发电厂不同系统pH测量装置的优化与应用

兰演明

（福建大唐国际宁德发电有限责任公司，福建 宁德 352100）

0 引 言

目前，工业上成熟使用的pH表是电位式分析仪器，指通过测量电极系统与被测溶液构成的测量电池（原电池）的电动势，获知被测溶液氢离子浓度（活度）的分析方法[1]。整个测量系统由四部分组成：一是监测部分即电极对（参比电极/指示电极）部分，又称一次仪表部分；二是指示部分即电动势测量部分，又称二次仪表部分；三是取样测量装置，将样品引至测量电极及（或）安装固定测量电极；四是被测量的对象，如水、浆液或其他液体。

在线pH表测量在发电厂多个系统大量使用，是一个十分重要的成分分析仪表。例如，工业废水处理系统中，pH值将作为控制加药量和显示废水处理是否达标的最关键指标；脱硫吸收塔石灰石浆液pH值，对脱硫吸收塔系统的供浆量调节、脱硫效率、安全运行具有指导意义；机组水汽系统中，监督水汽品质、监控化学加药量和设备运行状况、直接监视腐蚀速率等。

1 发电厂不同系统pH值测量现状

国内外关于在线pH计测量电极和二次表的生产技术、材料、制造工艺，能够满足现场使用要求。通过对多家发电厂调研及宁电电厂的实际使用发现，pH计测量目前存在的主要问题在于取样测量装置和安装施工工艺不符合要求两个方面。

根据工艺流程、测量环境条件、测量介质不同，发电厂不同系统pH测量装置或者测量方式也各不相同。除了二次表外，测量电极、测量装置等生产厂家流水线生产的标准统一的设备，在不同电厂因实际生产情况而不同。例如，在某厂或某系统使用效果很好，但在另一个厂或另一个系统可能效果很差。

目前，工业生产现场使用的常见pH测量装置安装方式主要有，侧壁安装、顶部法兰式安装、管道安装、顶插式安装、沉入式安装、流通式安装、浮动式安装和引流式安装等。根据不同的测量对象、工况系统、仪表电极，必须选择对应的测量装置和安装方式。特别是应该结合现场实际使用情况进行测量装置的优化改造，使之符合自身工艺系统要求，以保证测量数据的准确，保证测量装置的长期安全、经济、稳定、可靠运行。

2 工业废水处理系统pH测量装置的优化

2.1 优化前工业废水处理系统pH测量情况

福建大唐国际宁德发电有限责任公司（以下简称“宁德电厂”）工业废水处理系统pH测量装置优化前的安装方式为沉入式安装。

此方式最大的问题在于防水密封性能。pH测量是指测量原电池的电动势，而测量电池本身内阻很高，产生电动势信号微弱，干扰因素多，所以要求二次表和信号电缆组成的系统输入阻抗大。如果电极和信号电缆之间的立案接头长时间泡在废水中，势必造成短路或接地，影响电动势大小，最终造成pH值测量误差。宁德电厂原来采用中间接头测量电极侧的方式。这种方式虽然做了很好的密封，刚开始效果尚可，但一周后，在线pH值和手工化验比对偏差越来越大。起初怀疑是电极老化等本身问题，但进行活化标定甚至更换新的测量电极一段时间后仍会出现同样问题。

第二个问题是沉入式安装方式固定于离废水储池底部一定距离的位置，只能测量固定位置点的废水pH值，不具有代表性。此外，池子底部废水沉淀杂质较多，测量电极玻璃膜上容易结垢且不易清洗，从而造成误差甚至无法测量。

2.2 工业废水处理系统pH测量优化改造

针对上述第一个问题，尝试采用测量电极和信号电缆出厂时一体式封装好的pH电极，但效果并不好，且无法解决上述第二个问题。为此，经过多方调研和现场不断试验，改为浮动式安装。

2.2.1 主要材料

主要包括电极保护杆1、浮球2、pH电极、电缆3、外保护管4以及其他辅材，如尼龙绳、管夹、固定支架和玻璃胶等，如图1所示。除pH电极和电缆需直接采购成品外，其余材料根据现场实际定制。

图1 浮动式pH测量安装装置设计图

电极保护杆使用塑料压铸成型，一端攻外螺纹（用于与浮球连接）和内螺纹（用于与电极连接），另一端对空开几道小口，用于保护pH电极免受损坏。

浮球使用PP发泡成，中间钻圆柱孔（大小和电极保护杆外径一致），保证pH电极和保护杆下方插入被测液体，但整个浮球装置浮于液面上。

外保护管长度约为被测量池底部和支架固定处高度，用于保护电极和浮球，避免因风或液面波动导致浮球装置到处移动；使用耐腐蚀PVC管，内径比定制浮球外径大20 cm左右，保证浮球、电缆及尼龙绳自由浮动。

采用较细较软的尼龙绳，用于保护电极电缆避免受力拉伸损坏；尼龙绳、电极电缆、外保护杆三者长度与池（罐）深度一样，保证池（罐）内不同液位高度均能测量；管夹和支架安装于池（罐）侧面或顶部，用于固定整个测量装置；玻璃胶用于密封防水。

2.2.2 主要设计过程

浮动式pH测量安装方式和装置设计图，如图1所示。主要是将测量pH电极装上电极保护杆后，连接好信号电缆装到浮球上；将一根尼龙绳与电极信号电缆捆绑在一起，一端固定于浮球上；将整个浮球安装在外保护管内，并将尼龙绳另一端和外保护管固定于支架上。

3 脱硫吸收塔石灰石浆液pH测量装置的优化

3.1 优化前脱硫吸收塔石灰石浆液pH测量情况

宁德电厂脱硫吸收塔石灰石浆液pH测量方式基建时，采用最传统的管道式安装，即在吸收塔石膏浆液排出泵出口管道水平段设置安装法兰，将pH测量电极安装在法兰上。此种安装方式最大的问题是电极长时间被高压力、高流速、密度较大的石膏浆液冲刷，电极使用寿命短，玻璃电极经常被打坏，损坏更换十分频繁。据统一，近一个月消耗一支，运行成本非常高。

后改为吸收塔底部区域侧壁插入式安装，即在吸收塔侧面开孔安装法兰底座，和工业废水沉入式安装一样，通过安装套筒斜插入吸收塔。这种方式主要存在以下问题：一是测量点位固定，代表性差；二是安装位置若设定不佳，如离搅拌器较远或离塔底距离不够，则测量电极容易堵塞结垢；三是机组运行过程中拆装校验极不方便，需要抽出安装套筒同时关手动门隔离，类似于带压堵漏，安全风险极高。

3.2 脱硫吸收塔石灰石浆液pH测量装置优化改造

针对原来两种测量方式存在的问题，结合湿法脱硫吸收塔系统的工况和环境特点，利用宁德电厂机组超低排放改造工程机会，进行了脱硫吸收塔石灰石浆液pH测量装置优化设计和改造。整体采用引流式，但对测量装置细节方面进行了优化。具体地，从脱硫吸收塔底部侧面引出一路浆液，通过重力压差自动流入测量装置，在线pH电极安装在测量装上完成pH值测量。测量装置，如图2所示。

图2 脱硫吸收塔石灰石浆液pH测量装置

装置主要由测量筒、阀门和管道组成。浆液由吸收塔距离塔底一定距离处引出，后从测量装置底部切圆方向，以一定仰角进入测量筒。测量筒底部设计了带阀门的较小排浆管，顶部设计了带阀门的溢流管。排浆管和溢流管的浆液都排到集水坑中，pH电极安装在溢流管口两侧。

冲洗水管路设计在浆液入口管道上，采用手动冲洗。冲洗时，将阀门1关闭，打开阀门2，先冲洗测量筒；然后打开阀门1，关闭阀门3，冲洗浆液取样管；冲洗完毕后，关闭阀门2，打开阀门3，恢复测量。

浆液入口管道内径大于排浆管，可以保证浆液取样管道通常不堵塞，也可以使测量筒里液位保持上升状态。浆液从测量筒底部呈一定仰角，并以切口方式进入测量筒。浆液在测量筒内盘旋上升，可以使测量筒上部浆液一直处于流通状态。测量筒设计成“葫芦形”，底部为圆锥形，箱内不易结垢；上下部为圆柱形，配合浆液切口方式进入保证液位上升；中部为瓶颈形，使浆液在重力作用下再受一定阻力，可降低浆液流量，也可向下排污；顶部平顶设计以安装pH电极，并保证pH电极测量部分一直浸泡在浆液中[2]。

4 机组水汽系统pH测量装置的优化

水汽系统pH测量在各个发电厂受重视程度较高，重大问题较少存在，但该系统和其他系统区别明显，且数值控制准确性要求更高。通常，在酸、碱或溶解性盐含量较大的溶液中，可以快速和精确测定pH。但是，水汽系统的pH在线测量由于介质通常接近于纯水，电导率很低，容易受到特殊干扰，如水样容易受到大气、水样流路和参比电极的污染，且液接电位容易发生改变，导致pH测量误差[3]。

结合系统特性，发现宁德电厂水汽系统pH测量存在以下问题。一是整个系统接地电阻较大，屏蔽效果不好。针对此问题，首先保证不锈钢流通池与安装取样架接触良好，然后将取样架整体引入专用接地。二是因高温取样架来水水样固定，如主蒸汽水样经过减温减压后，通过一根直径为6mm的取样管至仪表架，分成6路同时进入不同仪表和人工取样口。经常样水流量不够，特别是人工化验比对时将取样口水样流量开大后，不但影响pH测量，也影响其他在线表计测量。针对此问题，将总样水管路改为内径更大的管子，保持进入仪表的管路内径，并将样水流量和压力稳定控制在表计的要求范围。

5 结 论

针对宁德电厂三个不同生产工艺系统，结合市场常见的pH测量装置，经过长期现场使用，总结存在的问题，持续对pH测量装置进行设计改造，不断优化现场安装方式，最后使之符合工艺生产要求，以便于日常维护，减少备品备件损耗和缺陷数量，保证在线pH测量数据实时、准确、可靠，以及整个工艺系统安全、稳定、经济、环保运行。

参考文献：

[1] 周锦帆，黄 伟.pH测量原理及注意事项[J].检验检疫科学，2003，13（1）：50-51.

[2] 福建大唐国际宁德发电有限责任公司.湿法脱硫系统浆液pH值测量装置：中国，2013202956311[P].2013-11-27.

[3] 国家能源局.DL/T1201-2013 中华人民共和国电力行业标准-发电厂低电导率水pH在线测量方[M].北京：中国电力出版社，2013.