花少君

（中国瑞林工程技术有限公司,江西南昌330031）

工业pH计在钠法脱硫工艺中的应用

花少君

（中国瑞林工程技术有限公司,江西南昌330031）

以某造纸厂的自备燃煤锅炉烟气脱硫项目为例，结合钠法脱硫工艺特点,针对工业pH计的组成及测量原理,讨论了pH计在该工艺过程应用中的选型、安装方式、存在的问题以及使用过程中的维护。工业pH计作为工业过程在线分析仪表,在具体应用中，应根据应用工况,综合考虑安装维护的便捷性、综合经济性和使用的可靠性,选择合适的pH计。

钠法脱硫；pH计；传感器;选型；安装；维护

工业pH计已广泛运用于冶炼、化工、废水处理及环境保护等领域中，对指导过程控制和企业成本控制等方面有着较重要的作用。本文将结合某造纸厂自备燃煤锅炉烟气脱硫项目，就工业pH计在钠法脱硫工艺中的应用进行讨论。

1 钠法脱硫工艺流程

钠法脱硫工艺是众多烟气脱硫工艺中的一种[1]，是采用一定浓度的NaOH溶液作为脱硫剂与烟气中的 SO2反应，NaOH溶液吸收 SO2并生成副产物Na2SO3和NaHSO3。吸收过程主要为以下两步：

由上可以看出：反应（1）中生成的Na2SO3仍具有脱除SO2的能力，但反应（2）生成的NaHSO3则不再具有脱除SO2的能力，故烟气脱硫后的产物是NaHSO3和Na2SO3溶液混合物。

2 pH计的应用

从钠法脱硫工艺流程可以看出NaOH溶液作为脱硫剂是消耗品，外购成本较高，一般企业是难以接受的，企业要使生产效益最大化，需要通过检测脱硫反应后溶液的pH值来调节和控制NaOH溶液的添加量，在保证脱硫效率的基础上降低生产成本。由此pH值的检测在该工艺过程控制中特别重要。

某造纸厂的自备燃煤锅炉烟气脱硫采用钠法脱硫工艺，外购一定浓度的NaOH溶液储存在碱液槽罐中，然后通过碱液添加泵送至脱硫塔，吸收烟气中的SO2，得到Na2SO3和NaHSO3等混合溶液。图1为该厂钠法脱硫工艺流程。

图1 钠法脱硫工艺流程

由图1可以看到：外购的碱液储存在NaOH碱液储槽，由碱液添加泵送至脱硫塔内，通过调节脱硫塔内循环浆液pH值，控制送入脱硫塔的碱液流量。 pH值控制由脱硫系统出口烟气中的SO2浓度反馈调节，通过检测SO2浓度信号趋势，当出口烟气中SO2浓度较低时，可适当调低pH的设定值，当出口烟气中SO2浓度较高时，则可适当调高pH设定值。运行后脱硫系统的pH控制值设定在一个稳定的范围，由DCS控制系统实现自动调节：pH升高，则调节阀关小，减少碱液流量；pH降低，则调节阀开大，增加碱液流量。下面结合工程实践，讨论pH计在工程中的应用。

2.1 工业pH计的组成及原理

工业pH计是以电极电位法为原理的在线pH值测定仪，由传感器和转换器（也叫变送器）两个部分组成，通过专用连接电缆将传感器与转换器相连[2]。传感器一般由指示电极、参比电极组成。当被测溶液流经传感器时,电极和被测溶液就形成一个化学原电池，两电极间产生一个原电势，该电势的大小与被测溶液的pH值成对数关系，将被测溶液的pH值转变为电信号。转换器由电子部件组成,其作用是通过专用连接电缆将电极检测到电信号放大，并转换为标准信号输出。

2.2 pH计选型

通过pH计组成可以看到,传感器是pH计最重要的组成部件,是与工艺介质直接接触的。在工业应用中，传感器的选型至关重要。选型时首先应详尽了解被分析对象的工艺过程、介质特性、应用的环境。其次应该注意所选用的pH计的技术要求应能满足被分析介质的操作温度、压力和物料性质。

本工程中脱硫反应后介质为Na2SO3和NaHSO3等混合溶液，溶液偏酸性，有较强的腐蚀性，较易结晶等性质，工况温度为55℃左右，压力为0.2 MPa左右。由钠法脱硫工艺反应方程式可以看到：Na2SO3和NaHSO3溶液能适应于吸收与再生循环反应，所以反应后的浆液不会像其他湿法脱硫工艺中出现结垢等情况。

综合上述工况，本工程中pH计的传感器选用复合型传感器，即传感器集成了指示电极，参比电极以及测温元件等。传感器外壳材质则考虑哈氏合金或更高一档材质。复合型传感器有以下特点：1）采用聚四氟乙烯（PTFE）环状隔膜，抗污染，抗阻塞；2）采用夹有KCL的聚合塑料基体，即固体电解质代替液体电解质，使参比电极的耐压能力大为提高。3）包含的测温元件，使pH计具有温度补偿装置。

转换器选型，首先要考虑匹配已经选定的pH计传感器，即传感器输出的mV电压信号，需经过转换器识别并放大计算转换为相应的pH值，同时输出标准信号。由于是电子元器件组成，转换器要考虑供电，接地以及防护等级等方面要求，本项目pH计转换器为220 VAC供电电源，接地考虑在仪表配电柜内一侧接地。由于户外安装，转换器的防护等级选为IP66，并对转换器加装了防护罩。

2.3 传感器安装方式

pH传感器有3种常规安装方式：浸入式、流通式和插入式。脱硫工程中常用的为流通式和插入式，下面就这两种安装方式结合本工程进行讨论。

流通式pH传感器一般安装在工艺介质测量支管内，仪表上下游装有隔离阀，如图2所示[2]。该安装方式pH电极基本上受冲刷磨损较小，但是要保证旁路管中充满液体，并且不能选择有测量滞后的点做安装测量点，不足之处是取样管易堵塞，测量管路较复杂。

图2 流通式pH计传感器安装示意

插入式pH传感器不需要测量支管，结构相对简单，它直接通过密封材料和一个隔离阀门插入到介质中。如图3所示[3]。插入式安装方式可斜插于竖直管或者立式插于水平管上，安装时应注意，不要让测量电极附近存在气泡以免影响测量的真实性。并且插入的探头不宜置于管中心高流速处，因流体冲蚀易磨损探头和数值漂移，探头应置于流体边缘又始终能接触到流体。结构虽简单，但安装要求高，如果电极插入主管路内，电极极易磨损且影响其使用寿命。

图3 插入式pH计传感器安装示意

以上2种安装方式各有优缺点。本工程中,pH传感器是采用插入式安装方式,但为了克服插入式的缺点,没有选择安装在循环浆液的管路中，而是考虑直接把pH传感器安装于脱硫塔塔壁处，即将pH电极直接从脱硫塔的侧壁斜插入脱硫塔内,这样可以避免安装在管道内被流体冲刷。但是选择此种安装方式，必须保证塔内液面始终高于安装口,这样pH电极才能始终浸没在检测液面以下,如图4所示。

图4 pH计在塔壁上安装示意

2.4 存在的问题

本工程采用了图4的安装方式，虽然避免了管道流体冲刷电极的影响，但是同样存在一些问题。比如：在检修维护pH电极时，需要把脱硫塔液面降至安装接口以下，才能方便将电极拔出。否则，拔出过程中将会使脱硫塔内介质喷出。尽管图中加装了一个隔离阀门，从理论上可以通过开闭这个阀门来控制住塔内介质的喷出，而不用将脱硫塔液面降至安装接口以下，但这需要操作维护人员相当熟练，做到电极拔出同时关闭阀门的协调同步性。从现场使用维护情况来看，效果并不理想。

2.5 pH计的维护

pH计需要定期维护[3]，维护周期视工况而定，一般每3个月用标准液校准1次。标定时候，需要将电极浸泡在氯化钾溶液15 min左右,拿起之后用蒸馏水将探头冲洗干净,再放置于标定液中进行标定。本工程停车检修期,脱硫塔内的溶液全部排空,维护人员未及时将电极从塔内拔出，使其浸泡在缓冲液中，致使再次运行期间，出现了pH测量不准、漂移等现象。故定期正确维护对用好pH计是很重要的。

另外，变送器最好安装于仪表保护箱内，如果没有，至少需要加装遮阳罩。

3 结束语

工业pH计作为工业过程在线分析仪表,设计选型固然重要,但最终运用的好坏,还要看日常使用过程中的维护情况。在脱硫环保等行业中,介质工况比较复杂、恶劣，对于pH计有着相当高的要求。在具体应用中必须要全面了解相应的工况,同时考虑日后安装维护方便,综合经济性与可靠性相结合的原则,选出合适的pH计。

[1] 徐宝东.烟气脱硫工艺手册[M].北京：化学工业出版社，2012.

[2] 程永新.pH计在湿法烟气脱硫工程中的布置及优化 [J].湖北电力，2009（6）：72-74.

[3] 王 森，符青灵.仪表工试题集—在线分析仪表分册[M].北京：化学工业出版社，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，工程师，主要从事仪表自动化方面工作。