發(fā)電廠不同系統(tǒng)pH測量裝置的優(yōu)化與應(yīng)用

蘭演明

（福建大唐國際寧德發(fā)電有限責(zé)任公司，福建 寧德 352100）

0 引 言

目前，工業(yè)上成熟使用的pH表是電位式分析儀器，指通過測量電極系統(tǒng)與被測溶液構(gòu)成的測量電池（原電池）的電動勢，獲知被測溶液氫離子濃度（活度）的分析方法[1]。整個測量系統(tǒng)由四部分組成：一是監(jiān)測部分即電極對（參比電極/指示電極）部分，又稱一次儀表部分；二是指示部分即電動勢測量部分，又稱二次儀表部分；三是取樣測量裝置，將樣品引至測量電極及（或）安裝固定測量電極；四是被測量的對象，如水、漿液或其他液體。

在線pH表測量在發(fā)電廠多個系統(tǒng)大量使用，是一個十分重要的成分分析儀表。例如，工業(yè)廢水處理系統(tǒng)中，pH值將作為控制加藥量和顯示廢水處理是否達標(biāo)的最關(guān)鍵指標(biāo)；脫硫吸收塔石灰石漿液pH值，對脫硫吸收塔系統(tǒng)的供漿量調(diào)節(jié)、脫硫效率、安全運行具有指導(dǎo)意義；機組水汽系統(tǒng)中，監(jiān)督水汽品質(zhì)、監(jiān)控化學(xué)加藥量和設(shè)備運行狀況、直接監(jiān)視腐蝕速率等。

1 發(fā)電廠不同系統(tǒng)pH值測量現(xiàn)狀

國內(nèi)外關(guān)于在線pH計測量電極和二次表的生產(chǎn)技術(shù)、材料、制造工藝，能夠滿足現(xiàn)場使用要求。通過對多家發(fā)電廠調(diào)研及寧電電廠的實際使用發(fā)現(xiàn)，pH計測量目前存在的主要問題在于取樣測量裝置和安裝施工工藝不符合要求兩個方面。

根據(jù)工藝流程、測量環(huán)境條件、測量介質(zhì)不同，發(fā)電廠不同系統(tǒng)pH測量裝置或者測量方式也各不相同。除了二次表外，測量電極、測量裝置等生產(chǎn)廠家流水線生產(chǎn)的標(biāo)準(zhǔn)統(tǒng)一的設(shè)備，在不同電廠因?qū)嶋H生產(chǎn)情況而不同。例如，在某廠或某系統(tǒng)使用效果很好，但在另一個廠或另一個系統(tǒng)可能效果很差。

目前，工業(yè)生產(chǎn)現(xiàn)場使用的常見pH測量裝置安裝方式主要有，側(cè)壁安裝、頂部法蘭式安裝、管道安裝、頂插式安裝、沉入式安裝、流通式安裝、浮動式安裝和引流式安裝等。根據(jù)不同的測量對象、工況系統(tǒng)、儀表電極，必須選擇對應(yīng)的測量裝置和安裝方式。特別是應(yīng)該結(jié)合現(xiàn)場實際使用情況進行測量裝置的優(yōu)化改造，使之符合自身工藝系統(tǒng)要求，以保證測量數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確，保證測量裝置的長期安全、經(jīng)濟、穩(wěn)定、可靠運行。

2 工業(yè)廢水處理系統(tǒng)pH測量裝置的優(yōu)化

2.1 優(yōu)化前工業(yè)廢水處理系統(tǒng)pH測量情況

福建大唐國際寧德發(fā)電有限責(zé)任公司（以下簡稱“寧德電廠”）工業(yè)廢水處理系統(tǒng)pH測量裝置優(yōu)化前的安裝方式為沉入式安裝。

此方式最大的問題在于防水密封性能。pH測量是指測量原電池的電動勢，而測量電池本身內(nèi)阻很高，產(chǎn)生電動勢信號微弱，干擾因素多，所以要求二次表和信號電纜組成的系統(tǒng)輸入阻抗大。如果電極和信號電纜之間的立案接頭長時間泡在廢水中，勢必造成短路或接地，影響電動勢大小，最終造成pH值測量誤差。寧德電廠原來采用中間接頭測量電極側(cè)的方式。這種方式雖然做了很好的密封，剛開始效果尚可，但一周后，在線pH值和手工化驗比對偏差越來越大。起初懷疑是電極老化等本身問題，但進行活化標(biāo)定甚至更換新的測量電極一段時間后仍會出現(xiàn)同樣問題。

第二個問題是沉入式安裝方式固定于離廢水儲池底部一定距離的位置，只能測量固定位置點的廢水pH值，不具有代表性。此外，池子底部廢水沉淀雜質(zhì)較多，測量電極玻璃膜上容易結(jié)垢且不易清洗，從而造成誤差甚至無法測量。

2.2 工業(yè)廢水處理系統(tǒng)pH測量優(yōu)化改造

針對上述第一個問題，嘗試采用測量電極和信號電纜出廠時一體式封裝好的pH電極，但效果并不好，且無法解決上述第二個問題。為此，經(jīng)過多方調(diào)研和現(xiàn)場不斷試驗，改為浮動式安裝。

2.2.1 主要材料

主要包括電極保護桿1、浮球2、pH電極、電纜3、外保護管4以及其他輔材，如尼龍繩、管夾、固定支架和玻璃膠等，如圖1所示。除pH電極和電纜需直接采購成品外，其余材料根據(jù)現(xiàn)場實際定制。

圖1 浮動式pH測量安裝裝置設(shè)計圖

電極保護桿使用塑料壓鑄成型，一端攻外螺紋（用于與浮球連接）和內(nèi)螺紋（用于與電極連接），另一端對空開幾道小口，用于保護pH電極免受損壞。

浮球使用PP發(fā)泡成，中間鉆圓柱孔（大小和電極保護桿外徑一致），保證pH電極和保護桿下方插入被測液體，但整個浮球裝置浮于液面上。

外保護管長度約為被測量池底部和支架固定處高度，用于保護電極和浮球，避免因風(fēng)或液面波動導(dǎo)致浮球裝置到處移動；使用耐腐蝕PVC管，內(nèi)徑比定制浮球外徑大20 cm左右，保證浮球、電纜及尼龍繩自由浮動。

采用較細較軟的尼龍繩，用于保護電極電纜避免受力拉伸損壞；尼龍繩、電極電纜、外保護桿三者長度與池（罐）深度一樣，保證池（罐）內(nèi)不同液位高度均能測量；管夾和支架安裝于池（罐）側(cè)面或頂部，用于固定整個測量裝置；玻璃膠用于密封防水。

2.2.2 主要設(shè)計過程

浮動式pH測量安裝方式和裝置設(shè)計圖，如圖1所示。主要是將測量pH電極裝上電極保護桿后，連接好信號電纜裝到浮球上；將一根尼龍繩與電極信號電纜捆綁在一起，一端固定于浮球上；將整個浮球安裝在外保護管內(nèi)，并將尼龍繩另一端和外保護管固定于支架上。

3 脫硫吸收塔石灰石漿液pH測量裝置的優(yōu)化

3.1 優(yōu)化前脫硫吸收塔石灰石漿液pH測量情況

寧德電廠脫硫吸收塔石灰石漿液pH測量方式基建時，采用最傳統(tǒng)的管道式安裝，即在吸收塔石膏漿液排出泵出口管道水平段設(shè)置安裝法蘭，將pH測量電極安裝在法蘭上。此種安裝方式最大的問題是電極長時間被高壓力、高流速、密度較大的石膏漿液沖刷，電極使用壽命短，玻璃電極經(jīng)常被打壞，損壞更換十分頻繁。據(jù)統(tǒng)一，近一個月消耗一支，運行成本非常高。

后改為吸收塔底部區(qū)域側(cè)壁插入式安裝，即在吸收塔側(cè)面開孔安裝法蘭底座，和工業(yè)廢水沉入式安裝一樣，通過安裝套筒斜插入吸收塔。這種方式主要存在以下問題：一是測量點位固定，代表性差；二是安裝位置若設(shè)定不佳，如離攪拌器較遠或離塔底距離不夠，則測量電極容易堵塞結(jié)垢；三是機組運行過程中拆裝校驗極不方便，需要抽出安裝套筒同時關(guān)手動門隔離，類似于帶壓堵漏，安全風(fēng)險極高。

3.2 脫硫吸收塔石灰石漿液pH測量裝置優(yōu)化改造

針對原來兩種測量方式存在的問題，結(jié)合濕法脫硫吸收塔系統(tǒng)的工況和環(huán)境特點，利用寧德電廠機組超低排放改造工程機會，進行了脫硫吸收塔石灰石漿液pH測量裝置優(yōu)化設(shè)計和改造。整體采用引流式，但對測量裝置細節(jié)方面進行了優(yōu)化。具體地，從脫硫吸收塔底部側(cè)面引出一路漿液，通過重力壓差自動流入測量裝置，在線pH電極安裝在測量裝上完成pH值測量。測量裝置，如圖2所示。

圖2 脫硫吸收塔石灰石漿液pH測量裝置

裝置主要由測量筒、閥門和管道組成。漿液由吸收塔距離塔底一定距離處引出，后從測量裝置底部切圓方向，以一定仰角進入測量筒。測量筒底部設(shè)計了帶閥門的較小排漿管，頂部設(shè)計了帶閥門的溢流管。排漿管和溢流管的漿液都排到集水坑中，pH電極安裝在溢流管口兩側(cè)。

沖洗水管路設(shè)計在漿液入口管道上，采用手動沖洗。沖洗時，將閥門1關(guān)閉，打開閥門2，先沖洗測量筒；然后打開閥門1，關(guān)閉閥門3，沖洗漿液取樣管；沖洗完畢后，關(guān)閉閥門2，打開閥門3，恢復(fù)測量。

漿液入口管道內(nèi)徑大于排漿管，可以保證漿液取樣管道通常不堵塞，也可以使測量筒里液位保持上升狀態(tài)。漿液從測量筒底部呈一定仰角，并以切口方式進入測量筒。漿液在測量筒內(nèi)盤旋上升，可以使測量筒上部漿液一直處于流通狀態(tài)。測量筒設(shè)計成“葫蘆形”，底部為圓錐形，箱內(nèi)不易結(jié)垢；上下部為圓柱形，配合漿液切口方式進入保證液位上升；中部為瓶頸形，使?jié){液在重力作用下再受一定阻力，可降低漿液流量，也可向下排污；頂部平頂設(shè)計以安裝pH電極，并保證pH電極測量部分一直浸泡在漿液中[2]。

4 機組水汽系統(tǒng)pH測量裝置的優(yōu)化

水汽系統(tǒng)pH測量在各個發(fā)電廠受重視程度較高，重大問題較少存在，但該系統(tǒng)和其他系統(tǒng)區(qū)別明顯，且數(shù)值控制準(zhǔn)確性要求更高。通常，在酸、堿或溶解性鹽含量較大的溶液中，可以快速和精確測定pH。但是，水汽系統(tǒng)的pH在線測量由于介質(zhì)通常接近于純水，電導(dǎo)率很低，容易受到特殊干擾，如水樣容易受到大氣、水樣流路和參比電極的污染，且液接電位容易發(fā)生改變，導(dǎo)致pH測量誤差[3]。

結(jié)合系統(tǒng)特性，發(fā)現(xiàn)寧德電廠水汽系統(tǒng)pH測量存在以下問題。一是整個系統(tǒng)接地電阻較大，屏蔽效果不好。針對此問題，首先保證不銹鋼流通池與安裝取樣架接觸良好，然后將取樣架整體引入專用接地。二是因高溫取樣架來水水樣固定，如主蒸汽水樣經(jīng)過減溫減壓后，通過一根直徑為6mm的取樣管至儀表架，分成6路同時進入不同儀表和人工取樣口。經(jīng)常樣水流量不夠，特別是人工化驗比對時將取樣口水樣流量開大后，不但影響pH測量，也影響其他在線表計測量。針對此問題，將總樣水管路改為內(nèi)徑更大的管子，保持進入儀表的管路內(nèi)徑，并將樣水流量和壓力穩(wěn)定控制在表計的要求范圍。

5 結(jié) 論

針對寧德電廠三個不同生產(chǎn)工藝系統(tǒng)，結(jié)合市場常見的pH測量裝置，經(jīng)過長期現(xiàn)場使用，總結(jié)存在的問題，持續(xù)對pH測量裝置進行設(shè)計改造，不斷優(yōu)化現(xiàn)場安裝方式，最后使之符合工藝生產(chǎn)要求，以便于日常維護，減少備品備件損耗和缺陷數(shù)量，保證在線pH測量數(shù)據(jù)實時、準(zhǔn)確、可靠，以及整個工藝系統(tǒng)安全、穩(wěn)定、經(jīng)濟、環(huán)保運行。

參考文獻：

[1] 周錦帆，黃 偉.pH測量原理及注意事項[J].檢驗檢疫科學(xué)，2003，13（1）：50-51.

[2] 福建大唐國際寧德發(fā)電有限責(zé)任公司.濕法脫硫系統(tǒng)漿液pH值測量裝置：中國，2013202956311[P].2013-11-27.

[3] 國家能源局.DL/T1201-2013 中華人民共和國電力行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)-發(fā)電廠低電導(dǎo)率水pH在線測量方[M].北京：中國電力出版社，2013.