杨光 葛智强

摘要：工厂水处理装置采用一台在线浊度计测量膜渗透产水单元产品的浊度参数，该仪表采用的是rosemount ClarityⅡ浊度分析仪，仪表投用至今已有三年多时间，近期在测量过程中出现周期性波动的情况并且超过工艺控制指标，通过对工艺工况分析以及仪表运行状态的监测，最终判定造成测量值波动是传感器光源处产生气泡所引起的，气泡改变了散射光的强度，从而影响了测量值。本文论述了仪表故障原因和处理问题的过程，最终锁定引起仪表测量波动的根本原因并通过切实可行的方法对仪表进行局部改进，最终消除了仪表故障，取得了良好的运行效果。

关键词：浊度;气泡;在线仪表;散射光

水处理装置膜渗透产水单元生产高纯水，在产品管道上采用一台rosemount ClarityⅡ在線浊度分析仪对产水的浊度参数进行监控，仪表量程0～5NTU，控制指标0.5NTU。仪表已投运三年多时间，工艺人员反应该仪表出现波动情况，测量值超过控制指标，通过对该表的运行趋势进行查看，该表在超标前一段时期内就已经开始出现小幅的波动，只是没有超过控制指标。如下图所示。

对于该表出现超标的情况，最初认为产生波动的原因可能有两点，一是仪表维护校准周期较长，有可能是传感器老化引起的误差，需要校准仪表。二是工艺介质实际参数存在变化，仪表测量值是真实数据。通过对仪表校准检查，仪表在正常投用一段时间后，仍然出现波动超标情况。另一方面对工艺运行参数的趋势进行对比，工艺参数并没有大的调整，最终没有找到测量值波动、超标的原因。为了尽快解决问题，从工艺介质、仪表自身两个方面重新进行了分析。

1 波动原因分析

1.1工艺、仪表两个方面查找原因

从工艺介质方面入手进行分析，初步判断引起波动的原因是工艺因素还是仪表因素造成的。为了取得更准确的测试效果，将仪表的取样管路以及仪表测量池等进行清洗，避免外部干扰因素影响。准备就绪后将工艺介质引入仪表进行测量，待介质置换完成，测量值稳定后关闭进样阀门，如果仪表运行正常，之后仪表测量的参数只会比现测量值更低。经过一段时间观察后发现仪表的测量值出现了如下图的变化过程。即使没有样品流入，仪表的参数也发生了改变并且超标。

通过这个测试，可以判断仪表测量值波动是仪表自身原因引起的，排除了工艺因素。

1.2 仪表引起测量值波动的原因分析

该台仪表rosemount ClarityⅡ 采用的是散射光测量原理，具有低散射光，高稳定性、有效消除气泡等性能特性。仪表测量系统包括变送器、传感器、流通池三个部分组成。传感器采用可见光光源，流通池采用消除气泡结构设计。

为了进一步查找原因，对仪表进行无介质测量，清空流通池内工艺介质，通过测试仪表测量值非常稳定，维持在一个很低的数值上，并没有出现数值波动的现象。从而说明该仪表的传感器和变送器部分是没有故障的，测量值出现波动是在工艺介质进入到流通池后发生的现。结合仪表在介质静止情况下的测量趋势进行分析，如下图所示

通过上图可以看出，在①的位置仪器测量值处于正常状态，在②的位置仪表数值开始慢慢增长，直到达到最大值，然后突然从最大值降到最小值③的位置。从仪表的测量原理上分析，只有当传感器接收单元接收到的光强发生变化时仪表数值才会产生改变，之前做过的测试已经排除仪表传感器本身的故障因素，也排除了工艺介质的影响因素，所以目前判断仪表数值发生上述①②③变化的原因是因为在传感器光源处或接收器端产生了影响光强信号的因素。

基于以上对故障原因的判断，将仪表置于静态介质下测量观察，观察传感器光源处以及测量池内的初始状态，当仪表测量值发生变化处于②的增长状态时再次检查测量系统的变化，这时打开流通池上盖，发现在传感器光源附近产生许多小气泡附着在光源和接收端附近，在流通池内壁和介质中并没有发现固体悬浮物和气泡。清除传感器端面上的气泡后，仪表测量值又能恢复到①的测量值状态，反复几次测试后，证实仪表数值波动就是由于光源处产生气泡导致。下图是传感器结构图。光源和接收端处于一个端面上，并且距离较近，当形成气泡后就会覆盖到光源周围，改变了光源和接收端的光强。

通过该表的说明手册可以了解到该仪表在设计过程中已经考虑到防止气泡产生及附着手段，如采用低流速的样品缓冲池、传感器及流通池均采用高密度、表面光滑度高的材质减小表面张力，防止气泡附着。另外仪表的流通池是消气泡设计，采用小流量进入，下小上大的空间设计，在实际使用过程中，当水样到达传感器附近时流速非常低，避免样品剧烈流动、节流而产生气泡。传感器在相对恒定的温度环境下使用几年后，由于材质的老化等因素使得传感器表面张力增大更容易吸附气泡，从而对测量产生影响。通过观察可以发现该传感器的设计光源采用普通光源，在工作过程中产生热量，传感器表面发热使光源附近水中溶解的气体加剧析出形成气泡并聚集在一起，当气泡产生、聚集、变大，最后由于浮力的作用脱离传感器，这一过程与仪表运行趋势所反映的现象完全符合。

2  寻找及论证解决方案

通过测试已经找到该仪表测量波动的原因，首先从改变传感器表面的属性或者更换传感器的方式解决问题。站在使用者的角度，最好的方法就是更换传感器，但从备件储备的周期性及经济成本考虑，需要找一个解决方案使该表得以继续使用。

考虑到气泡的产生以及脱落是一个累积的过程，并且只在光源附近产生，如果在光源附近施加一个外力将气泡驱除仪表就可以正常测量。气泡附着在传感器外壁的张力很小，消除气泡是不需要很大外力，最后决定利用样品的流动的冲击力去消除气泡是一个可行的方案。利用流通池通大气的一个管路，增加一根1/8”管线到传感器附近，使管线避开传感器的光照区域，使新增管线的出口侧对着光源处，然后将仪表测量的样品引入该管道，形成一个稳定的水流对光源区域进行吹扫，样品水质既不会影响测量又可以将光源附近行程的气泡吹掉，经过实践这种方法确实解决了仪表测量波动的问题。改造后仪表的测量值非常稳定，取得了良好的运行效果。

3  改造总结

对于该仪表出现的问题，在现实解决问题过程中要基于工艺工况和仪表本身的工作原理进行分析，逐步排除干扰因素，借助现有的条件以及工具，例如DCS系统的趋势可以轻松的分析仪表运行的测量参数变化过程，逐步找到故障的原因。在解决问题的过程中，利用便利的条件以及合理的方法达到要达到的目的。

对于该种仪表的设计原理及结构，也可以从改变光源形式和完善流通池结构来避免仪表问题的出现，如传感器采用冷光源，或者流通池在设计之初可以增加一条样品流路通道直通到传感器光源周围，投表后就形成一条水流冲洗传感器表面，即使出现本文论述中出现的材质老化，气泡产生问题，也不影响仪表的正常测量。

参考文献

[1] 王森.在线分析仪器手册—北京：化学工业出版社，2008.9

[2] Béla G. Lipták. Instrument engineers’ handbook. Rev. ed. of： Process measurement and analysis. c1995

[3] 仪表工习题集.现场仪表分册/纪纲.三版.北京：化学工业出版社，2015.1