水質硬度在線監測及自動控制

摘 要：鍋爐水質硬度在線測試一直是目前稠油熱采中普遍存在的一項難題，本分析目前存在的問題，并提出解決水質硬度在線測試的新思路。

關鍵詞：水質硬度；監測；控制

中圖分類號：TP873 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3198（2007）09-0243-02

1 引言

油田蒸汽鍋爐能否安全、經濟的運行，水質處理是非常重要的。鍋爐給水不進行處理或處理不當，必然在受熱面上結垢，使爐壁傳熱性能較低，增加燃料消耗，還會產生腐蝕、爆管，甚至引起爆炸事故。特別在原水水質硬度較大的地區，鍋爐水處理，對確保鍋爐安全經濟運行；提高鍋爐效率；延長鍋爐使用年限；節約能源具有很重要的意義。

軟化水設備的原理是利用離子交換樹脂中基因的交換作用將水體中硬度成分如：

使后繼管道及設備內部減少水垢帶來的危害，延長設備的使用壽命。經單級或多級軟化器處理后的水質硬度≤0.02ppm。

探討目前水質硬度在線測試中存在的問題，并提出一種新的測試軟化器的一、二級水質硬度的方法。根據測試值是否達到設定的需要再生的硬度值，自動發出再生指令，達到最終根據硬度值自動控制軟化器再生、防止漏硬的目的。

2 現狀

目前重油公司供熱站鍋爐用水為經過污水廠處理后再經供熱站水處理設備軟化后的循環用水，由于從污水廠來水為硬度非常高的水，硬度值一般在70~200ppm，硬度高的水嚴重威脅著鍋爐的運行安全，為了滿足鍋爐用水硬度小于0.01ppm的要求，采用兩級水處理。目前水處理設備采取人工每兩小時循環測試一次軟化器一、二級水質硬度，并根據水質硬度值人工發出再生指令的運行方式。

該運行方式存在以下問題：（1）兩個小時測試一次，而不是實時測試，在兩次測試之間完全有可能出現漏硬發生，對此將無法及時發現并采取措施。（2）測試結果準確度不高。因采用人工測試，同一測試樣品，不同人同時測試或同一人不同時期測試結果的都有可能不同。測試結果的重復性比較差。（3）因為是采取人工測試，所以再生過程無法實施自動控制。（4）職工的勞動強度比較大。一組軟化器水處理工就需要測試兩個一級硬度、兩個二級硬度，18#站有10組軟化器，每個測試周期內最多就需采集40個水樣并進行測試。

鍋爐水質硬度的自動在線測試并根據硬度值確定自動再生，目前國內一直還處于空白狀態。主要原因是由于對水質硬度的在線測試存在很大的困難，目前普遍嘗試采用化學比色分析的方法來進行硬度的測試。但這種測試不可避免地存在以下問題：（1）測試周期長，實時性差。化學分析法測試水質硬度反應速度比較慢，測試一個水樣時間為4分鐘左右，而現場少則20個多則40個水樣需要測試，造成測試周期比較長，不能實時反應現場的數據。（2）由于是污水廠來水，水質較差，有一定的濁度，對于用比色原理測試硬度有一定的影響，造成測試結果誤差較大。（3）過濾問題比較難解決。（4）儀器價格昂貴。（5）如采用一臺儀器測試多組水處理，很難避免相互之間的干擾。

由于上述原因，目前水處理控制一直不能形成一個閉環的自動控制過程。

3 系統組成

本系統由硬度測試、采集與控制、集中監控三部分組成。針對化學比色法在水質硬度測試中存在諸多問題，本項目最大的難點是尋求滿足在線測試水質硬度的新方法。本課題將選用離子選擇電極作為水質硬度的測試方法。

硬度測試儀主要技術指標

（1）測試范圍 0~999 ppm

（2）分辨率0.01ppm

（3）精度+5%

（4）工作溫度范圍0～＋50℃

（5）模擬輸出4~20ma

采集與控制部分的硬件是以C8051FO20單片機為核心構成的數據采集模塊。

集中監控部分是以組態王6.51開發的集中監控畫面，畫面中將顯示一、二級水質硬度值和水處理設備的工作狀態。

4 使用效果

針對目前采用的測試方法測試周期長、無法實現在線測試等缺點，嘗試運用離子選擇電極的方法進行水質硬度的在線測試。下圖為離子選擇電極在實驗室環境下對標準水樣進行測試的曲線圖。

通過上圖可以看出在實驗環境下測試水質硬度，測試值波動范圍在±5%之間，可以滿足現場測試需要。

注：“本文中所涉及到的圖表、注解、公式等內容請以PDF格式閱讀原文。”