總磷在線分析儀在循環(huán)水中的應(yīng)用
摘要：在 工業(yè) 循環(huán)冷卻水系統(tǒng)中，經(jīng)常會采用阻垢劑和緩腐劑來防止管路的結(jié)垢和被腐蝕。在循環(huán)水的管道表面即便只附著很薄的一層水垢，這些水垢都會極大地 影響 熱量的傳遞和降低渦輪產(chǎn)生真空的效率。聚磷酸鹽和磷酸是通用的、效果較好的阻垢劑和緩腐劑，它們的穩(wěn)定效果取決于聚磷酸鹽和磷酸與水中的鈣、鎂、鐵和錳離子的綜合反應(yīng)情況，所以，控制循環(huán)水中阻垢劑的濃度是非常重要的。
關(guān)鍵詞：總磷 在線 分析 儀 循環(huán)水中的 應(yīng)用
在工業(yè)循環(huán)冷卻水系統(tǒng)中，經(jīng)常會采用阻垢劑和緩腐劑來防止管路的結(jié)垢和被腐蝕。在循環(huán)水的管道表面即便只附著很薄的一層水垢，這些水垢都會極大地影響熱量的傳遞和降低渦輪產(chǎn)生真空的效率。聚磷酸鹽和磷酸是通用的、效果較好的阻垢劑和緩腐劑，它們的穩(wěn)定效果取決于聚磷酸鹽和磷酸與水中的鈣、鎂、鐵和錳離子的綜合反應(yīng)情況，所以，控制循環(huán)水中阻垢劑的濃度是非常重要的。
對測量技術(shù)的需求
通過在冷卻循環(huán)水中加入適量的緩蝕劑能防止金屬表面被腐蝕。那些能防止活性氫氧化層轉(zhuǎn)變?yōu)楦g性陰離子的物質(zhì)叫陽極性型緩蝕劑。典型的緩蝕劑有磷酸鹽、聚亞硝酸鹽、有機亞硝酸鹽和鉻酸鹽等。
為了迅速、恰好在金屬表面形成一層保護膜，加入緩蝕劑的濃度是非常重要的，否則將有可能產(chǎn)生蝕損斑的危險。在循環(huán)冷卻水中，總磷的正磷酸鹽的濃度要隨循環(huán)系統(tǒng)中某些化學(xué)物質(zhì)濃度的改變而發(fā)生變化，并且不同物質(zhì)對總磷和正磷酸鹽的影響程度是各不相同的。圖1所示曲線表示的是在煉油廠中，冷卻水中總磷和正磷酸鹽的含量隨某些化學(xué)物質(zhì)濃度的改變而變化的情況。由于循環(huán)水水質(zhì)的變化和蒸發(fā)作用，導(dǎo)致水中物質(zhì)的濃度發(fā)生巨大的波動。這樣的波動有時高達20%。
在循環(huán)冷卻系統(tǒng)中，以前通常由人工分析來測量系統(tǒng)中物質(zhì)的含量。由人工測得的參數(shù)來決定需向系統(tǒng)加入制造水的量。冷卻循環(huán)系統(tǒng)中總磷含量的最佳值是2.2mg/L，但系統(tǒng)中磷的濃度由于蒸發(fā)等原因在不斷地波動，經(jīng)？偭字祵⒊^或低于此標準值。
為了實現(xiàn)總磷的實時監(jiān)測，進而實現(xiàn)自動加藥控制，要求總磷濃度可以自動地被儀器監(jiān)測，儀器監(jiān)測到的值通過儀器的模擬量輸出口傳送給控制中心、PLC或計量泵等，再由它們?nèi)タ刂萍铀幜，以達到期望的處理效果。見圖3控制流程圖。
相應(yīng)的測量技術(shù)
HACH公司專門針對工業(yè)循環(huán)冷卻水中監(jiān)測總磷而研發(fā)了型號為PHOSPHAX ∑ Sigma的總磷分析儀。當(dāng)冷卻循環(huán)水中total-P(總磷)和PO4-P(正磷酸)的含量在0.01~5.0mg/L時，總磷和正磷酸鹽能被交替測量。所有的磷(包括聚磷酸鹽和有機磷酸鹽)都能被測出來。
所有的測量都在儀器內(nèi)部的反應(yīng)器中按預(yù)定的程序執(zhí)行。反應(yīng)器是執(zhí)行分解反應(yīng)的場所，它位于比色反應(yīng)池和光度計之間。
儀器的自清洗和自校正功能使得儀器的測量數(shù)據(jù)更加準確，同時也減少了用戶對引起的檢查和維護工作。
測量原理
在含有鉬酸鹽離子和銻離子的酸性溶液中，由于鉬酸鹽離子和銻離子的共同作用，正磷酸鹽離子將被抗壞血酸(維生素C)還原成磷鉬酸鹽，并呈現(xiàn)出藍色。在規(guī)定的測量范圍內(nèi)，溶液中藍顏色的強度與樣品中正磷酸言的濃度成比例。在沸騰的強酸性溶液中，聚磷酸鹽和有機磷酸鹽將被水解成正磷酸鹽。惰性的磷化合物將被過硫酸鈉氧化，把其轉(zhuǎn)化為可測量的正磷酸鹽。
PHOSPHAX ∑ Sigma總磷分析儀在高溫高壓下能夠正常工作。在如此苛刻的條件下，整個分析測試可以在10分鐘內(nèi)完成。
磷緩蝕劑含量的顯示
儀器可以顯示總磷及鄰酸根含量，在輸入相應(yīng)的因子后，還可以直接顯示對應(yīng)的含磷緩蝕劑的濃度值，如圖4。
應(yīng)用 實例
華東地區(qū)某國有大型鋼鐵公司于2003年10月購買了一臺美國Hach公司提供的PHOSPHAX ∑sigma總磷在線 分析 儀，用于監(jiān)測103#高爐循環(huán)水系統(tǒng)中總磷的含量，并由此參數(shù)來控制投加阻垢劑的量。該儀器還可以同時測量循環(huán)水中磷酸鹽的濃度,分析人員可以方便的通過總磷和磷酸鹽的含量來 計算 出循環(huán)水中有機磷的含量;如果輸入特定含磷阻垢劑的換算因子,儀器還可以直接顯示該含磷阻垢劑的濃度。儀器的分析周期為10分鐘，能夠及時、準確地反應(yīng)水中總磷的變化;同時，由于儀器帶有數(shù)據(jù)輸出端口，可以實現(xiàn)加藥的自動控制。103#循環(huán)水系統(tǒng)中總磷的控制值是：1.2mg/L-2.0mg/L。在未使用PHOSPHAX ∑sigma在線總磷分析儀之前，此鋼鐵公司因中心實驗室距現(xiàn)場有5公里，距離較遠，不便于人工取樣監(jiān)測，監(jiān)測頻率僅為每周四次，每次由工作人員手工取樣后，將水樣送到實驗室進行人工分析，由分析結(jié)果來控制阻垢劑的投加量。由于總磷的人工分析 方法 比較繁瑣，分析時間長，客觀上造成監(jiān)測頻率低、分析結(jié)果滯后，非常不利于投加控制。自從購買了美國HACH公司的PHOSPHAX ∑sigma總磷分析儀之后，該鋼鐵公司的用戶對循環(huán)水中的總磷完全實行了自動監(jiān)測，根據(jù)分析儀監(jiān)測到的濃度結(jié)果來控制阻垢劑的投加量。因PHOSPHAX ∑sigma總磷分析儀的測量周期僅需10分鐘，大大增加了監(jiān)測頻率，從而可以根據(jù)總磷濃度的變化及時調(diào)整藥品的投加量。這樣使得投加阻垢劑的量更加準確，從而減少了阻垢劑的浪費，幾個月運行的結(jié)果表明，通過PHOSPHAX ∑sigma在線總磷分析儀及時準確的監(jiān)測循環(huán)水中總磷含量，在減輕分析人員的勞動強度的同時，大大降低了藥品的消耗及運行成本。由于PHOSPHAX ∑sigma在線總磷分析儀帶有自動清洗和自動校正功能，在保證儀器的測量數(shù)據(jù)準確性的同時，還減輕了操作人員的工作量。以下是使用PHOSPHAX ∑sigma在線總磷分析儀前后的效果及運行費用比較：
①節(jié)水：以前人工測量時，由于監(jiān)測頻率低，現(xiàn)場操作人員無法及時得到總磷數(shù)據(jù)，為了保證循環(huán)水水質(zhì)及阻垢效果，在循環(huán)水操作規(guī)程中有一條“日置換水1000噸”的規(guī)定;在用戶采用連續(xù)自動在線監(jiān)測以后，這條規(guī)定已經(jīng)被廢止。按照現(xiàn)在的水價1.2元/噸計，即每天就可以節(jié)約用水資金1,200元，每年可以節(jié)約43.80萬元，這當(dāng)中還不包括因為置換水所消耗的電力、水資源和人力等。考慮到 工業(yè) 用水的價格遠高于生活用水、今后的水價上漲趨勢，使用總磷在線分析儀可以更大地降低生產(chǎn)成本。
②節(jié)約阻垢劑：原來阻垢劑每日添加量兩桶，每月六十桶;而現(xiàn)在阻垢劑每月添加量大致在50桶左右;每月可節(jié)約十桶左右;年節(jié)約阻垢劑120桶，阻垢劑的價格是壹萬元左右一噸，40桶/噸。這樣每年可節(jié)約阻垢劑費用3萬余元。
綜合起來，可以發(fā)現(xiàn)，使用PHOSPHAX ∑sigma在線總磷分析儀可明顯降低循環(huán)水運行費用， 企業(yè) 每年可以降低生產(chǎn)成本至少在40萬元。
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