宝钢能源环保部水分析仪表

《冶金自动化》2012 年 S2
宝钢能源环保部水分析仪表
李刚
（ 宝钢不锈钢有限公司 能源环保部，上海 200431） 摘要： 主要介绍宝钢集团不锈钢有限公司能源环保部水处理系统中水分析仪表的工作原理、选型安装的注意事 项以及常见故障的判断和维护情况。 关键词： 水分析仪表； 安装； 维护； 故障判断
液体内发射 散 射 光，当 光 束 投 到 液 体 中 的 悬 浮 粒 子 B 时，光速在 B 上发生漫反射，其中一部分反射 光到达探头 A 上的光探测器 C。由 C 将反射光的 强度转换成相对应的电流信号送到仪表的放大电 路进行处理。
目前冷轧废水现场有 2 套 YOKOGAWA 公司 型号为 TB750G、测量范围为 0 ～ 100 mg / L 的浊度 分析仪表。图 3 所示为现场安装照片。
图 5 浮球式 pH 计安装效果
5 水分析仪表的故障判断
以电导率仪和 pH 计为例，水分析仪表大致故 障如表 2 所示。
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《冶金自动化》2012 年 S2
表 2 故障列表
现象
原因
处理方法
仪表 指 电源没有接通 示为零 电极回路断路
检测电源和保险丝 检查电极回路连线
仪表 指 电极连线短路 示最大 被测介质超标
1 水分析仪表在水处理系统中的地位
在水处理系统中，如果把 PLC 控制系统比作 人的大脑，那 么 各 种 水 分 析 仪 表 就 是 人 的 眼 睛。 仪表能连续 检 测 各 工 艺 参 数，并 将 测 定 值 与 设 定 值连续进行比较，当发生偏差时，自动调节和控制 药剂投加量，从而保证了水处理的质量，协调各水 处理工艺之 间 的 关 系，所 以 在 先 进 的 水 处 理 系 统 中水分析仪表具有非常重要的作用。
Em = （ RmE /Q） × r
由此可知，在电导率 r 改变时，即溶液浓度发生 改变时，就会引起 Em 的相应变化，因此通过测量 Em 的大小就可以反映电导率 r 或溶液浓度的大小。
目前能源环保部在线计量的电导率仪共有 30 余台，具体安装场所和数量见图 2，产品主要以德 国 E + H 公司和美国 GF 公司的产品为主。在冷 轧水处理区域电导率测量范围为 0 ～ 100 μS / cm、 在 1#化水站区域电导率测量范围主要为 0 ～ 200 μS / cm、在 1# 炼钢水处理区域电导率测量范围主 要为 0 ～ 1 500 μS / cm 和 0 ～ 4 500 μS / cm。
Em = RmE /（ Rm + Rx） 当 Rm ＜＜ Rx ，可得：
收稿日期： 2012-03-27； 修改稿收到日期： 2012-06-08 作者简介： 李 刚（ 1970-） ，男，上海人，高级技师，主要从事冶金仪表自动控制的设计、安装调试和点检维护方面的S2
CPM223-PR0005 T23-PH
AIT5030C 8750-1 EXAxt450
浊度仪
电导率仪 ORP 测定仪 TOC 分析仪
mg / L
μS / cm mS / cm
mV 10 － 6
CUM253-TU0505 TB 750G
CLM253-CD0505 8850-1
T23-ORP / A-Vm
2 水分析仪表的主要型号和厂家
目前，能源环保部依据仪表的性价比、备件情 况、售后服务等方面进行比较，采用了一批进口仪 表。表 1 归纳了目前现场使用的水分析仪表的主 要厂家和规格型号。
检测对象
pH 值
浊度 电导率 氧化还原电位差 总有机碳
表 1 水分析仪表的主要厂家和规格型号
名称
单位
规格型号
pH 计
COD（ Chemical Oxygen Demand） 值 即 水 质 化 学需氧量，它 反 映 了 水 体 受 还 原 性 物 质 污 染 的 程 度。在自然界 的 循 环 中，有 机 化 合 物 在 生 物 降 解 过程中不断消耗水中的溶解氧而造成氧的损失， 从而破 坏 水 环 境 和 生 物 群 落 的 生 态 平 衡，因 此 COD 是我国颁布的环境水质标准的主要检测指标 之一。
图 3 现场安装照片
3. 3 pH 计 水的酸碱度可用氢离子浓度［H + ］的大小表
示。由于水中 氢 离 子 浓 度 的 绝 对 值 很 小，因 此 一 般采用 pH 值来表示水的酸碱度，定义为 pH = － lg ［H + ］。与之相应有： pH = 7 为中性溶液，pH ＞ 7 为碱性溶液，pH ＜ 7 为酸性溶液。pH 值的测量采 用电位测量法。图 4 所示为 pH 计工作原理，由图 4 可知 pH 计的检测部件有两个电极，一个是参比 电极，它的电极电位是个固定的常数； 另一个是测 量电极，它的 电 极 电 位 随 着 溶 液 氢 离 子 浓 度 而 变 化，根据两者 间 的 电 极 电 位 差 值 反 映 水 中 氢 离 子 的浓度，即 pH 值的大小。
TOC 分析仪即总有机碳分析仪是将处理后的 定量水样燃烧，完全氧化其中的有机成分，再使用 红外原理测定其生成的 CO2 浓度，直接得出 TOC 值，进而通过相关性转换成 COD 值。由于 TOC 法 利用 高 温 燃 烧 氧 化，有 机 物 氧 化 率 几 乎 达 到 100% ，因此能够精确地表达水样中有机物含量。 相比 COD 分析仪，TOC 分析仪具有在线分析时间 短、不存在二次污染以及维护简便等优点。
图 2 电导率区域分布图
3. 2 浊度仪 浊度用来 表 示 水 的 浑 浊 程 度，按 照 国 际 标 准
化组织 ISO 的定义，浊度是由于不溶性物质的存 在而引起液体的透明度降低的一种量度。浊度仪 同时具有浊 度 和 温 度 测 量，检 测 液 体 中 悬 浮 粒 子 对固定光束的漫反射是浊度仪工作的基本原理。 如测量探头 A 置于液体中，探头 A 上的点光源向 ·530·
清洗开关 消除一 次 探 头 和 介 质间 的气泡
6 结束语
宝钢不锈钢有限公司对水质的环保排放指标 非常重视，2002 年以来投入了大量资金对污水处
理设备进行 了 改 造，十 年 来 污 水 处 理 系 统 得 到 大 幅度升级，大 大 提 高 了 污 水 处 理 的 生 产 能 力。 但 由于水处理区域范围比较大，自动化仪表的种类、 数量和型号 规 格 比 较 多，同 样 原 理 的 仪 表 由 于 厂 家的不同设置导致调试方法会有变化； 而同样厂 家的仪表使用在不同的区域由于工艺状况不同， 表现出的故障状况也不一样。另外水分析进口仪 表都是智能 型 仪 表，可 以 说 仪 表 本 身 就 是 一 台 小 型的计算机，其价格动则上万元，所以对仪表点检 人员的维护和处理故障水平要求也很高。因此我 们做到了以下几点：
图 1 分压式电导率仪的工作原理示意图
Em = RmE / Rx 而 Rx = pL / A = （ 1 / r） × （ L / A） = Q / r 式中，p，r 分别为电阻率和电导率； L 为电极的相 对距离； A 为电极的相对截面积； Q 为电极常数 （ 对于已定电极） 。将 Rx 代入 Em 得：
图 4 Ph 计工作原理
目前能源环保部共有近 30 台 pH 计，主要安 装在冷轧废水、冷轧化水站、1# 化水站等处。其中
《冶金自动化》2012 年 S2
冷轧废水的 pH 计根据测得的 pH 值，控制石灰的 投入量。安装在四污水沉沙池和格栅池的 pH 计 测量值是公司的环保指标之一，相当重要。 3. 4 ORP 测定仪
ORP（ Oxidation-Reduction Potential） 计是测量 氧化还原电位差的仪表。氧化还原电位能帮助我 们了解水体中存在什么样的氧化物质或还原物质 及其存在 量，是 水 体 的 综 合 指 标 之 一。 氧 化 还 原 电位差是一个物质与另一个物质产生反应作用时 吸收电子而 产 生 的 电 位 差，氧 化 还 原 电 位 可 用 能 斯特方程式表示：
Eh = Eh0 + （ 2. 303RT / nF） × log（ Ox / Red）
式中，Eh0 为标准电极电位； Ox 为氧化物溶液的浓 度； Red 为还原物溶液的浓度； R 为气体常数； T 为 溶液的热力学温度； F 为法拉第常数； n 电极得失 电子数。
测量方法与 pH 计相同： 比较被测量液中金属 电极（ 金或铂） 电位与比较电极电位的电位差。目 前冷轧废水 区 域 有 两 台 美 国 德 菲 公 司 产 品，型 号 为 T23-ORP / A-Vm 的 ORP 分析仪用来测量含铬 废水。 3. 5 总有机碳分析仪
目前在冷轧废水有一套奥地利 SCAN 公司生 产的 TOC 分析仪。其测量范围是 0 ～ 100 × 10 － 6 ， 考虑到其值 对 公 司 环 保 指 标 很 重 要，因 此 由 上 海 市计量测试技术研究院分一年二次做校验。
4 水分析仪表的安装和维护
水分析仪表的安装主要针对一次 探 头 的 安
对于水分 析 仪 表 的 一 次 探 头，由 于 常 年 和 各 种污水接触，因 此 探 头 电 极 会 被 污 垢 和 化 学 物 质 包裹而影 响 测 量 精 确，所 以 日 常 维 护 很 重 要。 日 常维护要求： （ 1） 定期清洗测量电极； （ 2） 检查变 送器信号线和接地线是否接线良好； （ 3） 每年定期 校验和修正 参 数，特 别 要 注 意 校 验 用 的 专 用 化 学 试剂不要 过 期，否 则 标 液 有 问 题 了，会 产 生 校 验 误差。
D-316-2-230
品牌厂家
E+H 德菲 GF YOKOGAWA
E+H YOKOGAWA
E+H GF 德菲
SCAN
3 水分析仪表的工作原理
3. 1 电导率仪 图 1 所示的是分压式电导率仪的工作原理示
意图，一对 铂 黑 电 极 与 被 测 溶 液 构 成 了 电 导 池。