普光氣田污水處理分析儀表的方案設計

林長波

（中石化石油工程設計有限公司，山東 東營 257061）

0 引言

普光含硫氣田具有“三高”的特點：高壓、高產量、高含硫。由于氣田采出天然氣含有大量的酸液，酸液中含有大量的Cl-，溶液中溶解有大量的H2S以及CO2，對材料的腐蝕除包含電化學腐蝕外，還包括硫化物應力腐蝕開裂（SSC）、氫致破裂（HIC）、應力導向氫誘發裂紋（SOHIC）等。

普光氣田各集氣站場的采出液，采用各站匯集到一座污水站集中處理的方式。由于普光氣田為高含硫氣田，采出液為含有H2S的酸液，根據污水回注PH值的要求，回注液的PH值要求在7±0.5的范圍內，所以采出液需經過加藥、加ClO2等處理合格后才能回注。為檢測回注液的PH值是否達到要求，溶液的PH值、余氯含量、COD含量是必不可少的檢測參數。

1 分析儀表的檢測原理

組分分析儀表是對物質的成分及性質進行分析和測量的儀表[1]。組分分析的方法一般有兩種：一種是定期取樣，在化驗室進行化驗，測定各種成分含量；另一種是使用連續（在線）工作的組分分析儀表對介質中的某種或幾種成分進行連續的測定，其中在線分析儀又分為單組分檢測分析儀表和多組分分析儀表[2]。普光氣田污水處理工程中，建有專門的化驗室，用于取樣、人工化驗介質中的成分。本文主要介紹裝在工藝管線或者設備上的連續在線檢測單組分的水質分析儀表。

污水處理流程中常用的分析儀表主要包括：PH值分析儀、余氯分析儀、COD分析儀。

圖1 PH值分析儀Fig.1 PH Analyzer

圖2 PH值與電勢關系圖Fig.2 Relationship diagram of PH value and potential

1.1 PH值分析儀檢測原理

PH值是表征溶液酸堿程度的數學表達形式。

PH = -log [H+]，[H+][OH-] = 10-14

根據能斯特方程：E = E0 +（1.98×10-4）TK pH，25℃時，變化率為59.16mv/pH。

利用對溶液pH值變化敏感的測量電極和有恒定電位的參比電極所組成的工作電池來測量電勢，從而利用待測溶液的pH值與工作電池的電勢大小之間的線性關系來實現測定[3]。

目前最常用的是玻璃電極法，帶雙階參比電極（接地電極和參比電極），使用差分測量技術，內置溫度傳感器進行溫度補償，具有優異的準確度和可靠性。

1.2 余氯分析儀檢測原理

電化學方法：電極的陽極為銀電極，陰極為金電極。電極前端有滲透膜和電解液。滲透膜可以選擇性讓ClO-穿透；在兩個電極之間有一個固定電位差，生成的電流強度可以換算成余氯濃度。

在陰極上：ClO-+ 2H++ 2e- → Cl- + H2O

在陽極上：Cl-+ Ag → AgCl + e-

圖3 余氯分析儀Fig.3 Residual chlorine analyzer

圖4 余氯濃度與電流關系圖Fig.4 Diagram of residual chlorine concentration and current

由于在一定溫度和PH值條件下，HOCl、ClO-和CL2之間存在固定的換算關系，通過這種方式可計算出HOCl、ClO-和CL2之和，即余氯。

1.3 COD分析儀檢測原理

污水處理工程中COD檢測目前最常用的為重鉻酸鉀法。水樣、重鉻酸鉀、硫酸銀溶液（催化劑使直鏈芳香烴化合物氧化更充分）和濃硫酸的混合液在消解池中被加熱到175℃，在此期間Cr2+作為氧化劑從VI價被還原成III價而改變顏色，顏色的改變度與樣品中有機化合物的含量成對應關系，儀器通過比色換算直接將樣品的COD顯示出來。

2 分析儀的技術方案設計

分析儀的技術方案設計主要包括現場傳感器的安裝、傳感器與分析儀表直接地連接、分析儀的供電及信號傳輸。

2.1 分析儀傳感器的安裝方式

分析儀表的安裝方式決定現場施工是否方便，供貨方與施工方的分界面是否清楚易解，用戶以后的使用維護是否方便，所以分析儀表的安裝方式至關重要。

圖5 流通池（現場實況）Fig.5 Circulation pool (live)

2.1.1 PH值傳感器的安裝方式

自帶流通池（見圖5），在被測量管線上開孔，通過￠6的采樣管線將被檢測介質引致分析儀自帶的流通池內，然后在通過回流管線將樣液引致污水池內，做無壓排放。傳感器插入流通池內，實時檢測被測介質。

流通池式安裝方式，施工方與供貨方的分工界面明確，分析儀進、出口自帶￠6卡套接頭，現場只需將￠6的采樣管線與卡套接頭相連即可，現場安裝非常簡單；用戶后期維護和在線更換簡單易操作，并且投資相對于插入式安裝方式也低很多，所以此種安裝方式為首選。

插入式（見圖6）。在工藝管線上開孔，預留短管，分析儀須配套插入式全通經球閥組件，傳感器經過全通經球閥插入工藝管線內，實時檢測被測介質。

插入式安裝方式雖然能夠實現實時檢測介質的PH值，并且理論上能夠實現實時更換傳感器，但是用戶在后期的維護和在線更換方面非常不方便，并且分析儀自帶的插入式全通經球閥組件的價格很高，不推薦使用此種安裝方式。

2.1.2 余氯傳感器的安裝方式

余氯分析儀傳感器一般為自帶流通池，在被測量管線上開孔，通過￠6的采樣管線將被檢測介質引致分析儀自帶的流通池內，然后在通過回流管線將樣液引致污水池內，做無壓排放。傳感器插入流通池內，實時檢測被測介質。余氯分析儀一般是將傳感器與分析儀表共同放在一個控制箱內，達到對防爆等級及防護等級的要求。

2.1.3 COD分析儀的安裝方式

COD分析儀自帶分析柜，自工藝管線實時取樣，在分析柜內完成過濾、預處理、取樣分析等操作，分析完成后，將取樣介質通過自帶的加壓泵打至原水管線。由于目前市場上COD分析儀的工作環境溫度為+5℃以上，所以在當地極限低溫低于+5℃的場所，自帶分析小屋，并配套相應的保溫措施，保障分析儀的正常運行。

圖6 插入式（現場實況）Fig.6 Inserting (live)

2.2 分析儀表的安裝及信號傳輸

PH值分析儀及余氯分析儀均是由傳感器和分析儀表部分組成。PH值分析儀表可采用夾管式安裝方式或者自帶安裝背板的方式，現場安裝比較簡單；余氯分析儀表一般是和傳感器共同放在一個控制箱內，供貨廠商完成控制箱內部的安裝，并提供控制箱的安裝背板，施工方負責控制箱的現場安裝。

PH值分析儀傳感器與分析儀表之間的連接電纜為專用電纜，為分工界面明確，一般要求廠商自帶，并負責提供兩端電氣接口的密封件；分析儀表輸出信號為4mA～20mA標準信號，單獨提供24VDC電源。用戶方只負責提供信號電纜與電源電纜，內部連接由供貨廠商負責。余氯分析儀傳感器與分析儀表之間的連接電纜為專用電纜，為分工界面明確，并達到現場防護等級的要求，一般要求供貨商將傳感器與分析儀表集成在一個防爆箱內；分析儀表輸出信號為4mA～20mA標準信號，單獨提供220VAC電源。用戶方只負責提供信號電纜與電源電纜，內部連接由供貨廠商負責。

3 結論

由于普光氣田采出液為含有H2S的酸液，通過加藥、加ClO2等處理措施之后，是否能達到回注指標的要求，PH值、余氯含量是必要的檢測參數。而PH值分析儀、余氯分析儀的系統方案設計關系到現場的施工分工界面是否明確、儀表測量的可靠性、日后用戶使用維護是否方便，所以系統方案的設計選擇至關重要。