劉奇(中海油東方石化有限責(zé)任公司，海南 東方 572600)

0 引言

某煉廠沒有自建除鹽水制取設(shè)備，生產(chǎn)所需除鹽水主要由全廠凝結(jié)水回收系統(tǒng)回收的凝結(jié)水和外購(gòu)除鹽水兩部分構(gòu)成?；厥諄?lái)的合格凝結(jié)水經(jīng)過(guò)除油除鐵處理后進(jìn)入除鹽水罐與外購(gòu)除鹽水混合，經(jīng)提升泵加壓、加氨調(diào)節(jié)pH后送至用戶使用，外送管線安裝有在線pH分析儀對(duì)水質(zhì)進(jìn)行監(jiān)控。在線儀表取樣管線直接從除鹽水外送管線上引出后，經(jīng)過(guò)DN8 mm不銹鋼管線引至流通池，利用在線分析儀對(duì)外送除鹽水的pH指標(biāo)進(jìn)行連續(xù)檢測(cè)，根據(jù)在線儀表檢測(cè)值調(diào)整加氨量來(lái)確保外送除鹽水pH值在工藝指標(biāo)范圍內(nèi)。但在線儀表檢測(cè)值與化驗(yàn)室取樣檢測(cè)值存在較大的誤差，且誤差值無(wú)規(guī)律、波動(dòng)較大。文章針對(duì)該現(xiàn)象進(jìn)行了現(xiàn)場(chǎng)實(shí)驗(yàn)和理論分析，從而確定引起該現(xiàn)象的原因。

1 裝置及運(yùn)行環(huán)境介紹

該煉廠建有凝結(jié)水站對(duì)全廠凝結(jié)水進(jìn)行回收處理，凝結(jié)水處理能力為100 t/h。回收來(lái)的高溫凝結(jié)水經(jīng)過(guò)熱量回收、除油除鐵處理后送至除鹽水罐，經(jīng)提升泵加壓送至用戶作除鹽水使用，不足部分由外購(gòu)除鹽水進(jìn)行補(bǔ)充。凝結(jié)水站安裝有洛陽(yáng)綠潮環(huán)?？萍加邢薰旧a(chǎn)的成套加氨設(shè)備，通過(guò)加氨對(duì)外送除鹽水pH值進(jìn)行調(diào)節(jié)，控制指標(biāo)在8.8～9.3之間。

回收來(lái)的凝結(jié)水溫度較高，經(jīng)過(guò)與催化裝置低溫?zé)崴M(jìn)行換熱，溫度降低為75 ℃左右。之后經(jīng)過(guò)超微過(guò)濾器和纖維吸附罐進(jìn)行除油除鐵處理，其水質(zhì)基本可以達(dá)到外送除鹽水水質(zhì)要求。因相關(guān)管線和儲(chǔ)罐都經(jīng)過(guò)了保溫處理，熱量損失較小，除油除鐵后的凝結(jié)水溫度仍較高。外購(gòu)除鹽水溫度為常溫，冬季環(huán)境溫度最低時(shí)其溫度也處于20 ℃以上，夏季天氣炎熱時(shí)，其水溫可達(dá)38 ℃。正常生產(chǎn)時(shí)回收來(lái)的凝結(jié)水總量約為85 m3/h，外購(gòu)除鹽水量約為35 m3/h，二者混合后溫度仍在65 ℃左右。

在線儀表取樣管線直接從外送除鹽水管線上引出，中間沒有經(jīng)過(guò)換熱而直接進(jìn)入pH探頭所在的流通池。取樣管線總長(zhǎng)度約為10 m,經(jīng)環(huán)境散熱后水樣溫度基本在45 ℃以上。流通池的樣品排出管線和進(jìn)水管線管徑一致，出口管線長(zhǎng)度為1.5 m左右。

2 生產(chǎn)中問(wèn)題介紹

正常生產(chǎn)期間，利用在線監(jiān)控儀表對(duì)外送除鹽水pH值進(jìn)行監(jiān)控，通過(guò)調(diào)整加氨量控制其pH值在8.8～9.3之間。全廠化驗(yàn)中心按計(jì)劃對(duì)外送水進(jìn)行取樣分析，以監(jiān)控水質(zhì)質(zhì)量。通過(guò)對(duì)比得知，用于指導(dǎo)生產(chǎn)調(diào)整的在線儀表檢測(cè)值與化驗(yàn)中心分析數(shù)值差距較大，不利用操作人員進(jìn)行生產(chǎn)調(diào)整。詳細(xì)結(jié)果如表1所示。

表1 外送除鹽水pH值化驗(yàn)結(jié)果與在線表檢測(cè)數(shù)值對(duì)比表

3 問(wèn)題分析

3.1 除鹽水相關(guān)知識(shí)

除鹽水一般是將新鮮水經(jīng)過(guò)一定的工藝處理，將水中的懸浮物、膠體和各種溶解鹽類除去后的水。一般工藝采用過(guò)濾、反滲透、電滲析和離子吸附等手段，將其進(jìn)行處理，使其達(dá)到企業(yè)的鍋爐水質(zhì)指標(biāo)。受成本影響，除鹽水中也會(huì)含有一定量的雜質(zhì)，所含雜質(zhì)越少，水的純度越高。根據(jù)除鹽水純度的高低，又分為蒸餾水、一級(jí)除鹽水、二級(jí)除鹽水和超純水。

為了防止除鹽水送水管道的腐蝕，需要將外送除鹽水pH值調(diào)整至堿性，具體數(shù)值由于鍋爐、管道材質(zhì)和鍋爐壓力的不同而有不同要求。一般來(lái)說(shuō)，低壓鍋爐要求大于7，中壓鍋爐控制在8.8～9.2之間，高壓鍋爐有銅系統(tǒng)在8.8～9.3之間，無(wú)銅系統(tǒng)在9.0～9.5之間。如果給水pH值超過(guò)9.3，會(huì)引起銅的氨腐蝕[1]。由相關(guān)文獻(xiàn)資料得出結(jié)論，處于最佳pH值時(shí)，給水含氨量一般在1～3 mg/L[2]。

3.2 pH檢測(cè)知識(shí)

pH值是表示水的酸堿度的指標(biāo)，水的pH值等于水中氫離子濃度的負(fù)對(duì)數(shù)。因化驗(yàn)中心人工分析不能對(duì)生產(chǎn)做實(shí)時(shí)監(jiān)控，在生產(chǎn)中一般用在線分析儀對(duì)外送除鹽水的pH值進(jìn)行連續(xù)測(cè)量，用以指導(dǎo)生產(chǎn)調(diào)整。化驗(yàn)中心對(duì)水質(zhì)pH值的測(cè)量采用玻璃電極法，化驗(yàn)中心所用pH計(jì)測(cè)量原理與在線pH計(jì)相同：pH分析儀的原理為電極比對(duì)法，儀表探頭一般由玻璃電極作為指示電極，由飽和甘汞電極作為參比電極，在25 ℃時(shí)，溶液中每變化1個(gè)pH單位，電位差改變59.16 mV[3]。由此電信號(hào)的變化，轉(zhuǎn)換得出所測(cè)溶液的pH值。

3.3 除鹽水pH值檢測(cè)影響因素分析

由相關(guān)文獻(xiàn)資料可知pH在線分析儀探頭所處環(huán)境的介質(zhì)流速、壓力和溫度均會(huì)對(duì)測(cè)量結(jié)果產(chǎn)生影響。裝置所用除鹽水由外購(gòu)除鹽水和回收來(lái)的凝結(jié)水混合所得，其中回收來(lái)的凝結(jié)水量占比約為四分之三。因此不能完全按照除鹽水的相關(guān)理論進(jìn)行考慮。為此進(jìn)行了如下分類分析。

3.3.1 流速影響

pH分析儀探頭電極基本為絕緣體，除鹽水中的離子含量基本為零也可看作絕緣體。當(dāng)除鹽水從探頭流過(guò)，會(huì)產(chǎn)生靜電，而pH分析儀的測(cè)量原理是將pH信號(hào)轉(zhuǎn)換為電信號(hào)后進(jìn)行測(cè)量，當(dāng)流速過(guò)大時(shí)，產(chǎn)生的靜電在電極表面產(chǎn)生薄膜電動(dòng)勢(shì)，會(huì)影響測(cè)量結(jié)果。

現(xiàn)場(chǎng)的pH測(cè)量流通池為后期自制，其管線為DN50 mm碳鋼管。而取樣管線為DN8 mm不銹鋼儀表風(fēng)管，且正常運(yùn)行時(shí)取樣水量很少，其流經(jīng)探頭時(shí)的流速已經(jīng)很低，雖然有影響但已經(jīng)很小。

3.3.2 壓力影響

高壓力會(huì)造成pH電解液的壓縮和擴(kuò)展，縮短pH電極的使用壽命，同時(shí)也會(huì)影響其測(cè)量結(jié)果。pH探頭的流通池為自制，其進(jìn)出口管線管徑均為DN8 mm,出口管線長(zhǎng)度約為1.5 m。外送除鹽水壓力為0.7 MPa左右，當(dāng)取樣水流量較大時(shí)，探頭所處環(huán)境壓力也會(huì)增加，但所增加的壓力因沒有儀表監(jiān)控?zé)o法得出準(zhǔn)確數(shù)值，對(duì)測(cè)量結(jié)果的影響未知。

相關(guān)資料提到：在大氣壓下工作的流通式發(fā)射器配出口管時(shí)應(yīng)注意管子不能太長(zhǎng)、不能向上、不能加閥門。否則，在運(yùn)行時(shí)會(huì)造成流通室內(nèi)壓力大于大氣壓[4]。由此可見探頭所處壓力對(duì)測(cè)量結(jié)果的影響不容忽視。

3.3.3 溫度影響

溫度對(duì)pH值的測(cè)量有一定影響，對(duì)于加氨調(diào)節(jié)后的除鹽水，溫度對(duì)結(jié)果的影響更明顯。而除鹽水的pH控制范圍一般在0.5左右，若溫度變化太大，其在線分析儀因溫度影響造成的誤差值將大于其控制范圍，使其失去參考價(jià)值。對(duì)于回收凝結(jié)水作為除鹽水使用的系統(tǒng)，控制其樣品溫度就顯得尤為重要。

同一溶液在不同溫度下的氫離子活度是不一樣的，并且不同的溶液氫離子活度的系數(shù)也是不一樣的，故由這個(gè)原因引起的誤差通過(guò)普通的溫度補(bǔ)償是無(wú)法消除的。為詳細(xì)了解除鹽水pH值隨溫度變化情況，取除鹽水進(jìn)行加氨后自然冷卻，測(cè)量其在不同溫度時(shí)的pH值并將數(shù)據(jù)進(jìn)行整理，其變化趨勢(shì)如圖1所示。

圖1 除鹽水pH值隨溫度變化趨勢(shì)圖

上述三組數(shù)據(jù)水樣初始溫度為65 ℃且不加氨時(shí)的pH值分別為7.78、7.84和7.91，在不加氨時(shí)的pH值基本一致。分別加入不等量的氨液調(diào)整pH值后使其自然冷卻，測(cè)量不同溫度時(shí)的pH值。如圖1所示，加氨后除鹽水的pH值隨溫度的降低而升高，溫度在63～25 ℃變化時(shí)，pH值增加0.7左右。

3.3.4 其他原因

該分析儀表的流通池是后期經(jīng)過(guò)改造自制的，原流通池為不銹鋼材質(zhì)，改造后為DN50 mm碳鋼管線。下圖左側(cè)為廠家自帶探頭安裝資料，右圖為當(dāng)前使用的自制流通池。pH分析儀探頭流通池圖片如圖2所示。

圖2 pH分析儀表探頭流通池圖片

該流通池雖然為導(dǎo)電材料制作，但除鹽水導(dǎo)電性能很差，在管線接頭處用四氟帶進(jìn)行纏繞后也有一定絕緣作用，不排除流通池內(nèi)因流速高產(chǎn)生靜電的可能。且出水管路的安裝也不符合前文中提到的要求。

4 要因確定

4.1 主要因素

(1)流經(jīng)儀表探頭的除鹽水溫度較高、波動(dòng)較大，即便儀表本身能夠進(jìn)行溫度補(bǔ)償設(shè)置，但也需要處于相對(duì)穩(wěn)定的檢測(cè)溫度。

(2)水樣依靠環(huán)境自然散熱，受環(huán)境條件影響較大；取樣水量沒有流量計(jì)量?jī)x表，只能依靠操作人員主觀判斷，從而導(dǎo)致取樣水流量難以精確調(diào)節(jié)，引起探頭測(cè)量水樣的溫度的不一致。

(3)流通池設(shè)置不合理：進(jìn)水和出水管徑相同，出水管線較長(zhǎng)，取樣水流量較大時(shí)會(huì)引起流通池內(nèi)壓力升高，從而對(duì)檢測(cè)結(jié)果產(chǎn)生影響。流通池出水管安裝在上部，與相關(guān)注意事項(xiàng)不符，未進(jìn)行接地處理。

(4)在沖洗操作時(shí)水流量增加引起內(nèi)部壓力上升，同時(shí)因水樣散熱不足，引起水樣溫度上升，流速在短時(shí)間內(nèi)大幅波動(dòng)，三種因素疊加，引起檢測(cè)值異常波動(dòng)。

4.2 次要因素

(1)高純水的電阻值非常大，檢測(cè)困難，對(duì)檢測(cè)儀表的要求較高，儀表探頭的維護(hù)不到位會(huì)對(duì)檢測(cè)值造成影響。

(2)檢測(cè)儀表的特性差異也會(huì)造成同一水樣檢測(cè)值不一致，但該值相對(duì)固定，可通過(guò)多次比對(duì)確定誤差值的影響。

5 結(jié)語(yǔ)

經(jīng)上述分析，在線儀表檢測(cè)值與化驗(yàn)中心的分析值誤差大的原因可概括如下：(1)流通池設(shè)置不合理，儀表安裝不規(guī)范；(2)流通池內(nèi)水樣溫度波動(dòng)大、壓力較高，同時(shí)水的流速和流通也會(huì)造成一定影響。