virheitä, sillä seurauksella, että signaalien kulku oli
9 poikki useasta kohtaa. Korjaustyöt aloitettiin.5 ja ne saatiin päätökseen 2.5 (T. Salonen). Kaikki esille tulleet asennusvirheet on listattu liitteessä 3. Vikojen korjaamiseen ja kuvien muuttamiseen kului aikaa yhteensä noin viikko. Kenttämittauslaitteiston viimeistelytyöt kuten esimerkiksi pyörien, rotametrin, kantokahvojen, paineenalennusventtiilin ja korkeapaineventtiilin asentamisen suoritti Kimmo Tompuri. Työssä avusti Mia Mäntynen. 2.6 Koekäyttö laboratoriossa Koekäyttö aloitettiin uudelleen 7.5, kun kaikki ilmi tulleet asennusvirheet oli korjattu. Elektrodien toiminta tarkastettiin. Elektrodit kalibroitiin ja kennostossa kierrätettiin ionivaihdettua vettä. Kaikki putkiliitokset tarkastettiin ja kahdessa liitoksessa havaittiin vuotoa. Liitokset olivat jääneet kiristämättä asennusvaiheessa. Molemmat vuotavat liitokset kiristettiin ja vuodot loppuivat. Tallennuslaitteiston toimintaa testattiin ja kanavien asetuksia optimoitiin. Uudesta kytkentätavasta johtuen kanavat saatiin melko helposti näyttämään oikeaa lukemaa. Kaikki mittarit toimivat laboratorio-olosuhteissa ja puhtailla vesillä hyvin. Kulta- ja platinaelektrodit näyttivät koekäytön aikana ± 5 mv:n tarkkuudella samaa lukemaa. Kultaelektrodin todellinen soveltuvuus kenttämittauksiin selviää vasta oikeissa olosuhteissa. Uusi johtokykymittari elektrodeineen on helppo käyttää ja mittausalue on laaja. Mittarille on esitetty lyhyesti käyttöohjeet luvussa 2.2.. ph:n mittauksissa oli havaittavissa lievää tason heilumista, mutta laitteiston maadoitusta muuttamalla oireet hävisivät. Happimittari ja -elektrodi toimivat jo totutulla tavalla (ks. Luku 2. ). 2. 7 Koekäyttö kentällä Koekäyttö kentällä (HH-KR 7 9-93 m) alkoi.6.99, jolloin laitteisto oli kytketty rinnan vuonna 998 rakennetun laitteiston kanssa. Ensimmäinen koekäyttö sujui hyvin. Kaikki mittarit toimivat mainiosti. Kentällä havaittiin hieman korkeampi ph-arvo kuin laboratoriossa (Kentällä 9,, laboratorion mittarilla 8,9). Lisäksi ph-elektrodin täyttöliuos tyhjeni jostain syystä normaalia nopeammin ja aiheutti mittauksiin epävarmuutta. Redox-mittaukset toimivat hyvin. Platinaelektrodilla saavutettiin noin -2 m V pienempiä redox arvoja kuin kultaelektrodilla. Ottaen huomioon redox mittausten vaativuuden (Liite 2), tulokset olivat hyviä. Happielektrodin lukema tasoittui melko nopeasti ppb-tasolle ja pysytteli siellä muutama poikkeusta lukuun ottamatta koko pumppauksen ajan. Uusi johtokykymittari toimi
hyvin. Johtokykyarvot olivat vanhan kennon mittarin kanssa aivan samaa luokkaa. Mittarin toiminnassa esiintyi enemmän vaihtelua kuin vanhan kennon elektrodin toiminnassa. Tämä johtuu luultavasti mittarin suuremmasta herkkyydestä sekä johtokykykennoon mahdollisesti tilapäisesti kertyvistä kaasukuplista. Mittarin toiminnasta saadaan lisää varmuutta, kun siirrytään suolaisiin pohj avesiin. HH-KR 7 koekäytön viimeisinä päivinä tallennuslaitteiston kanssa ilmeni odottamattomia ongelmia. Tallennuslaitteiston tietokoneeseen oli viikonlopun (.-3.6.99) aikana tullut toimintahäiriö ja näytöllä oli virheilmoitus: Ei voi tallentaa c-levylle. Useista yrityksistä huolimatta ohjelmia ei kyetty sulkemaan oikealla tavalla, vaan ne täytyi sulkea tallentamatta mitään muutoksia. Tietokoneesta saatiin virrat pois, mutta uudelleen käynnistys ei onnistunut. Tietokoneen kovalevy oli rikkoutunut. Kaikki automaattisen tallennuksen tulokset HH-KR7:lta menetettiin. Takuu korvasi tietokoneeseen tilatun uuden kovalevyn. Kovalevyn asennuksen suoritti Kimmo Tompuri. Syytä kovalevyn rikkoutumiseen ei tiedetä. Luultavasti kyseessä oli sattumanvarainen huono yksilö. Koekäyttö lopetettiin 4.6.99. Ensimmäisestä koekäytöstä manuaalisesti kirjatut mittaustulokset ovat liitteenä 4-8. Vanhalla kennostolla saadut tulokset on piirretty vertailun helpottamiseksi samaan kuvaan. HH-KR8 koekäyttö suoritettiin 4.6.-28.6.99. Tässä koekäytössä uusi laitteisto oli ainoa pumppausta ylläpitävä ja mittauksia suorittava yksikkö. Koekäytön alussa vuoden 998 laitteiston tietokone ohjelmoitiin tallentamaan uuden kennoston mittaustuloksia. Laitteistot poikkeavat toisistaan kanava-asetuksiltaan jonkin verran, joten molemmat tarvitsevat omat setup- eli asennus-tiedostonsa taliennusta varten. Tämän tietokoneiden kanssa esiintyneen ongelman jälkeen päätettiin, että molemmat tietokoneet ohjelmoidaan kummallekin uudelle laitteistolle sopiviksi, jotta tietokoneiden vaihto laitteistojen välillä onnistuu kivuttomasti ainoastaan oikean asennus-ohjelman avaamisella ja basemodeemia vaihtamalla. Koekäytön alussa kultaelektrodilla saavutettiin n. 2 m V pienempiä redox -potentiaalej a kuin platinaelektrodilla. Platinaelektrodi näytti reagoivan nopeammin hapen läsnäoloon esimerkiksi typen loputtua tai typpikaapin ovea aukaistaessa kuin kultaelektrodi. Mittauksen päättyessä kulta- ja platinaelektrodit olivat tasoittuneet lähes samaan lukemaan. Kultaelektrodin toiminta oli siis edelleen hyvä, vaikka nyt mitattiin huomattavasti suolaisempaa pohjavettä kuin HH-KR7:lla. Kultaelektrodin käyttö on myös huomattavasti huolettomampaa kuin platinaelektrodin, sillä se on geelitäytteinen (3 M KCl). ph -elektrodin elektrolyytin vuotaminen mitattavaan liuokseen lisääntyi heti HH KR8:lle siirtymisen jälkeen. Vuotava elektrodi korvattiin uudella. Uudella elektrodilla saavutetut tulokset tuntuivat aluksi luotettavilta. Kuitenkin muutaman päivän jälkeen havaittiin samanlaista elektrolyytin vuotamista mitattavaan liuokseen kuin edelliselläkin elektrodilla. Täyttöliuoksen loppuminen näkyy mittaustuloksissa mittaustason alenemisena. Myös vedessä olevat kaasukuplat häiritsivät ph:n mittausta jonkin verran. Tämä näkyy terävinä piikkeinä kuvaajissa.
Johtokyvyn mittaustuloksissa näkyy selvää tason vaihtelua. Selkeän trendin löytäminen tuloksista on lähes mahdotonta. Liuenneen hapen mittaukset toimivat edelleenkin hyvin. Tulokset ovat liitteinä 9-23. Etsittäessä syitä ph -elektrodin runsaaseen vuotamiseen, huomio kiinnittyi loppujen lopuksi kennoston virtausnopeuteen. Kiertovesipumpulle jännitteensäätäjäitä tuleva virta oli säädetty asennusvaiheessa 7 V:iin, jolloin virtausnopeus kennossa on noin 4 ml/min. Koska muita syitä ei enää keksitty ph-elektrodin nopeaan tyhjentymiseen, instrumenttiasentajaa pyydettiin tarkastamaan vielä kerran kiertovesipumpun virransyöttö. Tarkastuksen suoritti Lars-Åke Nordström Loviisan voimalaitokselta. Tarkastuksen yhteydessä havaittiin, että j ännitteensäätäj ältä tuli todellisuudessa 9,5 V :n virta kiertovesipumpulle. Se vastaa noin 68 ml/min virtausnopeutta. Luultavasti jännitteensäätäjän säätöruuvi oli tärinän vuoksi liikkunut kuljetusten aikana. Virta säädettiin uudelleen arvoon 7 V. Tämän jälkeen laitteistoa käytettiin laboratorio-olosuhteissa 27.-28.6.99. ph-elektrodin täyttöliuoksessa ei havaittu vähenemistä, kun kentällä elektrodi tyhjeni noin /3 koko tilavuudesta yhdessä vuorokaudessa. Koekäytön aikana havaittiin myös, että johtokykyelektrodin näyttö vakiintui. Mittaustulosten heilumista ei enää havaittu. Luultavasti myös johtokykymittauksissa olleet häiriöt johtuivat liian suuresta virtausnopeudesta.
3 3. KENTTÄMITTAUSLAITTEISTON KÄYTTÖOHJE Uuden kenttämittauslaitteiston toimintaperiaatteet ja käyttöohje ovat pääpiirteittäin samat kuin vuonna 998 valmistuneen laitteiston. Elektrodien kalibrointi-, puhdistus- ja säilytysohjeet sekä kenttämittauslaitteiston tallennuslaitteiston käyttöohjeet on esitetty Posivan työraportissa 99-8 (Mäntynen et. al 998). Tässä esitellään ainoastaan Kemotronin 29 johtokykymittarin kalibrointiohje ja johtokykyelektrodin säilytys- ja pesuohjeet sekä joitakin poikkeuksia edelliseen kennostoon verrattuna. 3. Poikkeukset toimintaperiaatteissa ja yleisissä käyttöohjeissa vuonna 998 valmistuneeseen kenttämittauslaitteistoon verrattuna 3.. Sähkökaappi Sähkökaapin rakennepiirustus on liitteenä 24. Sähkökaapin ulkoinen olemus poikkeaa hieman vuonna 998 rakennetusta kaapista, mutta toimintaperiaate on sama. Sähkökaapissa SIJaitsevat Yokogawan vahvistimet ovat mallia PH42G-E-4-EIU. Vahvistimista kaksi on ohjelmoitu mittaamaan redox-potentiaalia ja yksi ph:ta. Uutena mittarina sähkökaappiin on sijoitettu Kemotronin 29 johtokykymittari. Lisäksi kaappiin on asennettu kaksi toisistaan riippumatonta redox-mittausta. Uutta on myös se, että 7V:n jännitteensäätäjä on Loviisan voimalaitoksella rakennettu, suoraan kiertovesipumpun kytkimeen kytketty pieni "mötikkä". Sähkökaapin virransyöttö noudattaa vuonna 998 rakennetun kenttämittauslaitteiston mallia. Suurin ero edelliseen kenttämittauslaitteistoon verrattuna on se, että tässä uudessa laitteistossa mittareiden ulostulosignaalit on ohjattu suoraan Hydra-dataloggerin liittimiin. Uusissa Yokogawan ph- ja redox-vahvistimissa oleva erillinen ulostulo mahdollisti tämän kytkentätavan. Edellisessä versiossa ulos tuleva signaali kierrätetään virransyötön kautta, jolloin virransyötön vaihtelut saattavat aiheuttaa muutoksia tallennettuihin tuloksiin. Kaikki mittarit on suojattu sulakkeilla. Sulakkeet on nyt ryhmitetty siten, että kaikki 2 V virtaa käyttävät laitteet sekä happimittari on suojattu ensin yhteisellä pääsulakkeella ja 24 V virtaa käyttävät laitteet omalla yhteisellä pääsulakkeellaan. Tämän jälkeen kaikki kaapissa olevat laitteet on edelleen suojattu omilla sulakkeillaan. Uuden kenttämittauslaitteiston tallennus toimii samalla tavalla kuin vuoden 998 kennon tallennus. Tietokoneiden autoexec.bat- ja config.sys-tiedostoissa olevat asetukset ovat samat. Uuden tietokoneen salasanat ovat myös muistamisen helpottamiseksi samoja kuin vuoden 998 tietokoneen. Uuden tietokoneen nimi on posivalo2. Vuoden 999 kenttämittauslaitteiston asennus-tiedoston asetukset ovat liitteessä 25. Tietokoneita voidaan käyttää molemmissa kennoissa ainoastaan Base-modeemeja vaihtamalla,
4 sillä niihin on ohjelmoitu molempien kennojen tarvitsemat asennus-tiedostot, joiden nimet ovat kenno98 ja kenno99. 3..2 Typpikaappi Typpikaappi noudattaa vuonna 998 rakennetun kenttämittauslaitteiston mallia. Typpikaapin rakennepiirustus on liitteenä 25. Veden virtaamisjärjestys on sama: liuennut happi, johtokyky, lämpötila, redox Au ja redox Pt ja ph. Kaasukuplien poistamista varten varattiin typpikaappiin tilaa, jotta eri läpivirtausastioiden sijoittelu eri korkeuksille onnistuu. Lapela Oy:ssä kehitetyn uuden typpikaapin jalan takia veden sisääntulo muutettiin kaapin pohjasta sivuseinään. Sisääntulossa on käytetty kumista läpivientiä, jotta myös suoj aletku saadaan kaapin sisälle. 3.2 Kalibrointiohjeita ja Kemotronin johtokykymittarin käyttöohje ph-, redox-, johtokyky-ja happielektrodien kalibrointi suoritetaan työraportissa 99-8 annettujen ohjeiden mukaisesti. Uuden johtokykymittarin käyttöohjeet on esitelty lyhyesti seuraavassa luvussa. Uusi redox-elektrodi (Hamilton, Au) ei aiheuta muutoksia kalibrointiohj eeseen, vaan se voidaan kalibroida samalla tavalla kuin platinaelektrodi. Kultaelektrodin täyttöliuoksena on 3 M KCl-geeli, joten vartailuelektrodin potentiaalit poikkeavat hieman kylläisen KCl-liuoksen potentiaaleista, joita on käytetty platinaelektrodilla mitattujen tulosten muuttamiseen. Vertailuelektrodin potentiaalit 3 M KClliuokselle on taulukoitu liitteeseen 26. 3.2. Kemotronin johtokykymittarin käyttöohje (Lähde: User's manual, Dual channel conductivity analyzers, Type 29, 292, 29 & 292) Kemotronin 29-johtokykymittarin mittausalue on -2 ms/cm. Mittarin valikossa on seuraavat toiminnot: Calibration Feature ( elektrodikohtainen kalibrointi), PW Protection (salasana suojaus), Temp unit (lämpötilayksikön valinta) ja Watch dog-menu (hälytysrajojen määrittäminen ja hälytyksen käynnistäminen). Mittari on kaksikanavainen ja siihen voidaan ohjelmoida kaksi itsenäistä johtokykymittausta. Mittariin voidaan asettaa lämpötilakorjaus. Lämpötilakorjausta varten mittariin on ohjelmoitu 7 erilaista korjaustapaa, joista käyttäjän tulee valita tutkittavalle vedelleen sopivin. Mittarin Output-alue voidaan valita joko -2 ma tai 4-2 ma. Mittarissa käytettävät anturit ovat ns. 4- piste-elektrodeja, joita käyttämällä vältytään polarisaatioefektiltä, elektrodien ylipotentiaaleilta sekä kapasitanssin aiheuttamilta virheiltä. Mittarin ja anturin vaatimat kytkennät on esitetty tarkasti käyttöohj eessa sivuilla -. Mittarin päävalikko on alla olevassa kuvassa. Valikkoon paasee painamalla enternäppäintä, kun mittari on normaalissa mittaustilassa. Tämän jälkeen valikossa voi liik-
5 kua nuolinäppäimillä. Enter-näppäimellä pääsee aina kunkin kohdan alavalikkoon, jossa voi tehdä asetuksiin muutoksia. Escape-näppimellä pääsee takaisin päävalikkoon.
6 Entry point with calibrate Entry point without calibrate ~ 'V t CALIBRATE 8> == MeiU CALIBR. FEATURE> t ~ Escape ~ Enter Operate ta go from a submenu ta the main menupoint or from the main menu to measuring mode Operate ta go into the main menu or ta go from a main menupoint ta a submenu or to select a menupoint. ALARM 2 DELA Y>. J...... ALARM TYPE>._A_LA_R_M_2_L_IM_IT_>----'H ~~RM LIMIT>... H.. ~~~~.2 -~~L-EC~~-... ALARM SELECT> Kuva. Kemotronin 29 johtokykymittarin päävalikko. Esimerkiksi kalibrointi suoritetaan seuraavasti. Painetaan enter-näppäintä, kunnes päästään valikkoon. Näytässä lukee joko Unit A> tai Calibrate B>. Paina nuolinäppäimiä niin kauan kunnes päästään kohtaan Calibrate A>. Painetaan Enter. Nuolinäppäimiä painamalla voidaan muuttaa lukema vastaamaan kalibrointiliuoksen arvoa. Tämän jälkeen enter-näppäintä painamalla varmistetaan uuden lukeman tallentuminen laitteen muistiin. Lopuksi painetaan Escape-näppäintä kunnes näyttöön ilmestyy normaalia mittaustilannetta vastaava näyttö.
7 4. YHTEENVETO Uuden kenttämittauslaitteiston rakentamisesta tehtiin päätös, kun vuonna 998 rakennetun laitteiston käytöstä oli saatu hyviä tuloksia. Vuoden 999 kenttämittauslaitteiston suunnittelu ja rakentaminen sujui osittain jo edellisen laitteiston rakentamisesta saavutetun kokemuksen avulla. Työt uuden laitteiston rakentamiseksi aloitettiin jo tammikuussa tilaamalla 4-paikkainen läpivirtauskennosto ja testaamalla uutta Kemotronin johtokykymittaria. Tavaroiden tilaaminen sujui helposti, koska pääasiassa käytettiin samoja tavaroiden toimittajia kuin aiemminkin. Kokoamistyö suoritettiin huhtikuun kahdella viimeisellä viikolla. Koekäyttö aloitettiin toukokuussa ensin laboratoriossa ja sitten kesäkuun alussa siirryttiin aitoihin olosuhteisiin kentälle. Koekäytät päättyivät 3.6. Mielenkiintoisin laitteiston rakentamiseen liittyvä yksityiskohta oli uuden redoxelektrodin käyttöönotto. Uusi Hamiltonin kultaelektrodi on toiminut koekäyttöjen aikana yllättävän hyvin. Sen käyttö rinnakkaisena mittausmenetelmänä tuntuu tällä hetkellä perustellulta. Koska elektrodi on geelitäytteinen (3M KCl), sen käyttö kentällä on erittäin helppoa. Koska Hamiltonin elektrodista saatiin positiivisia käyttökokemuksia, korvattiin Orionin redox -elektrodi Hamiltonin Platinaelektrodilla. Orionin redox -elektrodin huonona puolena oli täyttöliuoksen kiteytyminen mittapään alueelle, jolloin liian runsas kiteiden määrä häiritsi mittauksia. ph-mittauksia koekäyttöjen aikana häirinnyt täyttöliuoksen nopean tyhjentyminen mitattavaan liuokseen johtui luultavasti liian nopeasta virtausnopeudesta kennossa. Jännitteen säädön jälkeen tehdyn kahden päivän testauksen perusteella on vielä liian aikaista tehdä lopullisia johtopäätöksiä, mutta mitä suurimmalla todennäköisyydellä virtausnopeus oli syynä mittausongelmiin. Vuoden 998 laitteistossa vastaavaa ongelmaa ei ole esiintynyt yhdelläkään elektrodilla. Uuden Kemotron johtokykymittarin toiminta on ollut hyvää. Mittari reagoi herkästi muutoksiin näyteliuoksessa. Koekäyttöjen aikana kennostossa vallinnut liian suuri virtausnopeus kuitenkin aiheutti mittaustuloksiin epästabiilisuutta, joka todennäköisesti loppuu tai ainakin vähenee, kun virtausnopeus on säädetty oikealle tasolle. Virtausnopeuden säädön jälkeen laboratoriossa tehnyt havainnot olivat rohkaisevia. Kemotronin johtokykyanturi on helpompi käyttää ja huoltaa kuin 998 kennossa oleva Yokogawan 4-elektrodisysteemiä, koska se on kooltaan pienempi. Uuden laitteiston koekäytön yllättävin ongelma oli uuden tietokoneen kovalevyn rikkoutuminen noin kahden viikon käytön jälkeen. Kovalevy oli luultavasti laadultaan huono, sillä mitään järkeenkäyvää selitystä levyn rikkoutumiselle ei ole. Tietokoneeseen hankittiin uusi kovalevy, jolle asennettiin kaikki ohjelmat uudelleen. Uuden laitteiston huolto- ja käyttöohjeet ovat pääpiirteiltään samat kuin vuoden 998 laitteiston. Kalibroinnit säilyvät ennallaan kaikkien elektrodien osalta. Edellisen kennoston rakentamisen yhteydessä tarkennettiin lähes kaikkia kalibrointiohj ei ta. Ainut to-
8 della uusi asia on uuden johtokykymittarin käyttö, muutoin laitteistoa käytetään samojen ohjeiden mukaan kuin vuoden 998 kennoa.
9 5. LIITTEET LIITE : Laatusuunnitelma 2 LIITE 2: Kirjallisuusselvitys redox-mittauksista (Muistio) 29 LIITE 3: Yokogawan ph42-g-e-4-e/u-vahvistimien laatutodistukset (3 kpl) 47 LIITE 4: Kemotronin johtokykymittarin koekäytöstä saadut tulokset 5 LIITE 5: Orbispheren happimittarin koekäytöstä saadut tulokset 53 LIITE 6: Hankinnat ja kustannukset 55 LIITE 7: Jännitteensäätäjän (7 V) kytkentäkaavio 57 LIITE 8: ph-elektrodin vastaanottotarkastuspöytäkirja 59 LIITE 9: Johtokykyelektrodin vastaanottotarkastuspöytäkirja 6 LIITE : Pt redox-elektrodin vastaanottotarkastuspöytäkirja 63 LIITE : Au redox-elektrodin vastaanottotarkastuspöytäkirja 65 LIITE 2: Happielektrodin vastaanottotarkastuspöytäkirja 67 LIITE 3: Asennusvirheet 69 LIITE 4: ph:n mittaustulokset, HH-KR7, 9-93 m 7 LIITE 5: Johtokyvyn mittaustulokset, HH-KR7, 9-93 m 73 LIITE 6: Redox-mittaustulokset, HH-KR7, 9-93 m 75 LIITE 7: Liuenneen hapen mittaustulokset, HH-KR7, 9-93 m 77 LIITE 8: Lämpötilan mittaustulokset, HH-KR7, 9-93 m 79 LIITE 9: ph:n mittaustulokset, HH-KR8, 766-772 m 8 LIITE 2: Johtokyvyn mittaustulokset, HH-KR8, 766-772 m 83 LIITE 2: Redox-mittaustulokset, HH-KR8, 766-772 m 85 LIITE 22: Liuenneen hapen mittaustulokset, HH-KR8, 766-772 m 87 LIITE 23: Lämpötilan mittaustulokset, HH-KR8, 766-772 m 89 LIITE 24: Sähkökaapin rakennepiirustus (3 kpl) 9 LIITE 25: Typpikaapin rakennepiirustus 95 LIITE 26: kenno99.stp-tiedoston asetukset 97 LIITE 27: Käytössä olevien vertailuelektrodien omapotentiaalitl 99
2 LIITE : LAATUSUUNNITELMA (8) IMATRAN VOIMA OY Laatusuunnitelma Loviisan Voimalaitos LOLA/ Mia Mäntynen 8.2.998 Jakelu Heikki Hinkkanen Margit Snellman Timo Äikäs Magnus Halin Mia Mäntynen Kimmo Tompuri POSIVA POSIVA POSIVA IVO, Loviisan Voimalaitos IVO, Loviisan Voimalaitos IVO, Loviisan Voimalaitos Tarkastanut Hyväksynyt POSIVAN UUDEN KENTTÄMITTAUSLAITTEISTON RAKENTAMINEN. PERUSTELUT Vuonna 998 rakennettiin Pasivan kenttämittausparametrien (ph, johtokyky, redoxpotentiaali ja liuennut happi) mittaamista varten uusi kenttämittauslaitteisto Loviisan voimalaitoksella. Uudesta laitteistosta saatujen hyvien käyttökokemuksien perusteella päätettiin toisen uuden laitteiston rakentamisesta. Toisena merkittävänä syynä uuden laitteiston rakentamiselle on vanhojen laitteistojen heikko kunto. Vuonna 999 rakennettavan uuden kenttämittauslaitteiston kokoamistyö päätettiin tehdä Loviisan voimalaitoksella. Rakennettavan kennoston suunnittelussa lähdetään liikkeelle aiemmin rakennetun kennoston ominaisuuksista, kuitenkin niin, että otetaan huomioon saadut käyttökokemukset (IVO) Fortum-yhtiö Kotipaikka Helsinki Krnro 7.827 Ly-tunnus 96-2 YHTIÖT
22 2. SUUNNITELMA 2(8) Uuden kennoston rakentaminen koostuu seuraavista vaiheista:. Uuden kennoston suunnittelu * sähkö kaappi, oheislaitteet ja tiedontallenuin * typpikaappi ja oheislaitteet * elektrodien läpivirtauskennot 2. Kennoston kokoaminen ja testaus 3. Kennoston lopputarkastus ja luovutus Pasivalle Uuden kennoston suunnittelussa lähdetään liikkeelle aiemmin rakennetun kennoston ominaisuuksista. Uuden kennoston lasisesta läpivirtauskennosta tehdään neljäpaikkainen edellisen ollessa kolmepaikkainen. Uudessa neljäpaikkaisessa läpivirtauskennossa tulevat olemaan lämpötila-anturi sekä ph- ja redox-elektrodit. Redox-potentiaali tullaan mittaamaan kahdella toisistaan riippumattamaila erilaisella elektrodilla. Toinen redox-elektrodeista tulee olemaan yhdistelmä-platinaelektrodi. Toisen elektrodin ominaisuuksista päätetään redox-mittauksista valmistuvan kirjallisuusselvityksen perusteella. Aiemmin rakennetussa kennostossa käytössä oleva Y okogawan johtokykyelektrodi on osoittautunut hyväksi suolaisten pohjavesien mittauksissa. Koska se on kooltaan suuri, sen korvaamista pienemmällä johtokykyelektrodilla harkitaan. Mikäli sopivaa pienempää elektrodia ei ole saatavilla, uuteen kennostoon asennetaan samanlainen Yokogawan johtokykyelektrodi. Yokogawan johtokykyelektrodi sijoitetaan valmistajan toimittamaan omaan läpivirtauskennoonsa. Sigma-happimittarin vaihtamista toisen valmistajan happimittariin harkitaan, mutta mahdollinen uuden mittarin hankinta tulee hyväksyttää Posivassa. Elektrodien valinnoissa otetaan huomioon myös makeiden vesien vaatimukset. Tämä toteutetaan siten, että mikäli suolaisille ja makeille vesille ei käy sama elektrodi, niin sopivan elektrodin tulee kuitenkin olla helposti vaihdettavissa kennostoon. Tämä tarkoittaa sitä, että makeille ja suolaisille vesille on tilattava todennäköisesti omat elektrodinsa. Kaikki laitteistoon aseunettavat elektrodit tulevat olemaan uusia. Vanhojen Yokogawan vahvistimien käyttöä ph- ja redox-elektrodeilla harkitaan. Vuonna 998 rakennetun kennoston tallennuslaitteistona on Fluken dataloggeri, jota ohjataan tietokoneen välityksellä. Mittaustulokset tallentuvat suoraan tietokoneen kovalevylle. Uuden kennoston tallennuslaitteistona käytetään samanlaista tallennusmenetelmää. Tallennuslaitteisto hankitaan samanlaisella varustuksella kuin se hankittiin ensimmäiseen kennostoon. Uuden kenttämittauslaitteiston materiaalivalinnoissa noudatetaan aiemmin tehtyjä materiaalivalintoja. Laitteiston kokoaminen suoritetaan noudattaen soveltuvin osin ensin rakennetun laitteiston rakenne- ja sähköpiirustuksia. Laitteiston instrumentointi- ja sähkötyöt tehdään erillisen sopimuksen mukaisesti ( esim. ulkopuolinen urakoitsija), josta päätetään (IVO) Fortum-yhtiö KotipaikkaHelsinki Krnro 7.827 Ly-tunnus 96-2 YHTIÖT
23 3(8) myöhemmin. Uudesta laitteistosta laaditaan rakenne- ja sähköpiirustukset, jotka toimitetaan Posivalle. Kenttämittauslaitteisto kootaan kokonaisuudessaan Loviisan voimalaitoksella ja sille suoritetaan koekäyttö sekä laboratoriossa että kentällä ennen laitteiston luovuttamista Posivalle. Koekäyttöjen laajuudesta päätetään niissä mahdollisesti ilmenevien vikojen perusteella. Kenttämittauslaitteisto lopputarkastetaan Loviisan voimalaitoksella ja hyväksymisen jälkeen toimitetaan Posivalle vastaanottotarkastusta varten. 3. KUSTANNUSARVIO Uuden kennoston rakentamisesta laadittu kustannusarvio on liitteenä. 4. VASTUUT JA ORGANISAATIO Työ tehdään kuvatulla organisaatiolla noudattaen Loviisan voimalaitoksella voimassa olevia menettely- ja hallinnollisia ohjeita. Loviisan voimalaitos (Magnus Halin) Hallinnollinen vastuu Tekninen ohjaaja (Kimmo Tompuri) - Kennoston lopputarkastus -Uuden kennoston suunnittelu ja rakentaminen Toteutus (Mia Mäntynen) - Uuden kennoston suunnittelu, uusien osien tilaus ja rakenta- - Uusien ja mahdollisesti käytettävien vanhojen osien käyttöön - Instrumentoinnin ja sähkötöiden seuranta - Kennoston koekäyttö - Raportointi (IVO) Fortum-yhtiö Kotipaikka Helsinki Krnro 7.827 Ly-tunnus 96-2 YHTIÖT
24 5. HANKINNAT 4(8) Hankinnat suoritetaan Loviisan voimalaitoksen yleisiä menettelytapoja noudattaen. Suuremmat hankinnat hyväksytetään Posivassa saatujen tarjousten perusteella. Kaikki tämän työn puitteissa tehdyt hankinnat ovat Posivan omaisuutta. 5. Alihankkijat Alihankkijoina käytetään Loviisan voimalaitoksella hyväksi havaittuja tavaran toimitta Jia. 5.2 Oma työ Loviisan voimalaitoksen oman työn laadun tarkistaa kussakin vaiheessa vastuuseen nimetty henkilö (KTOM tai MANTY). 6. KOMPONENTTIEN VASTAANOTTOTARKASTUKSET 6. Vanhat osat Mahdollisesti käytettävien vanhojen vahvistimien kunto tarkistetaan Loviisan voimalaitoksen instrumenttikorjaamolla. 6.2 Uudet osat Uusille osille suoritetaan normaali Loviisan voimalaitoksella käytössä oleva vastaanottotarkastus, josta täytetään soveltuvin osin erillinen kaavake (liite 2). Mikäli osissa havaitaan puutteita ne lähetetään takaisin tavaran toimittajalle välittömästi. 7. DOKUMENTOINTI Kenttämittauslaitteiston rakentamisesta laaditaan raportti, joka sisältää tiedot sekä uusien että vanhojen osien kunnosta kokoamishetkellä, lyhyet kuvaukset eri työvaiheista, sekä uusien osien vastaanottotarkistuksen sekä mahdollisesti vanhojen osien kunnon arvioinnin ja koekäyttöpöytäkirjan. Raporttiin kootaan rakennepiirustukset ja sähköpiirustukset sekä tiedot tavarantoimittajista, mikäli joudutaan hankkimaan myöhemmin uusia osia/varaosia. Tämän lisäksi laaditaan elektrodien kalibrointia ja kennoston huoltotöitä varten työohjeet Posivan henkilöstölle, mikäli vuoden 998 kennoston rakentamisen yhteydessä laadittuun käyttöohjeeseen tulee muutoksia esimerkiksi uusien elektrodivalintojen myötä. (IVO) Fortum-yhtiö Kotipaikka Helsinki Krnro 7.827 Ly-tunnus 96-2 YHTIÖT
25 8. KOEKÄYTTÖ 5(8) Laitteistolie suoritetaan koekäyttö sekä laboratoriossa että kentällä. Koekäytöstä pidetään päiväkirjaa. Koekäytön aikana voidaan vielä tehdä tarvittaessa muutoksia kenttämittauslaitteiston rakenteeseen, jos koekäytössä havaitaan kennoston toiminnassa puutteita. Koekäytön jälkeen kenttämittauslaitteisto siirretään kentälle oikeisiin toimintaolosuhteisiinja luovutetaan Posivalle. 9. AIKATAULU Uusi kenttämittauslaitteisto siirretään kentälle koekäyttöön maaliskuussa 999 ja luovutetaan Pasivalle viimeistään 3.3.999.. TAKUU Loviisan voimalaitos antaa laitteistolle vuoden takuu, jonka aikana ilmenneet viat korjataan. Loviisan voimalaitos vastaa uusissa osissa, instrumentoinnissa ja sähkötöissä mahdollisesti ilmenevistä vioista. Loviisan voimalaitos ei vastaa Posivan vanhoissa osissa esiintyvistä tai niistä aiheutuvista vioista. Loviisan voimalaitos ei myöskään vastaa vioista, jotka voidaan todeta syntyneen laitteiston käyttöohjeiden vastaisesta käytöstä tai säilytyksestä.. LIITTEET Liite Liite 2 Liite 3 Kustannusarvio V astaanottotarkastuspöytäkirj a Pöytäkirjaa selittävä liite Fortum-yhtiö Kotipaikka Helsinki Krnro 7.827 Ly-tunnus 96-2 (IVO) YHTIÖT
26 Liite : Kustannusarvio (hinnat ilman alv:tä) Tarvittavat osat ja työ Orionin Ross ph-elektrodi 855 Orionin redox-elektrodi (mahd. kaksi kappaletta) Sigma happimittari ja happianturi Lämpötila-anturi (esim. Yokogawa SM6-Pt ) Yokogawa Johtokykyelektrodi,läpivirtausastia,kaapeli Yokogawan johtokykyvahvistin Yokogawan redoxvahvistin (2 kpl a' 736 mk) Yokogawan ph-vahvistin Seinäkotelot ASR '863 ja KTG 4324 tarvikkeineen (tai vastaavat) Pyöräsarja sähkökaappiin Pyrex-lasista valmistettu läpivirtauskennosto lwaki, kiertovesipumppu Hin 62 736 472 736 482 8 25 492 Swagelogin liittimiä Asen n ustarvikkeita Maalaus/h itsaus Pneumaattinen magneetti venttiili, aikarele (pumpun ohjausyksikkö ),syklimittari Sulkuventtiili korkeap. Toshiba satellite Pro 44 CDX/35 Tallennuslaitteisto Muunnin (2V->22V), Muunnin(2V-> 7V pumpulle) Muunnin (2V->24V) Hyytelö akku Laturi Asennus, testaus ja konsultointi 4 5 5 5 9 4785 358 59 35 3 85 YHTEENSÄ: 24853
26 6 ( 8) LIITE : UUDEN LÄPIVIRTAUSKENNOSTON KUSTANNUSARVIO (ainoastaan Posivan arkistokappaleessa)
27 7(8) Liite 2: Vastaanottotarkastuspöytäkirja Osa: Merkki/malli: Valmistaja: Toimittaja: Osoite: Puhelin/fax.: Kalibrointiliuos: Kalibrointisuoran kulmakerroin: Kalibrointisuoran leikkauspiste: Toiminnan testaaminen: Testaamisessa käytetty vertailuarvo: Testaus Mittauslukema Mittaus lukema- Havaittu korjaus Ennakoitu korjaus Havaittu korjausvertailuarvo ennakoitu korjaus 2 3 4 5 6 Keskiarvo Keskihajonta Kulmakerroin k : Leikkauspiste int. : Korrelaatiokerroin r : Kulmakertoimen kokeellinen varianssi: Leikkauspisteen kokeellinen varianssi: Kovarianssi: Testaus Mittauslukema Mittauslukema Havaittu korjaus Ennakoitu korjaus Havaittu korjausvertailuarvo ennakoitu korjaus 2 3 4 5 6 Keskiarvo Keskihajonta Kulmakerroin k : Leikkauspiste int. : Korrelaatiokerroin r : Kulmakertoimen kokeellinen varianssi: Leikkauspisteen kokeellinen varianssi: Kovarianssi: F-testi: T-testi: Korjauksen virhe: Testiarvo Ennakoitu Virhe korjaus Tarkastanut:. 999
28 Liite 3: PÖYTÄKIRJAA SELITTÄVÄ LIITE 8(8) Korrelaatiokerroin r Korrelaatiokerrointa käytetään kuvaamaan kahden suureen välistä riippuvuutta. P = cov(x,y), missä- <_ p >_ C (X Y) Ja ov, =-L...J ~( xi -llx)( Yi -Jly ) () x(j r n i=l Varianssi Laskee populaation varianssin otoksen perusteella. nlx2 -(Lx)2 Varianssi = --------'-- n(n -) Kovarianssi Kovarianssi on keskiarvo havaintoaineiston kunkin pisteparin poikkeamien tuloista. Kovarianssia käytetään kahden havaintoaineistojoukon korrelaation mittaamiseen. F-testi F = S ~uurempi s~ienempi Kaksisuuntai sen F -testin tulos, aina tai suurempi, on se todennäköisyys, jolla otosten S 2 suurempda S 2 pienempi keskihajontojen neliöt eli varianssit eivät poikkea toisistaan merkitsevästi. Näin voidaan vertailla kahden kalibrointien/mittausten sisältämien satunnaisvirheiden suhdetta toisiinsa. Testillä voidaan tarkistaa mm. onko - mittaustarkkuuksissa tapahtunut muutoksia - menetelmää muutettu - mittausten suorittajan työskentelyssä muutoksia Raja-arvona (n=6, n-, p=.5) 7.5 t-testi Palauttaa Studentin t-jakauman mukaisen kaksisuuntaisen keskiarvoja vertailevan, (n<3), t-testiin liittyvän todennäköisyyden. Tämän funktion avulla voidaan päätellä, ovatko kaksi otosta peräisin kahdesta populaatiosta, joilla on sama keskiarvo. Testisuureen avulla etsitään kalibrointien/mittausten välisiä systemaattisia virheitä. Raja-arvona (n=6, n-, p=.5) 2.57
29 LIITE 2: KIRJALLISUUSSELVITYS REDOX-MITTAUKSISTA LOLA/ Mia Mäntynen 3.5.99 (7) Jakelu Margit Snellman Magnus Halin Kimmo Tompuri POSIVA Fortum, Loviisan Voimalaitos Fortum, Loviisan Voimalaitos arkastanut Hyväksynyt KIRJALLISUUSSELVITYS REDOX-MITTAUKSISTA TIIVISTELMÄ Tämä muistio on laadittu auttamaan Posivan kenttämittauslaitteiston uuden redoxelektrodin valinnassa. Platinaelektrodin rinnalle ehdotetaan hankittavaksi kultaelektrodia. Ehdotus perustuu lyhyeen teoriaosaan ja elektrodien käyttökokemuksista laadittuun yhteenvetoon. Redox-elektrodeja testanneet tahot ovat yksimielisiä ainoastaan siitä, että piatina on paras redox-elektrodin materiaali luonnonvesiä mitattaessa. Kulta- ja lasihiilielektrodien välillä valinta ei ole helppo, sillä molemmissa on hyvät ja huonot puolensa. Elektrodien vertailusta saadut tulokset ovat ristiriitaisia. Elektrodeja valittaessa täytyy kuitenkin pitää mielessä se, että vain erittäin harvoin luonnonvesien redoxmittauksissa saavutetaan + 5 mv:a parempi mittaustarkkuus.
3 2(7) SISÄLLYSLUETTELO TIIVISTELMÄ SISÄLLYSLUETTELO REDOX MITTAUSTEN TEOREETTISTA TAUSTAA... 3 2 REDOX-POTENTIAALIN MITTAAMINEN... 33 3 REDOX-MITTAUKSIA HÄIRITSEVIÄ TEKIJÖITÄ... 34 4 JALOMETALLIELEKTROniEN OMINAISUUKSISTA... 36 4. PLA TINAELEKTRODI... 36 4.2 KULTAELEKTRODI.... 37 4.3 HnLIELEKTRODI... 37 5 KOKEMUKSIA REDOX-POTENTIAALIN MITTAAMISESTA LUONNONVESISTÄ... 39 6 YHTEENVETO... 42 7 LÄHTEET... 44
3 REDOX-MITTAUSTEN TEOREETTISTA TAUSTAA 3(7) Redox-mittaukset perustuvat tutkittavissa liuoksissa samanaikaisesti tapahtuviin hapetus- ja pelkistysreaktioihin. Hapetusreaktioissa yhdiste luovuttaa yhden tai useamman elektronin, pelkistysreaktioissa yhdiste ottaa vastaan yhden tai useamman elektronin. Yhdisteen aktiivisuus hapetus- tai pelkistysreaktioissa riippuu atomin tai ionin koosta ja sen ulommaisella kuorella olevien elektronien määrästä (Jones 966). Hapetus-pelkistys potentiaalilla tarkoitetaan jalometallin ja standardi vertailuelektrodin välille muodostuvaa elektromotorista voimaa ( emv). Hapetus-pelkistys potentiaali (ORP) määräytyy mitattavan liuoksen koostumuksen mukaan (ASTM 993, Intemational standard 992): E - E +-n-- RT Aox m a nf Ared () missä Em = ORP, E =Vakio, joka riippuu vertailuelektrodista, F = Faradayn vakio, R = Kaasuvakio, T =absoluuttinen lämpötila [K], n = reaktiossa mukana olevien elektronien lukumäärä, Aox ja Ared = reagoivien aineiden aktiivisuudet Kun redoxreaktioissa on mukana protoneja, Nemstin yhtälö saa muodon: RTI!n(~J+ln(aH.)l J Em = Eo + nf l arcd (2) Elektronien ja protonien suhde reaktioissa on tärkeä tuntea, kun määritetään redox- potentiaalin herkkyyttä ph:n muutoksille. Kennon puolireaktioiden potentiaalit, liuoksen ionien konsentraatio, liuoksen lämpötila ja puolireaktioissa siirtyneiden elektronien lukumäärä vaikuttavat hapetuspelkistyspotentiaaliin (Jones 966). Jos mitattu emv halutaan ilmoittaa standardi vetyelektrodiin verrattuna, muunnos tehdään kaavan 2 mukaisesti: Eh = EOBS + Eref (3) missä Eh = Hapetus-pelkistyspotentiaali verrattuna standardi vetyelektrodiin [ m V], Eobs =Mitattu emv [mv], Eref= Vertailuelektrodin omapotentiaali [mv] (ASTM 993).