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石化行業(yè)中通過(guò)智能自動(dòng)化實(shí)行高效的pH控制

http://mamafrist.com 2015年09月19日        

    隨著高硫(酸性)原油的加工越來(lái)越多,碳?xì)浠衔锛庸て髽I(yè)(HPI)對(duì)酸性氣體腐蝕與排放的控制日趨嚴(yán)格。為了提高過(guò)程的可靠性,pH測(cè)量的跟蹤記錄變得尤為重要。如果無(wú)法及時(shí)解決問(wèn)題,在線測(cè)量就變得沒(méi)有意義了。而且即使發(fā)現(xiàn)問(wèn)題所在,由于既定工序的局限性,也往往無(wú)法進(jìn)行有效的維護(hù)。

    全球性的商業(yè)競(jìng)爭(zhēng)愈演愈烈,使生產(chǎn)型企業(yè)也更加講究操作的效率并力爭(zhēng)更大的利潤(rùn)空間。而分析儀表無(wú)疑是幫助企業(yè)優(yōu)化工藝流程、提高過(guò)程安全性及生產(chǎn)力的最佳工具。HPI企業(yè)趨向于對(duì)儀表按需維護(hù)。而新型智能化pH電極和自動(dòng)化技術(shù)相結(jié)合,就能為您提供這種可靠的、具有維護(hù)提醒功能的測(cè)量系統(tǒng)。

腐蝕與過(guò)程控制

    在許多煉油廠,硫化銨引起的腐蝕是非常嚴(yán)重的,需要由在線的pH來(lái)監(jiān)測(cè)。通過(guò)對(duì)酸水中和過(guò)程的pH監(jiān)控,可以有效避免腐蝕,延長(zhǎng)高架冷凝管和其它工藝管道的使用壽命。這可以明顯降低維護(hù)費(fèi)用,減少抗腐蝕劑的使用量,并大大縮短被動(dòng)停機(jī)時(shí)間。

    在原油蒸餾單元里,通過(guò)pH值的異常變化可以找出脫鹽系統(tǒng)的故障所在。在脫鹽點(diǎn)測(cè)量pH有助于打散乳濁液并避免污染物毒害下游使用的昂貴的催化劑。

    氫化裂解和氫化加氫裝置也容易受到硫化銨的腐蝕,高溫、高壓的條件對(duì)pH測(cè)量的可靠性要求更高。汽提塔的pH測(cè)量點(diǎn)要求更苛刻,因?yàn)樗粌H用于防腐,更用于提高汽提效率。

    腐蝕不但會(huì)造成資產(chǎn)損失,還會(huì)引起一系列的安全問(wèn)題,比如揮發(fā)性產(chǎn)品一旦泄露就可能引發(fā)火災(zāi)或爆炸。在酸水測(cè)量點(diǎn),監(jiān)測(cè)pH的目的是防止H2S類(lèi)氣體的意外釋放,引起致命的泄露,危害環(huán)境。HPI企業(yè)都在尋找新的辦法來(lái)避免因腐蝕問(wèn)題引起的巨大損失。

    在石化行業(yè),如乙烯的生產(chǎn)中,pH測(cè)量占據(jù)著十分重要的角色。例如,急冷塔的水受反應(yīng)影響很大,會(huì)變得渾濁,腐蝕性很強(qiáng),而腐蝕性的條件對(duì)pH測(cè)量很不利。錯(cuò)誤的pH值會(huì)降低產(chǎn)率,影響排放達(dá)標(biāo),甚至還會(huì)威脅到過(guò)程的安全性。在這些動(dòng)態(tài)點(diǎn)測(cè)量pH的目的是要優(yōu)化工藝過(guò)程的操作,而在這樣的條件下需要特別可靠的分析系統(tǒng)才能把pH測(cè)好。

測(cè)量難點(diǎn)

    常見(jiàn)的測(cè)量問(wèn)題多由電極隔膜被微粒堵塞引起,以及敏感膜部分被物理性覆蓋或發(fā)生化學(xué)反應(yīng)引起包裹。隔膜堵塞會(huì)引起測(cè)量值的偏移或漂移,而敏感膜的覆蓋會(huì)使響應(yīng)速度從等于或小于10秒,延長(zhǎng)到幾分鐘之久。薄至1mm的表面覆蓋層,就會(huì)使pH值無(wú)法檢測(cè)。

    大多數(shù)的維護(hù)工程師已經(jīng)對(duì)上述苛刻環(huán)境下的pH校準(zhǔn)工作非常熟悉了。經(jīng)常清洗電極有助于提高測(cè)量精度、延長(zhǎng)電極壽命,經(jīng)常校準(zhǔn)可以彌補(bǔ)響應(yīng)時(shí)間、偏移和斜率的改變。而實(shí)際上我們的客戶往往缺乏足夠的人力來(lái)做這些瑣碎的工作。實(shí)現(xiàn)可靠pH測(cè)量的解決方案就是提供一套綜合系統(tǒng),將電極的自動(dòng)清洗、校準(zhǔn)與智能化診斷功能合而為一。

自動(dòng)化系統(tǒng) 

    使用自動(dòng)清洗、校準(zhǔn)系統(tǒng)的目的就是使pH電極處于理想的工作狀態(tài)。模塊化系統(tǒng)的組成之一提拉式護(hù)套可以保證在不中斷生產(chǎn)的前提下將電極從測(cè)量介質(zhì)中抽出來(lái),電極的沖洗、清洗以及2點(diǎn)校準(zhǔn)都可以在護(hù)套內(nèi)自動(dòng)完成。

    模塊化的系統(tǒng)組成給用戶提供了選擇的空間,較輕的污染可用清水間斷性沖洗,較重的結(jié)垢污染則需要徹底的化學(xué)試劑來(lái)清洗。徹底的全自動(dòng)系統(tǒng)是指清洗之后再實(shí)現(xiàn)兩點(diǎn)校準(zhǔn)功能。系統(tǒng)既可以獨(dú)立操作也可以集成進(jìn)DCS系統(tǒng)里。

    提拉式護(hù)套有兩個(gè)功能,第一個(gè)功能是在不中斷生產(chǎn)的前提下將電極抽出,第二個(gè)功能是提供一個(gè)腔體以供電極的清洗和校準(zhǔn)。圖2是提拉護(hù)套的工作狀態(tài)示意,位置一是未清洗電極所處的正常測(cè)量位置,位置二是電極已經(jīng)被提拉進(jìn)護(hù)套腔體內(nèi),與測(cè)量介質(zhì)完全隔絕。電極先被沖洗,再由注入的清潔液進(jìn)行清洗,通過(guò)混勻以及溶液的化學(xué)成份的作用,可以去除各種頑固的污物。

    在清洗步驟完成后,兩種標(biāo)準(zhǔn)緩沖液相繼注入腔體,與此同時(shí),校準(zhǔn)開(kāi)始進(jìn)行。校準(zhǔn)完成后,電極再次被沖洗,而后被推入測(cè)量位置。

    這些操作步驟允許自由編程,詳見(jiàn)圖4所示。根據(jù)系統(tǒng)的設(shè)定,電極從測(cè)量環(huán)境中提出,沖洗過(guò)程由水和氣交替進(jìn)行,為了避免腔體內(nèi)不同溶液之間造成交叉污染,每?jī)刹讲僮髦g都要執(zhí)行沖洗步驟。沖洗之后,用于清洗的化學(xué)液體注入腔體并浸泡一定的時(shí)間。

    清洗完成后,第一種緩沖液被引入,變送器的緩沖液自動(dòng)識(shí)別功能可以讀出正確的pH數(shù)值,穩(wěn)定后儲(chǔ)存第一個(gè)mV值,之后第二種緩沖液注入,讀出后儲(chǔ)存下來(lái)。斜率和零點(diǎn)可以自動(dòng)計(jì)算并儲(chǔ)存,校準(zhǔn)完成。再經(jīng)過(guò)一輪沖洗后,電極就可以被重新插入測(cè)量位置。沖洗和清洗過(guò)程對(duì)于改善電極的測(cè)量性能和延長(zhǎng)使用壽命起著至關(guān)重要的作用。兩點(diǎn)校準(zhǔn)的步驟適用于任何使用之前的必須校準(zhǔn)。

智能pH傳感器

    智能電極商業(yè)化已經(jīng)有很多年了,尤其是在校準(zhǔn)數(shù)據(jù)的儲(chǔ)存和傳感器的識(shí)別方面,而一種新型的智能化電極已經(jīng)遠(yuǎn)遠(yuǎn)超越了這一舊的概念,它能為電極的維護(hù)和更換提供明確的指導(dǎo)。這就是說(shuō),它能提供一種預(yù)知性的維護(hù)提示,而不是被動(dòng)的。

    智能化電極管理(ISM)基于數(shù)字芯片技術(shù),在pH的測(cè)量管理上開(kāi)創(chuàng)了一個(gè)新的標(biāo)準(zhǔn)。系統(tǒng)由pH傳感器和變送器組成,傳感器的前端植入了記憶芯片,由變送器提供動(dòng)力并讀取。電極的相關(guān)數(shù)據(jù),諸如識(shí)別、校準(zhǔn)、操作時(shí)間及環(huán)境條件等均可以被記錄下來(lái)。這些數(shù)據(jù)用于連續(xù)地監(jiān)測(cè)電極狀態(tài),并根據(jù)實(shí)際使用情況推薦合適的維護(hù)。自適應(yīng)性的診斷信息給予用戶預(yù)維護(hù)指導(dǎo),因而可以大大減少工廠的停機(jī)時(shí)間和維護(hù)費(fèi)用。

    電極的輸出實(shí)際上是數(shù)字信號(hào),以保障在干擾的環(huán)境下獲得可靠的測(cè)量值。系統(tǒng)帶來(lái)的好處:

 ·安裝 – 即插即測(cè)功能
 ·校準(zhǔn) – 預(yù)校準(zhǔn),自適應(yīng)校準(zhǔn)計(jì)時(shí)器和校準(zhǔn)數(shù)據(jù)記憶功能
 ·故障查找 – 預(yù)診斷功能,傳感器網(wǎng)狀圖
 ·傳感器更換 – 基于實(shí)際使用狀況記錄的電極老化度監(jiān)測(cè)
 ·數(shù)字信號(hào)傳輸

即插即測(cè)

    傳統(tǒng)的pH電極的安裝首先需要校準(zhǔn),這就要求工作人員攜帶緩沖液到現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行兩點(diǎn)校準(zhǔn),且不論戶外的條件可能很惡劣,還很耽誤時(shí)間。

    新的數(shù)據(jù)儲(chǔ)存功能的好處就是可以通過(guò)一個(gè)USB接口和計(jì)算機(jī)連接起來(lái)對(duì)電極進(jìn)行離線的校準(zhǔn),這也就是說(shuō),可以在一個(gè)較為舒適的環(huán)境里,例如實(shí)驗(yàn)室,對(duì)電極進(jìn)行預(yù)校準(zhǔn),而不需要拎著清洗液和緩沖液跑來(lái)跑去。

    電極的校準(zhǔn)數(shù)據(jù)都儲(chǔ)存在芯片里,變送器只要和電極連上就可以實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的共享。這不但可以避免設(shè)置上的錯(cuò)誤,還可以立即進(jìn)行測(cè)量。此外,軟件還通過(guò)提供校準(zhǔn)和維護(hù)管理進(jìn)一步完善了ISM的功能。

增強(qiáng)的診斷功能

    診斷功能為變送器提供了連續(xù)的傳感器使用和維護(hù)信息。通過(guò)監(jiān)測(cè)膜阻抗和參比電極阻抗,ISM能夠提供基于實(shí)際使用狀態(tài)的診斷信息。監(jiān)測(cè)過(guò)程的pH值、溫度和使用時(shí)間,ISM就可以測(cè)算出電極何時(shí)需要校準(zhǔn)、清洗和更換。維護(hù)要求可以提前獲知,所有數(shù)據(jù)都可以在變送器的本地化界面里讀取,同時(shí),F(xiàn)F和Profibus網(wǎng)絡(luò)里也可以讀取到這些數(shù)據(jù),ISM為您提供真正的預(yù)知性維護(hù)。

老化度監(jiān)測(cè)

    ISM的主要功能之一就是電極的老化度監(jiān)測(cè)。有了這種功能,就可以精確地預(yù)知電極何時(shí)需要維護(hù),既可以避免因提前更換而造成的浪費(fèi)又可以避免電極突發(fā)故障導(dǎo)致的計(jì)劃外停機(jī)。

    在苛刻的環(huán)境下使用無(wú)疑會(huì)大大縮短電極的壽命,升溫會(huì)加快pH電極的老化,既然溫度傳感用于進(jìn)行溫度的補(bǔ)償,那么記錄的溫度數(shù)據(jù)就能預(yù)測(cè)出電極剩余的工作時(shí)間。過(guò)高或過(guò)低的pH值也會(huì)影響電極的壽命,公式(1)列出了這些因素對(duì)電極壽命的影響。

Wear = Time in service (fpH)(fT)(fC)          (1)
而:
fpH =和溶液pH值有關(guān)
fT =和溫度有關(guān)
fC =和所測(cè)介質(zhì)的化學(xué)組成有關(guān)

    電極的老化程度有兩種簡(jiǎn)單的顯示方式:條狀圖的黑色填滿時(shí)就意味著電極已經(jīng)損耗到極點(diǎn)必須要更換了;另一條信息就是電極曾經(jīng)經(jīng)受過(guò)的最高溫度,這對(duì)于因現(xiàn)場(chǎng)降溫失效或過(guò)程漂移異常引起的問(wèn)題能夠提供有用的診斷信息。

    影響電極使用狀態(tài)的七個(gè)因素,包括電極的老化度,周長(zhǎng)顯示的是電極最佳狀態(tài),超過(guò)內(nèi)圈則為預(yù)警范圍[圖例為校準(zhǔn)時(shí)間已過(guò)(預(yù)警),其它參數(shù)都顯示為良好。

自適應(yīng)校準(zhǔn)

    許多變送器可以設(shè)置校準(zhǔn)間隔并能在超時(shí)后發(fā)出提醒,殊不知,影響電極使用壽命的因素也一樣會(huì)影響電極的校準(zhǔn)間隔,pH電極的性能和現(xiàn)場(chǎng)使用條件的關(guān)系很大,因此對(duì)診斷功能的要求就比較高。

    “pH適應(yīng)性校準(zhǔn)循環(huán)”正是為此而設(shè)計(jì)的。在pH測(cè)量中,可以使用一種可比的老化模型(如圖6所示)來(lái)補(bǔ)償電極的損耗。假如在苛刻的條件下使用,自適應(yīng)校準(zhǔn)計(jì)時(shí)器很可能會(huì)提示你在10天后就需要校準(zhǔn)電極了而非原定的14天。這種功能可以避免電極在過(guò)度疲勞的狀態(tài)下繼續(xù)使用而影響測(cè)量精度。

系統(tǒng)解決方案

    采用帶自動(dòng)清洗和校準(zhǔn)功能的pH測(cè)量系統(tǒng),可以大大降低維護(hù)工作量,使工人們可以從單調(diào)重復(fù)的清洗工作中解放出來(lái)去做一些要求更高的工作。

    我們已經(jīng)知道影響電極表現(xiàn)的種種干擾因素,測(cè)量這些參數(shù)就可以實(shí)現(xiàn)電極的診斷功能,而對(duì)日常數(shù)據(jù)的分析和處理則可以幫您做到預(yù)知式的維護(hù)。采用智能化電極管理(ISM)可以獲得預(yù)知的數(shù)據(jù),幫您判定何時(shí)需要進(jìn)行維護(hù),避免由于電極故障導(dǎo)致計(jì)劃外的停機(jī)。

    以上幾點(diǎn)均可以改善在線pH的測(cè)量性能,為了滿足HPI企業(yè)的需求,需要將自動(dòng)清洗和校準(zhǔn)功能與智能化電極管理結(jié)合起來(lái)。除了能實(shí)現(xiàn)更長(zhǎng)的電極壽命、減少人為干擾,還能提高測(cè)量精度和可靠性,而減少的停機(jī)時(shí)間,提高的過(guò)程效率,工廠安全性的加強(qiáng)、更嚴(yán)格的pH控制帶來(lái)的產(chǎn)品質(zhì)量的提升和腐蝕的降低,對(duì)我們的客戶來(lái)講則是更無(wú)形的效益。

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