李子龙

(大唐国际发电股份有限公司 张家口发电厂，河北 张家口 075133)

1 引言

PH测量装置主要用于脱硫石膏浆液PH的测量，它对脱硫系统的效率、安全具有一定的指导意义。较高的pH值意味着浆液中石灰石的浓度很高，有利于SO2的吸收，可以提高脱硫效率。但PH值过高，会造成H+浓度的降低，Ca的析出越来越困难，浆液容易结垢，堵塞泵和管道，。此时SO2与脱硫剂的反应不彻底，既浪费了石灰石，又降低了石膏的品质。PH值过低，影响脱硫效率。一般情况下，控制吸收塔浆液的pH值在5.4～5.5，能使脱硫反应的Ca/S(物质的量)保持在1.02左右，获得较为理想的脱硫效率。由此可见，准确的测量PH对脱硫系统的正常、高效运行显得尤为重要。

2 情况简介

张家口电厂(以下简称该厂)脱硫采用湿法脱硫，PH测量系统由电极和变送器构成，分别使用E+H和ABB公司生产产品，产品用以测量脱硫石膏排出泵出口浆液PH值。PH计电极的工作原理是建立一个对所测量溶液的氢离子活度发生变化做出反应的电位差。把对pH敏感的电极和参比电极放在同一溶液中，就组成一个原电池，该电池的电位是玻璃电极和参比电极电位的代数和。E电池=E参比+E玻璃，将测量信号放大，使其足以推动标准毫伏表或毫安表。PH计变送器通过计算，得出PH数值。脱硫每台机组安装两支PH计电极，电极安装在石膏排出泵出口，可通过PH入口门进行隔离，管道接入工艺水进行PH电极冲洗，冲洗水可通过冲洗水门进行控制。

3 运行现状及存在问题

1-8号机组PH电极自投运以来，缺陷频繁发生，针对此问题，热控专业对PH电极做出统计:2012年7月17日至2012年10月10日采购及使用情况进行统计，该厂PH计电极在85天内，共更换21支，每支平均价格6200元，约合13万元，折合一年需56万元(以上费用仅为电极，未统计变送器、测量筒)。对1-8号机组PH计电极使用寿命统计，并调研大唐国际锦州热电、华润梧州电厂、沈煤集团阜新电厂PH计使用寿命，三个电厂平均寿命为170天，如果该厂可以达到此标准，每年每台机更换4.5支，1-8号机组全年消耗36支，费用为22万元，仅PH计电极即可节约费用34万元。如果以锦州热电为例，改为每台机一支电极，使用ABB产品(锦州热电)，每台机消耗2支，全年电极消耗16支，全年消耗费用8.7万元，节约费用47.3万元。

4 现状分析

4.1 PH计安装及运行工况对电极寿命的影响

该厂脱硫系统石灰石、石膏浆液含有氯离子，粘度大，且极易结垢，对PH电极冲刷、腐蚀很厉害，目前该厂每台机使用两支PH计电极，安装在石膏排出泵出口，两支电极串联。每台机两台石膏排出泵，运行时每台石膏排出泵入口压力为80KPa，石膏排出泵扬程为60m，因此每台排出泵出口压力约为0.7Mpa，而PH计工作的临界压力为0.8MPa，PH计电极的长期超压运行势必造成寿命的衰减，而且压力的增大导致流速增加，并且该厂石膏浆液存在含颗粒物杂质情况，加剧了对电极的冲刷，缩减了使用寿命，甚至损坏电极。10月10日，8号机组PH1电极泡因浆液内含颗粒物杂质而被打破。

4.2 运行维护不当对电极寿命的影响

4.2.1 运行期间未定时冲洗

石灰石浆液粘度大，浆液粘附在电极上影响测量的准确性，且加剧电极的冲刷，因此电极必须进行定期冲洗，该厂脱硫PH测量系统具备定时冲洗功能，程序如下:(1)关闭PH计入口电动门;(2)打开PH计冲洗水电动门;(3)关闭PH计冲洗水电动门;(4)打开PH计入口电动门。

DCS画面中设置程控投切操作端，我们截取#5、#6机组7月20日至8月20日PH计电极冲洗程控投入曲线，从曲线中可以看出，5、6号机至少半个月未投入程控冲洗，电极一直处于恶劣的工作环境中，不能得到及时清洁，势必影响电极的寿命。1-8号机组均存在此类现象。

4.2.2 PH计的定期标定执行不到位

工业在线PH计使用一段时间后，会有电极不对称现象，造成电位发生很大改变，影响测量准确性，另外PH计电极属于插入式安装，日常巡检看不到电极磨损情况，定期标定工作也是检查PH计电极劣化程度的方法之一，因此定期标定校准显得尤为重要。查阅该厂PH定期工作工作票，无定期标定校验记录。因此定期标定工作执行不到位也是造成设备频繁损坏的因素之一。

4.2.3 脱硫系统停运处理

PH计在系统停运时，要及时将电极取出，至于蒸馏水或药液中保存，不能长时间暴露于空气中，防止氧化。8月29日，#7机组两支电极均失效，失效原因为7号机组停备，电极未使用氯化钾药液或蒸馏水浸泡，导致电极氧化失效。

4.2.4 产品可靠性差

如表三列出，#4、#5、#6、#7机组所使用PH电极，寿命不超过40天的电极有9支，不超过30天的有7支，纵观该厂运行环境恶劣，但也说明PH电极可靠性差。

5 解决方案

基于该厂脱硫运行工况和以上存在的问题，自动化专业特成立了PH电极攻关小组，经过查阅曲线、调研、分析，针对该厂现状共提出以下三套解决方案:

5.1 方案一

该厂目前PH计电极安装于石膏排除泵出口管道上，泵出口压力过高，冲刷电极严重，可以借鉴锦州热电经验，将PH计电极由石膏泵出口安装改为自流式。

在吸收塔底部一定高度开孔取样，吸收塔液位高度H1、取样孔高度H2，H=H1-H2，因此会形成压差，致使浆液流入取样管，流速将会大大降低，减少浆液对PH计的冲刷。

5.2 方案二

PH计电极插入保护套管中，电极前端的玻璃管穿过保护套管，长时间冲刷容易造成磨损，甚至导致玻璃泡打破。改为使电极略短于保护套管，避开浆液的正面冲击，可延长使用寿命。且不影响测量的实时性。

目前PH电极安装在石膏排出泵出口管道的测量筒上，我们将测量筒结构进行改进，改进结构，在测量筒内部增加引流板，引流板由两块不锈钢板焊接而出，石膏浆液流入测量筒后，浆液冲刷引流板后流向发生变化，浆液中较大的颗粒和杂质因重力大，撞击到引流板后产生较大的向下的力，使其沉入测量筒底部，最终随浆液流出测量筒，即可保护电极免受颗粒物的撞击而毁坏。引流板与测量筒底部间隙较小，起到节流作用，使浆液的流速增加，压力降低，最终会在引流板的出口处形成旋转流，旋转流冲刷电极，电极即可测量当前的PH值，可以防止浆液及其中颗粒直接冲刷PH电极，具有保护PH电极作用，大颗粒喷射到挡板上，经过反作用力沉入浆液底部，挡板与管道底部逐渐收缩，起到节流作用，浆液在出口形成旋流进入测量筒上半部份，进入测量筒上半部分的浆液基本不含大颗粒杂质，流速低且不影响测量的实时性，冲洗水管正对电极，保证电极冲洗的效果。进而提高PH测量装置的可靠性。

方案比较:

优点 缺点方案一通过改为自流式可从根本上降低浆液流速，避免电极的冲刷并且已有锦州热电、陡河成功案例需在吸收塔上开孔，并且改变冲洗水管道和PH电极入口电动门安装位置。工程量较大方案二只需延长保护套管或增高孔板即可，可以减少浆液直接冲刷属于被动防护，不能从根本上解决流速快的问题，长时间的运行，保护套管容易被磨损，且影响测量的实时性与准确性方案三无需开孔，只需在现有基础上加工测量筒即可，属该厂首创需经过流体力学的理论计算和试验

综合以上三种方案比较，我们选择了方案三，并在设备管理上做了以下工作:

(1)完善运行维护制度

a、冲洗在一定程度上决定PH计的使用寿命，该厂PH入口门及冲洗门均为智能电动门，程控逻辑正确，设备及冲洗策略优于其他厂(宣热需手动冲洗)，因此要求运行时必须投入程控，当程控步序异常时，立即检查处理，并根据处理时间对电极采取保护措施，避免失效。

b、严格执行脱硫设备维护保养制度，每周对PH计进行标定校验。加强日常巡检力度，建立PH计运行、维护、缺陷台账，将PH计运行情况数据化。

c、加强管理力度，避免出现7号机组停备，PH电极未按规定浸泡现象。

(2)建立PH物资台账，购买产品均需进入台账，点检员负责验收设备，核对产品出处，保证产品质量。

6 结束语

该厂将改进后的测量筒安装在8号机组PH1上试用，自2012年12月3日试用至今(4月6日)，测量值与PH2进行比对，并无差异，且投运至今无损坏，寿命已超过120天，既保证了测量的实时性、准确性，又提高了设备的使用寿命和可靠性，节约了资金，攻克技术难关，经论证，值得在1-8号机组进行推广。