工業(yè)pH計(jì)在鈉法脫硫工藝中的應(yīng)用

花少君

（中國瑞林工程技術(shù)有限公司,江西南昌330031）

工業(yè)pH計(jì)在鈉法脫硫工藝中的應(yīng)用

花少君

（中國瑞林工程技術(shù)有限公司,江西南昌330031）

以某造紙廠的自備燃煤鍋爐煙氣脫硫項(xiàng)目為例，結(jié)合鈉法脫硫工藝特點(diǎn),針對(duì)工業(yè)pH計(jì)的組成及測(cè)量原理,討論了pH計(jì)在該工藝過程應(yīng)用中的選型、安裝方式、存在的問題以及使用過程中的維護(hù)。工業(yè)pH計(jì)作為工業(yè)過程在線分析儀表,在具體應(yīng)用中，應(yīng)根據(jù)應(yīng)用工況,綜合考慮安裝維護(hù)的便捷性、綜合經(jīng)濟(jì)性和使用的可靠性,選擇合適的pH計(jì)。

鈉法脫硫；pH計(jì)；傳感器;選型；安裝；維護(hù)

工業(yè)pH計(jì)已廣泛運(yùn)用于冶煉、化工、廢水處理及環(huán)境保護(hù)等領(lǐng)域中，對(duì)指導(dǎo)過程控制和企業(yè)成本控制等方面有著較重要的作用。本文將結(jié)合某造紙廠自備燃煤鍋爐煙氣脫硫項(xiàng)目，就工業(yè)pH計(jì)在鈉法脫硫工藝中的應(yīng)用進(jìn)行討論。

1 鈉法脫硫工藝流程

鈉法脫硫工藝是眾多煙氣脫硫工藝中的一種[1]，是采用一定濃度的NaOH溶液作為脫硫劑與煙氣中的 SO2反應(yīng)，NaOH溶液吸收 SO2并生成副產(chǎn)物Na2SO3和NaHSO3。吸收過程主要為以下兩步：

由上可以看出：反應(yīng)（1）中生成的Na2SO3仍具有脫除SO2的能力，但反應(yīng)（2）生成的NaHSO3則不再具有脫除SO2的能力，故煙氣脫硫后的產(chǎn)物是NaHSO3和Na2SO3溶液混合物。

2 pH計(jì)的應(yīng)用

從鈉法脫硫工藝流程可以看出NaOH溶液作為脫硫劑是消耗品，外購成本較高，一般企業(yè)是難以接受的，企業(yè)要使生產(chǎn)效益最大化，需要通過檢測(cè)脫硫反應(yīng)后溶液的pH值來調(diào)節(jié)和控制NaOH溶液的添加量，在保證脫硫效率的基礎(chǔ)上降低生產(chǎn)成本。由此pH值的檢測(cè)在該工藝過程控制中特別重要。

某造紙廠的自備燃煤鍋爐煙氣脫硫采用鈉法脫硫工藝，外購一定濃度的NaOH溶液儲(chǔ)存在堿液槽罐中，然后通過堿液添加泵送至脫硫塔，吸收煙氣中的SO2，得到Na2SO3和NaHSO3等混合溶液。圖1為該廠鈉法脫硫工藝流程。

圖1 鈉法脫硫工藝流程

由圖1可以看到：外購的堿液儲(chǔ)存在NaOH堿液儲(chǔ)槽，由堿液添加泵送至脫硫塔內(nèi)，通過調(diào)節(jié)脫硫塔內(nèi)循環(huán)漿液pH值，控制送入脫硫塔的堿液流量。 pH值控制由脫硫系統(tǒng)出口煙氣中的SO2濃度反饋調(diào)節(jié)，通過檢測(cè)SO2濃度信號(hào)趨勢(shì)，當(dāng)出口煙氣中SO2濃度較低時(shí)，可適當(dāng)調(diào)低pH的設(shè)定值，當(dāng)出口煙氣中SO2濃度較高時(shí)，則可適當(dāng)調(diào)高pH設(shè)定值。運(yùn)行后脫硫系統(tǒng)的pH控制值設(shè)定在一個(gè)穩(wěn)定的范圍，由DCS控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)自動(dòng)調(diào)節(jié)：pH升高，則調(diào)節(jié)閥關(guān)小，減少堿液流量；pH降低，則調(diào)節(jié)閥開大，增加堿液流量。下面結(jié)合工程實(shí)踐，討論pH計(jì)在工程中的應(yīng)用。

2.1 工業(yè)pH計(jì)的組成及原理

工業(yè)pH計(jì)是以電極電位法為原理的在線pH值測(cè)定儀，由傳感器和轉(zhuǎn)換器（也叫變送器）兩個(gè)部分組成，通過專用連接電纜將傳感器與轉(zhuǎn)換器相連[2]。傳感器一般由指示電極、參比電極組成。當(dāng)被測(cè)溶液流經(jīng)傳感器時(shí),電極和被測(cè)溶液就形成一個(gè)化學(xué)原電池，兩電極間產(chǎn)生一個(gè)原電勢(shì)，該電勢(shì)的大小與被測(cè)溶液的pH值成對(duì)數(shù)關(guān)系，將被測(cè)溶液的pH值轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘?hào)。轉(zhuǎn)換器由電子部件組成,其作用是通過專用連接電纜將電極檢測(cè)到電信號(hào)放大，并轉(zhuǎn)換為標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)輸出。

2.2 pH計(jì)選型

通過pH計(jì)組成可以看到,傳感器是pH計(jì)最重要的組成部件,是與工藝介質(zhì)直接接觸的。在工業(yè)應(yīng)用中，傳感器的選型至關(guān)重要。選型時(shí)首先應(yīng)詳盡了解被分析對(duì)象的工藝過程、介質(zhì)特性、應(yīng)用的環(huán)境。其次應(yīng)該注意所選用的pH計(jì)的技術(shù)要求應(yīng)能滿足被分析介質(zhì)的操作溫度、壓力和物料性質(zhì)。

本工程中脫硫反應(yīng)后介質(zhì)為Na2SO3和NaHSO3等混合溶液，溶液偏酸性，有較強(qiáng)的腐蝕性，較易結(jié)晶等性質(zhì)，工況溫度為55℃左右，壓力為0.2 MPa左右。由鈉法脫硫工藝反應(yīng)方程式可以看到：Na2SO3和NaHSO3溶液能適應(yīng)于吸收與再生循環(huán)反應(yīng)，所以反應(yīng)后的漿液不會(huì)像其他濕法脫硫工藝中出現(xiàn)結(jié)垢等情況。

綜合上述工況，本工程中pH計(jì)的傳感器選用復(fù)合型傳感器，即傳感器集成了指示電極，參比電極以及測(cè)溫元件等。傳感器外殼材質(zhì)則考慮哈氏合金或更高一檔材質(zhì)。復(fù)合型傳感器有以下特點(diǎn)：1）采用聚四氟乙烯（PTFE）環(huán)狀隔膜，抗污染，抗阻塞；2）采用夾有KCL的聚合塑料基體，即固體電解質(zhì)代替液體電解質(zhì)，使參比電極的耐壓能力大為提高。3）包含的測(cè)溫元件，使pH計(jì)具有溫度補(bǔ)償裝置。

轉(zhuǎn)換器選型，首先要考慮匹配已經(jīng)選定的pH計(jì)傳感器，即傳感器輸出的mV電壓信號(hào)，需經(jīng)過轉(zhuǎn)換器識(shí)別并放大計(jì)算轉(zhuǎn)換為相應(yīng)的pH值，同時(shí)輸出標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)。由于是電子元器件組成，轉(zhuǎn)換器要考慮供電，接地以及防護(hù)等級(jí)等方面要求，本項(xiàng)目pH計(jì)轉(zhuǎn)換器為220 VAC供電電源，接地考慮在儀表配電柜內(nèi)一側(cè)接地。由于戶外安裝，轉(zhuǎn)換器的防護(hù)等級(jí)選為IP66，并對(duì)轉(zhuǎn)換器加裝了防護(hù)罩。

2.3 傳感器安裝方式

pH傳感器有3種常規(guī)安裝方式：浸入式、流通式和插入式。脫硫工程中常用的為流通式和插入式，下面就這兩種安裝方式結(jié)合本工程進(jìn)行討論。

流通式pH傳感器一般安裝在工藝介質(zhì)測(cè)量支管內(nèi)，儀表上下游裝有隔離閥，如圖2所示[2]。該安裝方式pH電極基本上受沖刷磨損較小，但是要保證旁路管中充滿液體，并且不能選擇有測(cè)量滯后的點(diǎn)做安裝測(cè)量點(diǎn)，不足之處是取樣管易堵塞，測(cè)量管路較復(fù)雜。

圖2 流通式pH計(jì)傳感器安裝示意

插入式pH傳感器不需要測(cè)量支管，結(jié)構(gòu)相對(duì)簡(jiǎn)單，它直接通過密封材料和一個(gè)隔離閥門插入到介質(zhì)中。如圖3所示[3]。插入式安裝方式可斜插于豎直管或者立式插于水平管上，安裝時(shí)應(yīng)注意，不要讓測(cè)量電極附近存在氣泡以免影響測(cè)量的真實(shí)性。并且插入的探頭不宜置于管中心高流速處，因流體沖蝕易磨損探頭和數(shù)值漂移，探頭應(yīng)置于流體邊緣又始終能接觸到流體。結(jié)構(gòu)雖簡(jiǎn)單，但安裝要求高，如果電極插入主管路內(nèi)，電極極易磨損且影響其使用壽命。

圖3 插入式pH計(jì)傳感器安裝示意

以上2種安裝方式各有優(yōu)缺點(diǎn)。本工程中,pH傳感器是采用插入式安裝方式,但為了克服插入式的缺點(diǎn),沒有選擇安裝在循環(huán)漿液的管路中，而是考慮直接把pH傳感器安裝于脫硫塔塔壁處，即將pH電極直接從脫硫塔的側(cè)壁斜插入脫硫塔內(nèi),這樣可以避免安裝在管道內(nèi)被流體沖刷。但是選擇此種安裝方式，必須保證塔內(nèi)液面始終高于安裝口,這樣pH電極才能始終浸沒在檢測(cè)液面以下,如圖4所示。

圖4 pH計(jì)在塔壁上安裝示意

2.4 存在的問題

本工程采用了圖4的安裝方式，雖然避免了管道流體沖刷電極的影響，但是同樣存在一些問題。比如：在檢修維護(hù)pH電極時(shí)，需要把脫硫塔液面降至安裝接口以下，才能方便將電極拔出。否則，拔出過程中將會(huì)使脫硫塔內(nèi)介質(zhì)噴出。盡管圖中加裝了一個(gè)隔離閥門，從理論上可以通過開閉這個(gè)閥門來控制住塔內(nèi)介質(zhì)的噴出，而不用將脫硫塔液面降至安裝接口以下，但這需要操作維護(hù)人員相當(dāng)熟練，做到電極拔出同時(shí)關(guān)閉閥門的協(xié)調(diào)同步性。從現(xiàn)場(chǎng)使用維護(hù)情況來看，效果并不理想。

2.5 pH計(jì)的維護(hù)

pH計(jì)需要定期維護(hù)[3]，維護(hù)周期視工況而定，一般每3個(gè)月用標(biāo)準(zhǔn)液校準(zhǔn)1次。標(biāo)定時(shí)候，需要將電極浸泡在氯化鉀溶液15 min左右,拿起之后用蒸餾水將探頭沖洗干凈,再放置于標(biāo)定液中進(jìn)行標(biāo)定。本工程停車檢修期,脫硫塔內(nèi)的溶液全部排空,維護(hù)人員未及時(shí)將電極從塔內(nèi)拔出，使其浸泡在緩沖液中，致使再次運(yùn)行期間，出現(xiàn)了pH測(cè)量不準(zhǔn)、漂移等現(xiàn)象。故定期正確維護(hù)對(duì)用好pH計(jì)是很重要的。

另外，變送器最好安裝于儀表保護(hù)箱內(nèi)，如果沒有，至少需要加裝遮陽罩。

3 結(jié)束語

工業(yè)pH計(jì)作為工業(yè)過程在線分析儀表,設(shè)計(jì)選型固然重要,但最終運(yùn)用的好壞,還要看日常使用過程中的維護(hù)情況。在脫硫環(huán)保等行業(yè)中,介質(zhì)工況比較復(fù)雜、惡劣，對(duì)于pH計(jì)有著相當(dāng)高的要求。在具體應(yīng)用中必須要全面了解相應(yīng)的工況,同時(shí)考慮日后安裝維護(hù)方便,綜合經(jīng)濟(jì)性與可靠性相結(jié)合的原則,選出合適的pH計(jì)。

[1] 徐寶東.煙氣脫硫工藝手冊(cè)[M].北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2012.

[2] 程永新.pH計(jì)在濕法煙氣脫硫工程中的布置及優(yōu)化 [J].湖北電力，2009（6）：72-74.

[3] 王 森，符青靈.儀表工試題集—在線分析儀表分冊(cè)[M].北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2006.

Brief Analysis on Implementation of Communication Network for Production Control System

HUA Shaojun
(China Nerin Engineering Co.,Ltd.,Nanchang,Jiangxi 330031,China)

Taking gas desulfuration project of self-contained coal-fired boiler in a paper-making factory as an example,the paper discusses type selection,installation method,existing problems and maintenance in application of pH meter in combination with process characteristic of sodium desulfuration,composition of industrial pH meter and measurement principle.As on-line analysis instrument in industry period,suitable pH meter should be selected according to specific application working condition and consideration of convenience,comprehensive economy and reliability of installation and maintenance.

odium desulfuration;pH meter;sensor;type selection;installation;maintenance

TH832.3+1

B

1004-4345(2015)03-0054-03

2014-12-01

花少君（1982—），男，工程師，主要從事儀表自動(dòng)化方面工作。