煤化工项目中的在线水质分析仪主要应用在水处理及热电锅炉系统, 其适用性对装置的安全、节能、环保运行极其重要。论述了煤化工在线水质分析仪的选型原则, 结合工程实例介绍了pH值与电导率分析仪、溶解氧与浊度分析仪、COD与NH3-N分析仪等在线水质分析仪的选型, 并结合现场实际应用中存在的问题, 提出了改造措施。

在线水质分析仪能够实时监测水质变化并及时远传至DCS系统, 提高测量的稳定性及工艺的可操作性, 同时降低传统离线实验室测量过程中由于运输过程影响而导致的测量误差, 减少人工维护量。煤化工工艺水质污染程度高、控制要求严格, 为了降低设备运行安全风险及环境污染, 在线水质分析仪得到了广泛应用。本文就煤化工在线水质分析仪的选型原则进行论述, 介绍煤化工水处理及热电锅炉系统在线水质分析仪选型, 并结合现场实际应用中存在的问题, 提出了改造措施。

1.在线分析仪的选型

煤化工热电锅炉系统对于给水p H值、DO、电导率要求较高, 是保证热电系统安全、经济运行的重要保障, 而煤化工工艺污水污染严重、颗粒物较多、高COD、高NH₃-N, 准确地测量其值为减少工艺管道腐蚀、结垢及达标排放奠定基础。针对上述工艺特点, 在线分析仪的合理选型尤为关键。在线水质分析仪的选型原则主要通过工艺监测要求、介质特性、仪表精度、稳定性、维护量、价格成本等因素考虑。选型范围为性价比较高、满足现场使用、得到行业认可的国外及国内品牌。

1.1 p H值与电导率分析仪

p H值是以电极电位法原理测量水样中的酸碱度, 主要监测脱盐水外送、废水中和、锅炉给水等。选型时通过比较p H探头的应用环境、使用周期、测量准确性、价格成本、玻璃电极耐腐蚀性等进行综合考虑, 现场污水系统选择E+H CPS系列复合电极, 热电系统选取HGY2018系列电极。

电导率是监测溶液的导电度, 主要监测精制水外送、蒸汽冷凝液、锅炉给水等。对于精制水控制范围一般在0~10μS/cm, 炉水控制在0~60μS/cm, 因此通过比较电导表的测量精度、应用条件、测量稳定性及维护成本, 精制水选择Hach 8362系列, 炉水选择了国产2022系列。

1.2 DO与浊度分析仪

DO分析仪是通过测量水样中溶解分子态的O₂经过膜扩散与电极产生电流的原理。锅炉除氧器给水DO控制精度高, 在0~20μg/L, 污水SBR池水质较差、成分复杂、对DO电极损耗较大, 由于溶解氧测量值参与加药系统控制, 借鉴相关工厂经验及厂家业绩, 选择的是E+H Oxymax隔膜渗透型的DO电极及配套CM442变送器测量, 同时CM442变送器具有多参数测量, 可同时显示p H值、DO值, 起到了公用监测显示, 降低了使用成本。

浊度分析仪是通过测量入射光在水样悬浮散射与入射光成90°的吸收光被光电池检测强度的原理。Hach 9210浊度仪得到了业界的认可, 测量稳定、精度高、维护量少、且其易耗件光源灯价格较便宜。

1.3 COD与NH₃-N分析仪

COD、NH₃-N是监测水质污染及环保外排指标重要参数, 同时也是污水行业应用难题, 主要有分光度比色及紫外吸收照射法2种原理, 分光度比色法需要配制试剂参与反应测量, 容易产生二次污染、维护量较大、仪表稳定性及重复性一般, 属于国标测量方法, 而紫外吸收法可直接插入管道测量、无需专门维护、减少维护成本及污染源, 但不属于国标法。针对现场工艺, 选择了2套SysteaμMAC分光度法和2套Hach Uvas紫外吸收法应用于COD现场测量, 3套Systea分光度比色法用于NH₃-N现场测量。Systea系列产品稳定性较好、维护简单、对于污水的抗干扰能力较强、仪表运行周期较长。Hach Uvas紫外技术正被逐渐地推广使用, 整体使用情况较好, 满足现场工艺需求。

1.4 硅酸盐与磷酸盐分析仪

硅酸盐与磷酸盐分析仪的测量原理较为相似, 都是使用钼酸盐分光比色法测量, 分别应用于测量脱盐水及炉水盐离子含量。由于盐离子对设备管道的腐蚀较为严重, 为了提高生产安全性, 对2种盐酸根测量精度要求比较高, 同时为了节约成本, 需1台仪器可以实现多路自动切换测量, 根据工艺特点的需求, 同时考虑到仪器的选型尽量统一, 为日后厂家的指导与维护提供了方便, 选择了2套Hach 9210硅表及2套磷表测量仪并根据测量值参与加药系统控制, 此分析仪准确、稳定、重复性都比较好。

2 加药系统典型控制方案

2.1 污水SBR池加药控制方案

污水SBR池运行需要投加碳源及曝气提高微生物的分解代谢作用, 经过不断地优化设计, 现阶段根据NH₃-N及DO测量值通过DCS系统PID闭环整合调节甲醇加药量及曝气风机曝气量, 减少了运行成本。通过查阅设计资料及废水处理工艺操作流程, 得知甲醇加药量公式如下:

 

式中:C_m———甲醇投加量, mg/L;

No———厌氧初始NO₃-N质量浓度, mg/L;

Ni———厌氧初始NO₂-N质量浓度, mg/L;

DO———厌氧初始溶解氧质量浓度, mg/L。

甲醇投加量控制方案如图1所示, 曝气风机曝气量控制如图2所示。

 

图1 甲醇投加量控制方案

 

图2 曝气机曝气量控制方案

2.2 锅炉除氧器及炉水加药控制方案

为了确保锅炉的给水品质, 需要加联氨控制给水p H值在8.8~9.3内, 防止由于p H值过低或过高引起管道腐蚀;同样, 为了保证炉水品质, 需要投加磷酸盐控制PO₄质量浓度在2~8 mg/L, 以去除炉水中Ca、Mg等阳离子。

因此, 分别设计1套以给水p H值及炉水PO₄为目标值, 通过PID控制器运算控制变频器输出来调节加药泵的转速, 从而有效地控制加药量。炉水磷酸盐加药控制方案如图3所示。

 

图3 炉水磷酸盐加药控制方案

3 技改措施

3.1 污水自动取样改造

使用过程中发现污水COD分析仪数据波动较大、准确性较低、故障率较高。研究后发现由于污水综合调节池是6 m深的半地下结构, 经过2次过滤后测量, 也不能完全除去水中的杂质及悬浮物, 这对仪器的备件消耗及测量准确性产生严重影响, 并且由于潜水泵在池底被长期的腐蚀, 导致电缆密封圈泄漏进水烧坏潜水泵绕组无法工作。根据现场情况, 设计了1套以蠕动泵代替潜水泵并带有反冲洗、反吹扫的自动取样系统来降低COD测量过程中的干扰因素, 现阶段运行半年, 基本稳定。改造措施如图4所示。

 

图4 污水取样预处理改造措施

3.2 脱盐水硅表改造

脱盐水1台硅表测量4套混床, 另1台测量2套阴床及外送水, 每台硅表能够实现4路自动切换测量, 正常混床及外送值为10μg/L, 阴床值为100μg/L。长期运行发现外送硅含量测量值一直高于正常值, 且仪器运行无故障, 后分析由于外送水样在测量阶段水样清洗时没完全清净阴床测量, 存留少量水样, 因而产生干扰, 导致测量值偏高。考虑因1个测量点而单独采购1台硅表成本高, 而硅表测量不准导致系统运行故障损失更是惨重。根据工艺运行规律, 混床C套与混床D套1用1备, 现将2套混床并用于一路, 腾出一路用于外送测量, 同时在2套混床取样管线各自增加1液位检测器及电磁阀, 通过液位监测控制电磁阀切断测量。改造后, 解决了外送硅含量测量不准问题。硅表改造措施如图5所示。

 

图5 硅表改造措施

3.3 汽水取样系统改造

炉水取样在540℃、0.4 MPa下进行, 因此分析仪在测量之前首先进行2次降温减压控制, 但在调试运行一段时间后, 发现水样测量温度一直超过40℃, 导致p H值、电导率等分析仪测量误差大, 消耗成本较高, 更换周期短, 同时对锅炉系统的运行存在潜在危险。针对该情况, 对汽水取样系统加以整改, 增加了恒温冷却系统, 在涡旋压缩机内充R22制冷剂, 通过R22制冷剂的蒸发吸热原理将监测的水样稳定在25℃左右, 保证了化学仪表的在线测量准确性。现投用水样温度在25~28℃内较稳定。汽水取样装置改造措施如图6。

 

图6 汽水取样改造措施

4 结语
煤化工污水处理及热电锅炉系统在线水质分析仪, 对工艺流程的安全、节能、环保运行起到极其重要的作用。在线水质分析仪的选型应综合考虑工艺监测要求、介质特性、仪表精度、稳定性、维护量、价格成本等因素, 应重视在线水质分析仪的日常保养、维护, 进一步提高仪器的完好率与准确率。

文章引述资料来源：中国知网。登载此文出于传播更多信息之目的，并不意味证实其描述，或赞同其观点，文章内容仅供参考。