水系统在线pH计增加在线清洗优化
黄明聪
摘要：在线分析在优化生产控制、提高生产效率和降低样品量等方面的作用日益突显，水系统污水处理池，由于水质差，悬浮物、污泥多等导致多数在线pH计日常检测过程种容易出现响应变差、测量不稳定等问题。本文介绍了通过增加气源或水源管，利用变送器内置继电器输出功能或外直PLC控制电磁阀，使气源或水源以一定时间频率吹扫或冲洗电极，以降低pH计日常维护频次及故障率。
关键词：在线pH计 电磁阀 吹扫 降低故障
1.背景介绍
近年公司一直提倡降本增效，在线分析仪表也是自动化提升的一部分内容，通过一定的方法措施改进在线分析仪表的应用，以达到降低故障率和运维成本、有效提升分析仪表运行效率，也是降本增效的具体体现。
水系统污水处理池池内污水复杂，杂质、淤泥等较多，在线pH计在使用过成中，极易被污垢吸附在电极表面，破环电极玻璃泡离子交换，以及堵塞参比电极隔膜，造成电极响应变差、测量不稳定，而且这种损害是不可逆的，电极将直接无法通过标定，造成人员维护频次和维护成本变高，同时也会造成工艺控制的不稳定。通过有效增加气源或水源，使用变送器内部继电器触发电磁阀动作，以一定时间频率用气源或水源对电极进行吹扫冲洗，有效预防电极表面污泥等附着或导致隔膜堵塞。
通过增加在线pH计吹扫功能将有利于优化工艺生产控制，减少手工取样分析和降低在线pH故障率，保障生产过程中稳定，满足工艺生产需求。
2.具体开展工作
2.1pH玻璃电极结构
图一：pH玻璃电极结构图
2.2pH玻璃电极测定原理
图二：pH玻璃电极测量原理图
现在用的一些在线pH电极基本都是复合电极，主要将测量电极与参比电极组合为一体，测量电极玻璃泡上的H+离子浓度变化会引起玻璃泡内部电势变化，变化的电势与参比电势组成回路，测得的电势差与pH值相关。
pH复合电极测量的关键还需要测量电极与参比电极形成可靠的回路，才能准确测得电势差的变化，如下图三，pH玻璃电极测量回路。
图三：pH玻璃电极测量回路
2.3问题分析
经常去水系统污水池现场检维修pH发现，水池内的水质较差，pH计从池中拔出后，电极会附着较多淤泥，较多淤泥杂质会阻碍测量电极玻璃泡表面H+离子交换，还会造成参比电极隔膜阻塞，破环参比液与测量液联通回路。如下图四，现场检修更换下的pH玻璃电极。
图四：现场检修
2.4问题解决思路
通过问题分析，主要影响测量的问题是淤泥附着和隔膜堵塞，从两个方面出发；
1. 针对附着，可以增加吹扫、清晰；
2. 针对堵塞，可以改变电极类型，改变不易堵塞的隔膜类型。
3. 计划改造优化的点位如下表一：
表一：改造优化点位信息
2.5工作准备及实施
2.5.1材料准备：电极探杆（带吹扫/清洗管线）；
CPS带参比液加压电极；
CM442变送器（24V供电模块）；
DC24V电磁阀（1/2NPT接口）；
1/2转3/8接头；
3/8不锈钢管及接头等。
2.5.2吹扫参数设定：清晰介质，水
继电器选择，2：1
清洗类型，标准清洗
清洗时间，30S
清洗周期，间隔
清洗间隔，1天
清洗保持输出，开启
2.5.3CM442变送器参数设置
CM442变送器如下图五：
图五：CM442变送器设置
2.5.4线路连接
CM442变送器选用24V供电模块，因此电源沿用之前CM42变送器24V电源先供电；pH输出信号DCS控制室之前是24V有源型号卡件，现需要改为无源信号卡件；因增加了清洗/吹扫功能，因此需要单独增加一路24V电源线并串入清洗功能继电器，以实现自动清洗功能。具体接线图及实际接线如下图六：
图六：变送器接线图及实际接线
2.5.5现场电池阀及电极探杆安装
现场电池阀安装在清洗水源管或气源管上，靠近电极探杆的位置，便于日常检修及调试，电极探杆改造中，增加了吹扫电极的管线，清洗水或吹扫气可定期对电极表面清洁。现场安装情况如下图七：
图七：现场电极探杆及电磁阀安装
2.6优化效果
通过对现场硬件的改造及变送器程序的设置优化，目前完成改造优化的24个点位效果明显，这些点位pH计故障率降低近90%，电极消耗明显减少，预防性维护频次调整至3个月1次，pH监测更加稳定，提升了工艺稳定性。
改造优化后经过近一年多的效果观察，优化前后趋势情况效果如下图八、图九：
图八：优化前pH监测趋势图
图九：优化前pH监测趋势图
图八可见改造优化前，pH测量经常出现信号噪声，且响应变差后出现信号拉直线，严重干扰工艺对工况的判断；改造优化后，pH电极响应速度比较快，灵敏度高，能及时准确反应出工况动态变化情况，可以准确指导工艺对工艺判单，提高了仪表的稳定性和生产效率。
3.结论
通过对改造优化的点位长期效果观察和检维修数据积累，水系统污水池pH的在线分析通过增加在线自动清洗的功能，有效减轻了电极污染及隔膜堵塞，有效延长了电极的使用寿命和检维修周期。
在提高的污水池的pH计的稳定运行的同时，也消除了因仪表问题引起工艺控制的不稳定，提升了工艺的满意度。
在做改造优化的过程中，还应注意控制清洗水流速，流量过小，效果会变差，流速过大可能会对电极造成损坏，最好能在清洗水管上增加一个减压法，调整至合适的流速；本次改造优化的点位为污水池，池中的污水成分复杂，也应该考虑污水组成中是否还含有一些S2-、CN-、NH3、氯气等对电极内部电极丝有反应的干扰物质，对其他类似工况的改进优化提供了一定的借鉴意义。
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