PH測量裝置在張家口發電廠的應用與研究

李子龍

(大唐國際發電股份有限公司 張家口發電廠，河北 張家口 075133)

1 引言

PH測量裝置主要用于脫硫石膏漿液PH的測量，它對脫硫系統的效率、安全具有一定的指導意義。較高的pH值意味著漿液中石灰石的濃度很高，有利于SO2的吸收，可以提高脫硫效率。但PH值過高，會造成H+濃度的降低，Ca的析出越來越困難，漿液容易結垢，堵塞泵和管道，。此時SO2與脫硫劑的反應不徹底，既浪費了石灰石，又降低了石膏的品質。PH值過低，影響脫硫效率。一般情況下，控制吸收塔漿液的pH值在5.4～5.5，能使脫硫反應的Ca/S(物質的量)保持在1.02左右，獲得較為理想的脫硫效率。由此可見，準確的測量PH對脫硫系統的正常、高效運行顯得尤為重要。

2 情況簡介

張家口電廠(以下簡稱該廠)脫硫采用濕法脫硫，PH測量系統由電極和變送器構成，分別使用E+H和ABB公司生產產品，產品用以測量脫硫石膏排出泵出口漿液PH值。PH計電極的工作原理是建立一個對所測量溶液的氫離子活度發生變化做出反應的電位差。把對pH敏感的電極和參比電極放在同一溶液中，就組成一個原電池，該電池的電位是玻璃電極和參比電極電位的代數和。E電池=E參比+E玻璃，將測量信號放大，使其足以推動標準毫伏表或毫安表。PH計變送器通過計算，得出PH數值。脫硫每臺機組安裝兩支PH計電極，電極安裝在石膏排出泵出口，可通過PH入口門進行隔離，管道接入工藝水進行PH電極沖洗，沖洗水可通過沖洗水門進行控制。

3 運行現狀及存在問題

1-8號機組PH電極自投運以來，缺陷頻繁發生，針對此問題，熱控專業對PH電極做出統計:2012年7月17日至2012年10月10日采購及使用情況進行統計，該廠PH計電極在85天內，共更換21支，每支平均價格6200元，約合13萬元，折合一年需56萬元(以上費用僅為電極，未統計變送器、測量筒)。對1-8號機組PH計電極使用壽命統計，并調研大唐國際錦州熱電、華潤梧州電廠、沈煤集團阜新電廠PH計使用壽命，三個電廠平均壽命為170天，如果該廠可以達到此標準，每年每臺機更換4.5支，1-8號機組全年消耗36支，費用為22萬元，僅PH計電極即可節約費用34萬元。如果以錦州熱電為例，改為每臺機一支電極，使用ABB產品(錦州熱電)，每臺機消耗2支，全年電極消耗16支，全年消耗費用8.7萬元，節約費用47.3萬元。

4 現狀分析

4.1 PH計安裝及運行工況對電極壽命的影響

該廠脫硫系統石灰石、石膏漿液含有氯離子，粘度大，且極易結垢，對PH電極沖刷、腐蝕很厲害，目前該廠每臺機使用兩支PH計電極，安裝在石膏排出泵出口，兩支電極串聯。每臺機兩臺石膏排出泵，運行時每臺石膏排出泵入口壓力為80KPa，石膏排出泵揚程為60m，因此每臺排出泵出口壓力約為0.7Mpa，而PH計工作的臨界壓力為0.8MPa，PH計電極的長期超壓運行勢必造成壽命的衰減，而且壓力的增大導致流速增加，并且該廠石膏漿液存在含顆粒物雜質情況，加劇了對電極的沖刷，縮減了使用壽命，甚至損壞電極。10月10日，8號機組PH1電極泡因漿液內含顆粒物雜質而被打破。

4.2 運行維護不當對電極壽命的影響

4.2.1 運行期間未定時沖洗

石灰石漿液粘度大，漿液粘附在電極上影響測量的準確性，且加劇電極的沖刷，因此電極必須進行定期沖洗，該廠脫硫PH測量系統具備定時沖洗功能，程序如下:(1)關閉PH計入口電動門;(2)打開PH計沖洗水電動門;(3)關閉PH計沖洗水電動門;(4)打開PH計入口電動門。

DCS畫面中設置程控投切操作端，我們截取#5、#6機組7月20日至8月20日PH計電極沖洗程控投入曲線，從曲線中可以看出，5、6號機至少半個月未投入程控沖洗，電極一直處于惡劣的工作環境中，不能得到及時清潔，勢必影響電極的壽命。1-8號機組均存在此類現象。

4.2.2 PH計的定期標定執行不到位

工業在線PH計使用一段時間后，會有電極不對稱現象，造成電位發生很大改變，影響測量準確性，另外PH計電極屬于插入式安裝，日常巡檢看不到電極磨損情況，定期標定工作也是檢查PH計電極劣化程度的方法之一，因此定期標定校準顯得尤為重要。查閱該廠PH定期工作工作票，無定期標定校驗記錄。因此定期標定工作執行不到位也是造成設備頻繁損壞的因素之一。

4.2.3 脫硫系統停運處理

PH計在系統停運時，要及時將電極取出，至于蒸餾水或藥液中保存，不能長時間暴露于空氣中，防止氧化。8月29日，#7機組兩支電極均失效，失效原因為7號機組停備，電極未使用氯化鉀藥液或蒸餾水浸泡，導致電極氧化失效。

4.2.4 產品可靠性差

如表三列出，#4、#5、#6、#7機組所使用PH電極，壽命不超過40天的電極有9支，不超過30天的有7支，縱觀該廠運行環境惡劣，但也說明PH電極可靠性差。

5 解決方案

基于該廠脫硫運行工況和以上存在的問題，自動化專業特成立了PH電極攻關小組，經過查閱曲線、調研、分析，針對該廠現狀共提出以下三套解決方案:

5.1 方案一

該廠目前PH計電極安裝于石膏排除泵出口管道上，泵出口壓力過高，沖刷電極嚴重，可以借鑒錦州熱電經驗，將PH計電極由石膏泵出口安裝改為自流式。

在吸收塔底部一定高度開孔取樣，吸收塔液位高度H1、取樣孔高度H2，H=H1-H2，因此會形成壓差，致使漿液流入取樣管，流速將會大大降低，減少漿液對PH計的沖刷。

5.2 方案二

PH計電極插入保護套管中，電極前端的玻璃管穿過保護套管，長時間沖刷容易造成磨損，甚至導致玻璃泡打破。改為使電極略短于保護套管，避開漿液的正面沖擊，可延長使用壽命。且不影響測量的實時性。

目前PH電極安裝在石膏排出泵出口管道的測量筒上，我們將測量筒結構進行改進，改進結構，在測量筒內部增加引流板，引流板由兩塊不銹鋼板焊接而出，石膏漿液流入測量筒后，漿液沖刷引流板后流向發生變化，漿液中較大的顆粒和雜質因重力大，撞擊到引流板后產生較大的向下的力，使其沉入測量筒底部，最終隨漿液流出測量筒，即可保護電極免受顆粒物的撞擊而毀壞。引流板與測量筒底部間隙較小，起到節流作用，使漿液的流速增加，壓力降低，最終會在引流板的出口處形成旋轉流，旋轉流沖刷電極，電極即可測量當前的PH值，可以防止漿液及其中顆粒直接沖刷PH電極，具有保護PH電極作用，大顆粒噴射到擋板上，經過反作用力沉入漿液底部，擋板與管道底部逐漸收縮，起到節流作用，漿液在出口形成旋流進入測量筒上半部份，進入測量筒上半部分的漿液基本不含大顆粒雜質，流速低且不影響測量的實時性，沖洗水管正對電極，保證電極沖洗的效果。進而提高PH測量裝置的可靠性。

方案比較:

優點 缺點方案一通過改為自流式可從根本上降低漿液流速，避免電極的沖刷并且已有錦州熱電、陡河成功案例需在吸收塔上開孔，并且改變沖洗水管道和PH電極入口電動門安裝位置。工程量較大方案二只需延長保護套管或增高孔板即可，可以減少漿液直接沖刷屬于被動防護，不能從根本上解決流速快的問題，長時間的運行，保護套管容易被磨損，且影響測量的實時性與準確性方案三無需開孔，只需在現有基礎上加工測量筒即可，屬該廠首創需經過流體力學的理論計算和試驗

綜合以上三種方案比較，我們選擇了方案三，并在設備管理上做了以下工作:

(1)完善運行維護制度

a、沖洗在一定程度上決定PH計的使用壽命，該廠PH入口門及沖洗門均為智能電動門，程控邏輯正確，設備及沖洗策略優于其他廠(宣熱需手動沖洗)，因此要求運行時必須投入程控，當程控步序異常時，立即檢查處理，并根據處理時間對電極采取保護措施，避免失效。

b、嚴格執行脫硫設備維護保養制度，每周對PH計進行標定校驗。加強日常巡檢力度，建立PH計運行、維護、缺陷臺賬，將PH計運行情況數據化。

c、加強管理力度，避免出現7號機組停備，PH電極未按規定浸泡現象。

(2)建立PH物資臺賬，購買產品均需進入臺賬，點檢員負責驗收設備，核對產品出處，保證產品質量。

6 結束語

該廠將改進后的測量筒安裝在8號機組PH1上試用，自2012年12月3日試用至今(4月6日)，測量值與PH2進行比對，并無差異，且投運至今無損壞，壽命已超過120天，既保證了測量的實時性、準確性，又提高了設備的使用壽命和可靠性，節約了資金，攻克技術難關，經論證，值得在1-8號機組進行推廣。