煤化工項目中的在線水質(zhì)分析儀主要應(yīng)用在水處理及熱電鍋爐系統(tǒng), 其適用性對裝置的安全、節(jié)能、環(huán)保運(yùn)行極其重要。論述了煤化工在線水質(zhì)分析儀的選型原則, 結(jié)合工程實例介紹了pH值與電導(dǎo)率分析儀、溶解氧與濁度分析儀、COD與NH3-N分析儀等在線水質(zhì)分析儀的選型, 并結(jié)合現(xiàn)場實際應(yīng)用中存在的問題, 提出了改造措施。

在線水質(zhì)分析儀能夠?qū)崟r監(jiān)測水質(zhì)變化并及時遠(yuǎn)傳至DCS系統(tǒng), 提高測量的穩(wěn)定性及工藝的可操作性, 同時降低傳統(tǒng)離線實驗室測量過程中由于運(yùn)輸過程影響而導(dǎo)致的測量誤差, 減少人工維護(hù)量。煤化工工藝水質(zhì)污染程度高、控制要求嚴(yán)格, 為了降低設(shè)備運(yùn)行安全風(fēng)險及環(huán)境污染, 在線水質(zhì)分析儀得到了廣泛應(yīng)用。本文就煤化工在線水質(zhì)分析儀的選型原則進(jìn)行論述, 介紹煤化工水處理及熱電鍋爐系統(tǒng)在線水質(zhì)分析儀選型, 并結(jié)合現(xiàn)場實際應(yīng)用中存在的問題, 提出了改造措施。

1.在線分析儀的選型

煤化工熱電鍋爐系統(tǒng)對于給水p H值、DO、電導(dǎo)率要求較高, 是保證熱電系統(tǒng)安全、經(jīng)濟(jì)運(yùn)行的重要保障, 而煤化工工藝污水污染嚴(yán)重、顆粒物較多、高COD、高NH₃-N, 準(zhǔn)確地測量其值為減少工藝管道腐蝕、結(jié)垢及達(dá)標(biāo)排放奠定基礎(chǔ)。針對上述工藝特點(diǎn), 在線分析儀的合理選型尤為關(guān)鍵。在線水質(zhì)分析儀的選型原則主要通過工藝監(jiān)測要求、介質(zhì)特性、儀表精度、穩(wěn)定性、維護(hù)量、價格成本等因素考慮。選型范圍為性價比較高、滿足現(xiàn)場使用、得到行業(yè)認(rèn)可的國外及國內(nèi)品牌。

1.1 p H值與電導(dǎo)率分析儀

p H值是以電極電位法原理測量水樣中的酸堿度, 主要監(jiān)測脫鹽水外送、廢水中和、鍋爐給水等。選型時通過比較p H探頭的應(yīng)用環(huán)境、使用周期、測量準(zhǔn)確性、價格成本、玻璃電極耐腐蝕性等進(jìn)行綜合考慮, 現(xiàn)場污水系統(tǒng)選擇E+H CPS系列復(fù)合電極, 熱電系統(tǒng)選取HGY2018系列電極。

電導(dǎo)率是監(jiān)測溶液的導(dǎo)電度, 主要監(jiān)測精制水外送、蒸汽冷凝液、鍋爐給水等。對于精制水控制范圍一般在0~10μS/cm, 爐水控制在0~60μS/cm, 因此通過比較電導(dǎo)表的測量精度、應(yīng)用條件、測量穩(wěn)定性及維護(hù)成本, 精制水選擇Hach 8362系列, 爐水選擇了國產(chǎn)2022系列。

1.2 DO與濁度分析儀

DO分析儀是通過測量水樣中溶解分子態(tài)的O₂經(jīng)過膜擴(kuò)散與電極產(chǎn)生電流的原理。鍋爐除氧器給水DO控制精度高, 在0~20μg/L, 污水SBR池水質(zhì)較差、成分復(fù)雜、對DO電極損耗較大, 由于溶解氧測量值參與加藥系統(tǒng)控制, 借鑒相關(guān)工廠經(jīng)驗及廠家業(yè)績, 選擇的是E+H Oxymax隔膜滲透型的DO電極及配套CM442變送器測量, 同時CM442變送器具有多參數(shù)測量, 可同時顯示p H值、DO值, 起到了公用監(jiān)測顯示, 降低了使用成本。

濁度分析儀是通過測量入射光在水樣懸浮散射與入射光成90°的吸收光被光電池檢測強(qiáng)度的原理。Hach 9210濁度儀得到了業(yè)界的認(rèn)可, 測量穩(wěn)定、精度高、維護(hù)量少、且其易耗件光源燈價格較便宜。

1.3 COD與NH₃-N分析儀

COD、NH₃-N是監(jiān)測水質(zhì)污染及環(huán)保外排指標(biāo)重要參數(shù), 同時也是污水行業(yè)應(yīng)用難題, 主要有分光度比色及紫外吸收照射法2種原理, 分光度比色法需要配制試劑參與反應(yīng)測量, 容易產(chǎn)生二次污染、維護(hù)量較大、儀表穩(wěn)定性及重復(fù)性一般, 屬于國標(biāo)測量方法, 而紫外吸收法可直接插入管道測量、無需專門維護(hù)、減少維護(hù)成本及污染源, 但不屬于國標(biāo)法。針對現(xiàn)場工藝, 選擇了2套SysteaμMAC分光度法和2套Hach Uvas紫外吸收法應(yīng)用于COD現(xiàn)場測量, 3套Systea分光度比色法用于NH₃-N現(xiàn)場測量。Systea系列產(chǎn)品穩(wěn)定性較好、維護(hù)簡單、對于污水的抗干擾能力較強(qiáng)、儀表運(yùn)行周期較長。Hach Uvas紫外技術(shù)正被逐漸地推廣使用, 整體使用情況較好, 滿足現(xiàn)場工藝需求。

1.4 硅酸鹽與磷酸鹽分析儀

硅酸鹽與磷酸鹽分析儀的測量原理較為相似, 都是使用鉬酸鹽分光比色法測量, 分別應(yīng)用于測量脫鹽水及爐水鹽離子含量。由于鹽離子對設(shè)備管道的腐蝕較為嚴(yán)重, 為了提高生產(chǎn)安全性, 對2種鹽酸根測量精度要求比較高, 同時為了節(jié)約成本, 需1臺儀器可以實現(xiàn)多路自動切換測量, 根據(jù)工藝特點(diǎn)的需求, 同時考慮到儀器的選型盡量統(tǒng)一, 為日后廠家的指導(dǎo)與維護(hù)提供了方便, 選擇了2套Hach 9210硅表及2套磷表測量儀并根據(jù)測量值參與加藥系統(tǒng)控制, 此分析儀準(zhǔn)確、穩(wěn)定、重復(fù)性都比較好。

2 加藥系統(tǒng)典型控制方案

2.1 污水SBR池加藥控制方案

污水SBR池運(yùn)行需要投加碳源及曝氣提高微生物的分解代謝作用, 經(jīng)過不斷地優(yōu)化設(shè)計, 現(xiàn)階段根據(jù)NH₃-N及DO測量值通過DCS系統(tǒng)PID閉環(huán)整合調(diào)節(jié)甲醇加藥量及曝氣風(fēng)機(jī)曝氣量, 減少了運(yùn)行成本。通過查閱設(shè)計資料及廢水處理工藝操作流程, 得知甲醇加藥量公式如下:

式中:C_m———甲醇投加量, mg/L;

No———厭氧初始NO₃-N質(zhì)量濃度, mg/L;

Ni———厭氧初始NO₂-N質(zhì)量濃度, mg/L;

DO———厭氧初始溶解氧質(zhì)量濃度, mg/L。

甲醇投加量控制方案如圖1所示, 曝氣風(fēng)機(jī)曝氣量控制如圖2所示。

圖1 甲醇投加量控制方案

圖2 曝氣機(jī)曝氣量控制方案

2.2 鍋爐除氧器及爐水加藥控制方案

為了確保鍋爐的給水品質(zhì), 需要加聯(lián)氨控制給水p H值在8.8~9.3內(nèi), 防止由于p H值過低或過高引起管道腐蝕;同樣, 為了保證爐水品質(zhì), 需要投加磷酸鹽控制PO₄質(zhì)量濃度在2~8 mg/L, 以去除爐水中Ca、Mg等陽離子。

因此, 分別設(shè)計1套以給水p H值及爐水PO₄為目標(biāo)值, 通過PID控制器運(yùn)算控制變頻器輸出來調(diào)節(jié)加藥泵的轉(zhuǎn)速, 從而有效地控制加藥量。爐水磷酸鹽加藥控制方案如圖3所示。

圖3 爐水磷酸鹽加藥控制方案

3 技改措施

3.1 污水自動取樣改造

使用過程中發(fā)現(xiàn)污水COD分析儀數(shù)據(jù)波動較大、準(zhǔn)確性較低、故障率較高。研究后發(fā)現(xiàn)由于污水綜合調(diào)節(jié)池是6 m深的半地下結(jié)構(gòu), 經(jīng)過2次過濾后測量, 也不能完全除去水中的雜質(zhì)及懸浮物, 這對儀器的備件消耗及測量準(zhǔn)確性產(chǎn)生嚴(yán)重影響, 并且由于潛水泵在池底被長期的腐蝕, 導(dǎo)致電纜密封圈泄漏進(jìn)水燒壞潛水泵繞組無法工作。根據(jù)現(xiàn)場情況, 設(shè)計了1套以蠕動泵代替潛水泵并帶有反沖洗、反吹掃的自動取樣系統(tǒng)來降低COD測量過程中的干擾因素, 現(xiàn)階段運(yùn)行半年, 基本穩(wěn)定。改造措施如圖4所示。

圖4 污水取樣預(yù)處理改造措施

3.2 脫鹽水硅表改造

脫鹽水1臺硅表測量4套混床, 另1臺測量2套陰床及外送水, 每臺硅表能夠?qū)崿F(xiàn)4路自動切換測量, 正?；齑布巴馑椭禐?0μg/L, 陰床值為100μg/L。長期運(yùn)行發(fā)現(xiàn)外送硅含量測量值一直高于正常值, 且儀器運(yùn)行無故障, 后分析由于外送水樣在測量階段水樣清洗時沒完全清凈陰床測量, 存留少量水樣, 因而產(chǎn)生干擾, 導(dǎo)致測量值偏高?？紤]因1個測量點(diǎn)而單獨(dú)采購1臺硅表成本高, 而硅表測量不準(zhǔn)導(dǎo)致系統(tǒng)運(yùn)行故障損失更是慘重。根據(jù)工藝運(yùn)行規(guī)律, 混床C套與混床D套1用1備, 現(xiàn)將2套混床并用于一路, 騰出一路用于外送測量, 同時在2套混床取樣管線各自增加1液位檢測器及電磁閥, 通過液位監(jiān)測控制電磁閥切斷測量。改造后, 解決了外送硅含量測量不準(zhǔn)問題。硅表改造措施如圖5所示。

圖5 硅表改造措施

3.3 汽水取樣系統(tǒng)改造

爐水取樣在540℃、0.4 MPa下進(jìn)行, 因此分析儀在測量之前首先進(jìn)行2次降溫減壓控制, 但在調(diào)試運(yùn)行一段時間后, 發(fā)現(xiàn)水樣測量溫度一直超過40℃, 導(dǎo)致p H值、電導(dǎo)率等分析儀測量誤差大, 消耗成本較高, 更換周期短, 同時對鍋爐系統(tǒng)的運(yùn)行存在潛在危險。針對該情況, 對汽水取樣系統(tǒng)加以整改, 增加了恒溫冷卻系統(tǒng), 在渦旋壓縮機(jī)內(nèi)充R22制冷劑, 通過R22制冷劑的蒸發(fā)吸熱原理將監(jiān)測的水樣穩(wěn)定在25℃左右, 保證了化學(xué)儀表的在線測量準(zhǔn)確性?，F(xiàn)投用水樣溫度在25~28℃內(nèi)較穩(wěn)定。汽水取樣裝置改造措施如圖6。

圖6 汽水取樣改造措施

4 結(jié)語
煤化工污水處理及熱電鍋爐系統(tǒng)在線水質(zhì)分析儀, 對工藝流程的安全、節(jié)能、環(huán)保運(yùn)行起到極其重要的作用。在線水質(zhì)分析儀的選型應(yīng)綜合考慮工藝監(jiān)測要求、介質(zhì)特性、儀表精度、穩(wěn)定性、維護(hù)量、價格成本等因素, 應(yīng)重視在線水質(zhì)分析儀的日常保養(yǎng)、維護(hù), 進(jìn)一步提高儀器的完好率與準(zhǔn)確率。

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