水质硬度在线监测及自动控制

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摘 要：锅炉水质硬度在线测试一直是目前稠油热采中普遍存在的一项难题，本分析目前存在的问题，并提出解决水质硬度在线测试的新思路。

关键词：水质硬度；监测；控制

中图分类号：TP873 文献标识码：A 文章编号：1672-3198（2007）09-0243-02

1 引言

油田蒸汽锅炉能否安全、经济的运行，水质处理是非常重要的。锅炉给水不进行处理或处理不当，必然在受热面上结垢，使炉壁传热性能较低，增加燃料消耗，还会产生腐蚀、爆管，甚至引起爆炸事故。特别在原水水质硬度较大的地区，锅炉水处理，对确保锅炉安全经济运行；提高锅炉效率；延长锅炉使用年限；节约能源具有很重要的意义。

软化水设备的原理是利用离子交换树脂中基因的交换作用将水体中硬度成分如：

使后继管道及设备内部减少水垢带来的危害，延长设备的使用寿命。经单级或多级软化器处理后的水质硬度≤0.02ppm。

探讨目前水质硬度在线测试中存在的问题，并提出一种新的测试软化器的一、二级水质硬度的方法。根据测试值是否达到设定的需要再生的硬度值，自动发出再生指令，达到最终根据硬度值自动控制软化器再生、防止漏硬的目的。

2 现状

目前重油公司供热站锅炉用水为经过污水厂处理后再经供热站水处理设备软化后的循环用水，由于从污水厂来水为硬度非常高的水，硬度值一般在70~200ppm，硬度高的水严重威胁着锅炉的运行安全，为了满足锅炉用水硬度小于0.01ppm的要求，采用两级水处理。目前水处理设备采取人工每两小时循环测试一次软化器一、二级水质硬度，并根据水质硬度值人工发出再生指令的运行方式。

该运行方式存在以下问题：（1）两个小时测试一次，而不是实时测试，在两次测试之间完全有可能出现漏硬发生，对此将无法及时发现并采取措施。（2）测试结果准确度不高。因采用人工测试，同一测试样品，不同人同时测试或同一人不同时期测试结果的都有可能不同。测试结果的重复性比较差。（3）因为是采取人工测试，所以再生过程无法实施自动控制。（4）职工的劳动强度比较大。一组软化器水处理工就需要测试两个一级硬度、两个二级硬度，18#站有10组软化器，每个测试周期内最多就需采集40个水样并进行测试。

锅炉水质硬度的自动在线测试并根据硬度值确定自动再生，目前国内一直还处于空白状态。主要原因是由于对水质硬度的在线测试存在很大的困难，目前普遍尝试采用化学比色分析的方法来进行硬度的测试。但这种测试不可避免地存在以下问题：（1）测试周期长，实时性差。化学分析法测试水质硬度反应速度比较慢，测试一个水样时间为4分钟左右，而现场少则20个多则40个水样需要测试，造成测试周期比较长，不能实时反应现场的数据。（2）由于是污水厂来水，水质较差，有一定的浊度，对于用比色原理测试硬度有一定的影响，造成测试结果误差较大。（3）过滤问题比较难解决。（4）仪器价格昂贵。（5）如采用一台仪器测试多组水处理，很难避免相互之间的干扰。

由于上述原因，目前水处理控制一直不能形成一个闭环的自动控制过程。

3 系统组成

本系统由硬度测试、采集与控制、集中监控三部分组成。针对化学比色法在水质硬度测试中存在诸多问题，本项目最大的难点是寻求满足在线测试水质硬度的新方法。本课题将选用离子选择电极作为水质硬度的测试方法。

硬度测试仪主要技术指标

（1）测试范围 0~999 ppm

（2）分辨率0.01ppm

（3）精度+5%

（4）工作温度范围0～＋50℃

（5）模拟输出4~20ma

采集与控制部分的硬件是以C8051FO20单片机为核心构成的数据采集模块。

集中监控部分是以组态王6.51开发的集中监控画面，画面中将显示一、二级水质硬度值和水处理设备的工作状态。

4 使用效果

针对目前采用的测试方法测试周期长、无法实现在线测试等缺点，尝试运用离子选择电极的方法进行水质硬度的在线测试。下图为离子选择电极在实验室环境下对标准水样进行测试的曲线图。

通过上图可以看出在实验环境下测试水质硬度，测试值波动范围在±5%之间，可以满足现场测试需要。

注：“本文中所涉及到的图表、注解、公式等内容请以PDF格式阅读原文。”