電極自動清洗裝置的簡介與實踐

陳士杰，謝學強

（江西銅業集團有限公司 貴溪冶煉廠，江西 貴溪 335424）

1 引言

在煙氣制酸，廢酸廢水處理系統，在線使用的pH 復合電極應用較多，復合電極作為測量電極在監測、檢測過程中，被介質中的污染物如氯化鈣、碳酸鈣等會附著在電極頭部玻璃球泡上，嚴重影響電極產生的電勢，進而影響pH 指示值，導致靈敏度和測量精度急劇降低，甚至失效。在日常生產過程中，需要較為精確的測量結果以更好地進行工藝控制。因此，對檢測部位進行定期清洗是一項必要的工作。但由于人工清洗不僅費工、費時，而且還會導致測量中斷，影響連續檢測甚至在清洗過程中會造成損壞電極現象，嚴重影響生產順行。如何才能防止、解決電極因結垢而導致數據反饋失真問題，成為廢酸廢水處理工序中的一大難題。。自動清洗電極裝置的研發使用不僅響應了公司“建設智能化工廠”的號召，同時還降低了員工勞動強度，改變人工清洗的現狀。自動清洗裝置從安全環保理念出發，是一種可遠程控制自動清洗電極的裝置。該裝置打破了常見的溶液噴射清洗，空氣噴射清洗及機械刷洗等形式。應用一種最新的符合現場工況的研磨型超聲波自動清洗裝置。

2 電極及清洗方法介紹

2.1 電極的組成

電極一般由電極球泡、玻璃支持桿、外殼、液接界、電極帽、內參比溶液、電極導線等幾部分組成。

2.2 電極常規清洗方法

2.2.1 化學清洗法

在電解質流體中金屬電極具備電化學現象。根據電化學原理［1］，流體和電極存在電場界面，物質的原子、分子或離子在界面擁有富集或貧乏的吸附現象，電化學清洗電極只需研究陰離子吸附的情況，在電極表面當剩余電荷密度增大時，吸附作用力小于靜電斥力，陰離子在短時間內完成脫附，這便是電化學清洗的原理。

2.2.2 機械刮磨法

在電極上配置特殊的機構來實現電極清理［2］。目前常用的形式：機械刮除器。采用不銹鋼材質加工成一把帶有細軸的小刮刀，刮刀與電極端平面貼合并相對轉動，祛除污垢。此刮除器具有手動和馬達驅動自動刮除兩種形式。而另一種是在管狀電極中安裝細絲鋼絲刷，軸裹在密封的“O”形圈內，以防止流體泄漏。此清洗裝置則要人工清洗。

2.2.3 研磨超聲清洗法

把超聲波發生器釋放的電壓引到電極上，使超聲波的能量集聚變大，所加電壓幾乎集中在附著物上，高電壓會將附著物擊穿，起到除垢的效果。這種方法受時間空間約束，自由度不高。

2.3 pH 電極雜質的清洗

酸性條件下工作的pH 電極：W=5%～10%的熱堿性溶液（＞56℃）;W=5%～10%的鹽酸;W=2%～3%的氫氟酸；pH 電極在堿性條件下工作：濃鹽酸磷酸混合溶液; W=6%～11%的鹽酸溶液，W=4%～8%的硫酸;為一般污物：4%～6%的鹽酸，高壓水沖洗(＜689.476kPa); 碳酸鹽和硫酸鹽：W=6%～11%的鹽酸;磷酸和濃鹽酸混溶液;連二亞硫酸鈉和亞硫酸鈉的混合物; 二氧化硅或粘滯物：W=3%～5%氫氟酸，油或脂：甲醇、 異丙基乙醇（耐磨乙醇），可去除特殊脂的其它溶液。

2.4 電極的浸泡

pH 電極在投入使用時需浸泡［3］，因為球泡為一種特殊的玻璃膜，表面附有一層極薄的水合凝膠層，充分濕潤的條件下方能與溶液中的H+離子反應。經過浸泡能使不對稱電勢下降并趨于穩定。通常使用pH4 緩沖液，根據球泡玻璃膜厚度、電極老化程度確定浸泡時間。參比電極的液接界也需浸泡。如果液接界干涸會導致液接界電勢增大或不穩定，參比電極外參比溶液與電極浸泡液須保持一致，即3.3mol/L KCl 或飽和氯化鉀溶液。因pH 計電極極為精細，故祛除粘在pH 計電極上的污物需足夠的耐心，在清洗過程中要使用適當的安全裝置。選擇合適的清洗溶液。把電極浸入到清洗溶液中至少6min，便于清洗介質滲入污物。將電極放在堿或酸溶液中浸泡，用軟毛刷祛除電極污垢。選擇一種溶劑清洗同時對傳感器進行漂洗，用清水或鹽溶液（KCl）浸泡。保持其活性靈敏度，延長電極使用壽命。廢酸廢水工況下，一般在線使用6h 左右進行一次清洗，球泡上不能有污染物，不能結垢。常規處理辦法是先用毛刷清理，在用鹽酸清洗最后用蒸餾水沖洗。然后浸泡在蒸餾水中；玻璃電極的內電極與球泡之間不能存在氣泡，若有氣泡可輕甩點即讓氣泡逸出。然后投入使用。

3 人工清洗

（1）在日常的生產過程中，電極的清洗周期一般為8h，每天要對所有在線使用的電極利用毛刷和鹽酸進行清理/清洗，費工費時，且存在一系列的人和物的不安隱患及危化品的存儲問題。

（2）在人工清洗電極時，有時會對電極造成損壞，增加運維成本及備件消耗。

4 全自動磨型超聲波自動清洗裝置

4.1 全自動磨型超聲波自動清洗裝置的組成

該電極自動清洗儀器包括：（1）升降氣缸；（2）拉伸氣缸；（3）電極連接桿；（4）pH 電極夾具；（5）pH 電極；（6）箱體；（7）浸泡槽；（8）超聲波除垢儀。

4.2 工作原理

其工作原理［4］為升降氣缸1 上升，將電極桿從工藝溜槽中拉出，拉伸氣缸2 活塞桿伸出，推送電極桿向右移動，使電極桿垂直于浸泡槽正上方，升降氣缸1 下降，將電極桿頭部檢測球泡放入浸泡槽內部，此時，浸泡槽內通入儀表風，電極處在一個類似沸騰狀態的，含有磨料及酸性介質中浸泡，研磨，開啟超聲波除垢儀，進行輔助除垢。設定浸泡時間結束，浸泡槽內氣源閥關閉，超聲波除垢儀停止工作，升降氣缸1 帶動電極上升，拉伸氣缸2將電極桿拉回至溜槽正上方，升降氣缸1 下降，將電極桿頭部檢測球泡放置于溜槽中。

圖1 自動清洗裝置圖

4.3 優點

該裝置采用環保理念，選用環保能源。特別適用于含有固體顆粒和粘性比較強的介質，并有很好的抗侵害能力。模塊式設計，安裝簡單維修方便。不銹鋼本體，加設擋板，具有獨立的清洗腔。雙氣缸操作控制，提高惡劣環境下的可靠性。平滑操作節省成本，提高了操作的安全性和可靠性。減少電極損壞，降低鹽酸消耗量，杜絕鹽酸遺失/灑落等現象。此裝置具有單獨的浸泡槽，避免清洗液和緩沖液等污染被測介質。測量結果的最佳值再現。具有手動/自動功能，可定時清洗不受外界干擾。高等級的安全：可反饋至控制中心的系統狀態信息在線清洗及標定，無需移動電極。電極的使用壽命增加20%。實現遠程控制自動清洗。

5 實踐

全自動磨型超聲波自動清洗裝置，投入使用后，該裝置提高了電極的清洗效率和質量，保證了電極的長周期穩定監測，降低了操作人員的工作強度，減少了鹽酸消耗量實現了一鍵啟動遠程操作。如下表。

表1 人工清洗和自動清洗參數對比表

表2 人工清洗和自動清洗參數對比表

6 結論

電極自動清新裝置適應性強，安裝自由度高，操作簡便。工藝生產過程中，加裝了自動清洗裝置之后，大大降低了操作人員的勞動強度，同時電極探頭可實現定期自動清洗，性能，靈敏度和測量的精度都得到了保障，延長了電極的使用壽命，為工藝生產提供了準確的實時在線檢測參數，提高儀表長周期、高性能運行的水平，保障了生產的穩定、順行。