電極自動(dòng)清洗裝置的簡(jiǎn)介與實(shí)踐

陳士杰，謝學(xué)強(qiáng)

（江西銅業(yè)集團(tuán)有限公司 貴溪冶煉廠(chǎng)，江西 貴溪 335424）

1 引言

在煙氣制酸，廢酸廢水處理系統(tǒng)，在線(xiàn)使用的pH 復(fù)合電極應(yīng)用較多，復(fù)合電極作為測(cè)量電極在監(jiān)測(cè)、檢測(cè)過(guò)程中，被介質(zhì)中的污染物如氯化鈣、碳酸鈣等會(huì)附著在電極頭部玻璃球泡上，嚴(yán)重影響電極產(chǎn)生的電勢(shì)，進(jìn)而影響pH 指示值，導(dǎo)致靈敏度和測(cè)量精度急劇降低，甚至失效。在日常生產(chǎn)過(guò)程中，需要較為精確的測(cè)量結(jié)果以更好地進(jìn)行工藝控制。因此，對(duì)檢測(cè)部位進(jìn)行定期清洗是一項(xiàng)必要的工作。但由于人工清洗不僅費(fèi)工、費(fèi)時(shí)，而且還會(huì)導(dǎo)致測(cè)量中斷，影響連續(xù)檢測(cè)甚至在清洗過(guò)程中會(huì)造成損壞電極現(xiàn)象，嚴(yán)重影響生產(chǎn)順行。如何才能防止、解決電極因結(jié)垢而導(dǎo)致數(shù)據(jù)反饋失真問(wèn)題，成為廢酸廢水處理工序中的一大難題。。自動(dòng)清洗電極裝置的研發(fā)使用不僅響應(yīng)了公司“建設(shè)智能化工廠(chǎng)”的號(hào)召，同時(shí)還降低了員工勞動(dòng)強(qiáng)度，改變?nèi)斯で逑吹默F(xiàn)狀。自動(dòng)清洗裝置從安全環(huán)保理念出發(fā)，是一種可遠(yuǎn)程控制自動(dòng)清洗電極的裝置。該裝置打破了常見(jiàn)的溶液噴射清洗，空氣噴射清洗及機(jī)械刷洗等形式。應(yīng)用一種最新的符合現(xiàn)場(chǎng)工況的研磨型超聲波自動(dòng)清洗裝置。

2 電極及清洗方法介紹

2.1 電極的組成

電極一般由電極球泡、玻璃支持桿、外殼、液接界、電極帽、內(nèi)參比溶液、電極導(dǎo)線(xiàn)等幾部分組成。

2.2 電極常規(guī)清洗方法

2.2.1 化學(xué)清洗法

在電解質(zhì)流體中金屬電極具備電化學(xué)現(xiàn)象。根據(jù)電化學(xué)原理［1］，流體和電極存在電場(chǎng)界面，物質(zhì)的原子、分子或離子在界面擁有富集或貧乏的吸附現(xiàn)象，電化學(xué)清洗電極只需研究陰離子吸附的情況，在電極表面當(dāng)剩余電荷密度增大時(shí)，吸附作用力小于靜電斥力，陰離子在短時(shí)間內(nèi)完成脫附，這便是電化學(xué)清洗的原理。

2.2.2 機(jī)械刮磨法

在電極上配置特殊的機(jī)構(gòu)來(lái)實(shí)現(xiàn)電極清理［2］。目前常用的形式：機(jī)械刮除器。采用不銹鋼材質(zhì)加工成一把帶有細(xì)軸的小刮刀，刮刀與電極端平面貼合并相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)，祛除污垢。此刮除器具有手動(dòng)和馬達(dá)驅(qū)動(dòng)自動(dòng)刮除兩種形式。而另一種是在管狀電極中安裝細(xì)絲鋼絲刷，軸裹在密封的“O”形圈內(nèi)，以防止流體泄漏。此清洗裝置則要人工清洗。

2.2.3 研磨超聲清洗法

把超聲波發(fā)生器釋放的電壓引到電極上，使超聲波的能量集聚變大，所加電壓幾乎集中在附著物上，高電壓會(huì)將附著物擊穿，起到除垢的效果。這種方法受時(shí)間空間約束，自由度不高。

2.3 pH 電極雜質(zhì)的清洗

酸性條件下工作的pH 電極：W=5%～10%的熱堿性溶液（＞56℃）;W=5%～10%的鹽酸;W=2%～3%的氫氟酸；pH 電極在堿性條件下工作：濃鹽酸磷酸混合溶液; W=6%～11%的鹽酸溶液，W=4%～8%的硫酸;為一般污物：4%～6%的鹽酸，高壓水沖洗(＜689.476kPa); 碳酸鹽和硫酸鹽：W=6%～11%的鹽酸;磷酸和濃鹽酸混溶液;連二亞硫酸鈉和亞硫酸鈉的混合物; 二氧化硅或粘滯物：W=3%～5%氫氟酸，油或脂：甲醇、 異丙基乙醇（耐磨乙醇），可去除特殊脂的其它溶液。

2.4 電極的浸泡

pH 電極在投入使用時(shí)需浸泡［3］，因?yàn)榍蚺轂橐环N特殊的玻璃膜，表面附有一層極薄的水合凝膠層，充分濕潤(rùn)的條件下方能與溶液中的H+離子反應(yīng)。經(jīng)過(guò)浸泡能使不對(duì)稱(chēng)電勢(shì)下降并趨于穩(wěn)定。通常使用pH4 緩沖液，根據(jù)球泡玻璃膜厚度、電極老化程度確定浸泡時(shí)間。參比電極的液接界也需浸泡。如果液接界干涸會(huì)導(dǎo)致液接界電勢(shì)增大或不穩(wěn)定，參比電極外參比溶液與電極浸泡液須保持一致，即3.3mol/L KCl 或飽和氯化鉀溶液。因pH 計(jì)電極極為精細(xì)，故祛除粘在pH 計(jì)電極上的污物需足夠的耐心，在清洗過(guò)程中要使用適當(dāng)?shù)陌踩b置。選擇合適的清洗溶液。把電極浸入到清洗溶液中至少6min，便于清洗介質(zhì)滲入污物。將電極放在堿或酸溶液中浸泡，用軟毛刷祛除電極污垢。選擇一種溶劑清洗同時(shí)對(duì)傳感器進(jìn)行漂洗，用清水或鹽溶液（KCl）浸泡。保持其活性靈敏度，延長(zhǎng)電極使用壽命。廢酸廢水工況下，一般在線(xiàn)使用6h 左右進(jìn)行一次清洗，球泡上不能有污染物，不能結(jié)垢。常規(guī)處理辦法是先用毛刷清理，在用鹽酸清洗最后用蒸餾水沖洗。然后浸泡在蒸餾水中；玻璃電極的內(nèi)電極與球泡之間不能存在氣泡，若有氣泡可輕甩點(diǎn)即讓氣泡逸出。然后投入使用。

3 人工清洗

（1）在日常的生產(chǎn)過(guò)程中，電極的清洗周期一般為8h，每天要對(duì)所有在線(xiàn)使用的電極利用毛刷和鹽酸進(jìn)行清理/清洗，費(fèi)工費(fèi)時(shí)，且存在一系列的人和物的不安隱患及危化品的存儲(chǔ)問(wèn)題。

（2）在人工清洗電極時(shí)，有時(shí)會(huì)對(duì)電極造成損壞，增加運(yùn)維成本及備件消耗。

4 全自動(dòng)磨型超聲波自動(dòng)清洗裝置

4.1 全自動(dòng)磨型超聲波自動(dòng)清洗裝置的組成

該電極自動(dòng)清洗儀器包括：（1）升降氣缸；（2）拉伸氣缸；（3）電極連接桿；（4）pH 電極夾具；（5）pH 電極；（6）箱體；（7）浸泡槽；（8）超聲波除垢儀。

4.2 工作原理

其工作原理［4］為升降氣缸1 上升，將電極桿從工藝溜槽中拉出，拉伸氣缸2 活塞桿伸出，推送電極桿向右移動(dòng)，使電極桿垂直于浸泡槽正上方，升降氣缸1 下降，將電極桿頭部檢測(cè)球泡放入浸泡槽內(nèi)部，此時(shí)，浸泡槽內(nèi)通入儀表風(fēng)，電極處在一個(gè)類(lèi)似沸騰狀態(tài)的，含有磨料及酸性介質(zhì)中浸泡，研磨，開(kāi)啟超聲波除垢儀，進(jìn)行輔助除垢。設(shè)定浸泡時(shí)間結(jié)束，浸泡槽內(nèi)氣源閥關(guān)閉，超聲波除垢儀停止工作，升降氣缸1 帶動(dòng)電極上升，拉伸氣缸2將電極桿拉回至溜槽正上方，升降氣缸1 下降，將電極桿頭部檢測(cè)球泡放置于溜槽中。

圖1 自動(dòng)清洗裝置圖

4.3 優(yōu)點(diǎn)

該裝置采用環(huán)保理念，選用環(huán)保能源。特別適用于含有固體顆粒和粘性比較強(qiáng)的介質(zhì)，并有很好的抗侵害能力。模塊式設(shè)計(jì)，安裝簡(jiǎn)單維修方便。不銹鋼本體，加設(shè)擋板，具有獨(dú)立的清洗腔。雙氣缸操作控制，提高惡劣環(huán)境下的可靠性。平滑操作節(jié)省成本，提高了操作的安全性和可靠性。減少電極損壞，降低鹽酸消耗量，杜絕鹽酸遺失/灑落等現(xiàn)象。此裝置具有單獨(dú)的浸泡槽，避免清洗液和緩沖液等污染被測(cè)介質(zhì)。測(cè)量結(jié)果的最佳值再現(xiàn)。具有手動(dòng)/自動(dòng)功能，可定時(shí)清洗不受外界干擾。高等級(jí)的安全：可反饋至控制中心的系統(tǒng)狀態(tài)信息在線(xiàn)清洗及標(biāo)定，無(wú)需移動(dòng)電極。電極的使用壽命增加20%。實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程控制自動(dòng)清洗。

5 實(shí)踐

全自動(dòng)磨型超聲波自動(dòng)清洗裝置，投入使用后，該裝置提高了電極的清洗效率和質(zhì)量，保證了電極的長(zhǎng)周期穩(wěn)定監(jiān)測(cè)，降低了操作人員的工作強(qiáng)度，減少了鹽酸消耗量實(shí)現(xiàn)了一鍵啟動(dòng)遠(yuǎn)程操作。如下表。

表1 人工清洗和自動(dòng)清洗參數(shù)對(duì)比表

表2 人工清洗和自動(dòng)清洗參數(shù)對(duì)比表

6 結(jié)論

電極自動(dòng)清新裝置適應(yīng)性強(qiáng)，安裝自由度高，操作簡(jiǎn)便。工藝生產(chǎn)過(guò)程中，加裝了自動(dòng)清洗裝置之后，大大降低了操作人員的勞動(dòng)強(qiáng)度，同時(shí)電極探頭可實(shí)現(xiàn)定期自動(dòng)清洗，性能，靈敏度和測(cè)量的精度都得到了保障，延長(zhǎng)了電極的使用壽命，為工藝生產(chǎn)提供了準(zhǔn)確的實(shí)時(shí)在線(xiàn)檢測(cè)參數(shù)，提高儀表長(zhǎng)周期、高性能運(yùn)行的水平，保障了生產(chǎn)的穩(wěn)定、順行。