總磷在線分析儀在循環水中的應用
摘要：在 工業 循環冷卻水系統中，經常會采用阻垢劑和緩腐劑來防止管路的結垢和被腐蝕。在循環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情況，所以，控制循環水中阻垢劑的濃度是非常重要的。
關鍵詞：總磷 在線 分析 儀 循環水中的 應用
在工業循環冷卻水系統中，經常會采用阻垢劑和緩腐劑來防止管路的結垢和被腐蝕。在循環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情況，所以，控制循環水中阻垢劑的濃度是非常重要的。
對測量技術的需求
通過在冷卻循環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變為腐蝕性陰離子的物質叫陽極性型緩蝕劑。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，否則將有可能產生蝕損斑的危險。在循環冷卻水中，總磷的正磷酸鹽的濃度要隨循環系統中某些化學物質濃度的改變而發生變化，并且不同物質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物質濃度的改變而變化的情況。由于循環水水質的變化和蒸發作用，導致水中物質的濃度發生巨大的波動。這樣的波動有時高達20%。
在循環冷卻系統中，以前通常由人工分析來測量系統中物質的含量。由人工測得的參數來決定需向系統加入制造水的量。冷卻循環系統中總磷含量的最佳值是2.2mg/L，但系統中磷的濃度由于蒸發等原因在不斷地波動，經常總磷值將超過或低于此標準值。
為了實現總磷的實時監測，進而實現自動加藥控制，要求總磷濃度可以自動地被儀器監測，儀器監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，再由它們去控制加藥量，以達到期望的處理效果。見圖3控制流程圖。
相應的測量技術
HACH公司專門針對工業循環冷卻水中監測總磷而研發了型號為PHOSPHAX ∑ Sigma的總磷分析儀。當冷卻循環水中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部的反應器中按預定的程序執行。反應器是執行分解反應的場所，它位于比色反應池和光度計之間。
儀器的自清洗和自校正功能使得儀器的測量數據更加準確，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，并呈現出藍色。在規定的測量范圍內，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，在輸入相應的因子后，還可以直接顯示對應的含磷緩蝕劑的濃度值，如圖4。
應用 實例
華東地區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，用于監測103#高爐循環水系統中總磷的含量，并由此參數來控制投加阻垢劑的量。該儀器還可以同時測量循環水中磷酸鹽的濃度,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、準確地反應水中總磷的變化;同時，由于儀器帶有數據輸出端口，可以實現加藥的自動控制。103#循環水系統中總磷的控制值是：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場有5公里，距離較遠，不便于人工取樣監測，監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，客觀上造成監測頻率低、分析結果滯后，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水中的總磷完全實行了自動監測，根據分析儀監測到的濃度結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，大大增加了監測頻率，從而可以根據總磷濃度的變化及時調整藥品的投加量。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，幾個月運行的結果表明，通過PHOSPHAX ∑sigma在線總磷分析儀及時準確的監測循環水中總磷含量，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據準確性的同時，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節水：以前人工測量時，由于監測頻率低，現場操作人員無法及時得到總磷數據，為了保證循環水水質及阻垢效果，在循環水操作規程中有一條“日置換水1000噸”的規定;在用戶采用連續自動在線監測以后，這條規定已經被廢止。按照現在的水價1.2元/噸計，即每天就可以節約用水資金1,200元，每年可以節約43.80萬元，這當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 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成本。
②節約阻垢劑：原來阻垢劑每日添加量兩桶，每月六十桶;而現在阻垢劑每月添加量大致在50桶左右;每月可節約十桶左右;年節約阻垢劑120桶，阻垢劑的價格是壹萬元左右一噸，40桶/噸。這樣每年可節約阻垢劑費用3萬余元。
綜合起來，可以發現，使用PHOSPHAX ∑sigma在線總磷分析儀可明顯降低循環水運行費用， 企業 每年可以降低生產成本至少在40萬元。
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