总磷在线分析仪在循环水中的应用
摘要：在 工业 循环冷却水系统中，经常会采用阻垢剂和缓腐剂来防止管路的结垢和被腐蚀。在循环水的管道表面即便只附着很薄的一层水垢，这些水垢都会极大地 影响 热量的传递和降低涡轮产生真空的效率。聚磷酸盐和磷酸是通用的、效果较好的阻垢剂和缓腐剂，它们的稳定效果取决于聚磷酸盐和磷酸与水中的钙、镁、铁和锰离子的综合反应情况，所以，控制循环水中阻垢剂的浓度是非常重要的。
关键词：总磷 在线 分析 仪 循环水中的 应用
在工业循环冷却水系统中，经常会采用阻垢剂和缓腐剂来防止管路的结垢和被腐蚀。在循环水的管道表面即便只附着很薄的一层水垢，这些水垢都会极大地影响热量的传递和降低涡轮产生真空的效率。聚磷酸盐和磷酸是通用的、效果较好的阻垢剂和缓腐剂，它们的稳定效果取决于聚磷酸盐和磷酸与水中的钙、镁、铁和锰离子的综合反应情况，所以，控制循环水中阻垢剂的浓度是非常重要的。
对测量技术的需求
通过在冷却循环水中加入适量的缓蚀剂能防止金属表面被腐蚀。那些能防止活性氢氧化层转变为腐蚀性阴离子的物质叫阳极性型缓蚀剂。典型的缓蚀剂有磷酸盐、聚亚硝酸盐、有机亚硝酸盐和铬酸盐等。
为了迅速、恰好在金属表面形成一层保护膜，加入缓蚀剂的浓度是非常重要的，否则将有可能产生蚀损斑的危险。在循环冷却水中，总磷的正磷酸盐的浓度要随循环系统中某些化学物质浓度的改变而发生变化，并且不同物质对总磷和正磷酸盐的影响程度是各不相同的。图1所示曲线表示的是在炼油厂中，冷却水中总磷和正磷酸盐的含量随某些化学物质浓度的改变而变化的情况。由于循环水水质的变化和蒸发作用，导致水中物质的浓度发生巨大的波动。这样的波动有时高达20%。
在循环冷却系统中，以前通常由人工分析来测量系统中物质的含量。由人工测得的参数来决定需向系统加入制造水的量。冷却循环系统中总磷含量的最佳值是2.2mg/L，但系统中磷的浓度由于蒸发等原因在不断地波动，经常总磷值将超过或低于此标准值。
为了实现总磷的实时监测，进而实现自动加药控制，要求总磷浓度可以自动地被仪器监测，仪器监测到的值通过仪器的模拟量输出口传送给控制中心、PLC或计量泵等，再由它们去控制加药量，以达到期望的处理效果。见图3控制流程图。
相应的测量技术
HACH公司专门针对工业循环冷却水中监测总磷而研发了型号为PHOSPHAX ∑ Sigma的总磷分析仪。当冷却循环水中total-P(总磷)和PO4-P(正磷酸)的含量在0.01~5.0mg/L时，总磷和正磷酸盐能被交替测量。所有的磷(包括聚磷酸盐和有机磷酸盐)都能被测出来。
所有的测量都在仪器内部的反应器中按预定的程序执行。反应器是执行分解反应的场所，它位于比色反应池和光度计之间。
仪器的自清洗和自校正功能使得仪器的测量数据更加准确，同时也减少了用户对引起的检查和维护工作。
测量原理
在含有钼酸盐离子和锑离子的酸性溶液中，由于钼酸盐离子和锑离子的共同作用，正磷酸盐离子将被抗坏血酸(维生素C)还原成磷钼酸盐，并呈现出蓝色。在规定的测量范围内，溶液中蓝颜色的强度与样品中正磷酸言的浓度成比例。在沸腾的强酸性溶液中，聚磷酸盐和有机磷酸盐将被水解成正磷酸盐。惰性的磷化合物将被过硫酸钠氧化，把其转化为可测量的正磷酸盐。
PHOSPHAX ∑ Sigma总磷分析仪在高温高压下能够正常工作。在如此苛刻的条件下，整个分析测试可以在10分钟内完成。
磷缓蚀剂含量的显示
仪器可以显示总磷及邻酸根含量，在输入相应的因子后，还可以直接显示对应的含磷缓蚀剂的浓度值，如图4。
应用 实例
华东地区某国有大型钢铁公司于2003年10月购买了一台美国Hach公司提供的PHOSPHAX ∑sigma总磷在线 分析 仪，用于监测103#高炉循环水系统中总磷的含量，并由此参数来控制投加阻垢剂的量。该仪器还可以同时测量循环水中磷酸盐的浓度,分析人员可以方便的通过总磷和磷酸盐的含量来 计算 出循环水中有机磷的含量;如果输入特定含磷阻垢剂的换算因子,仪器还可以直接显示该含磷阻垢剂的浓度。仪器的分析周期为10分钟，能够及时、准确地反应水中总磷的变化;同时，由于仪器带有数据输出端口，可以实现加药的自动控制。103#循环水系统中总磷的控制值是：1.2mg/L-2.0mg/L。在未使用PHOSPHAX ∑sigma在线总磷分析仪之前，此钢铁公司因中心实验室距现场有5公里，距离较远，不便于人工取样监测，监测频率仅为每周四次，每次由工作人员手工取样后，将水样送到实验室进行人工分析，由分析结果来控制阻垢剂的投加量。由于总磷的人工分析 方法 比较繁琐，分析时间长，客观上造成监测频率低、分析结果滞后，非常不利于投加控制。自从购买了美国HACH公司的PHOSPHAX ∑sigma总磷分析仪之后，该钢铁公司的用户对循环水中的总磷完全实行了自动监测，根据分析仪监测到的浓度结果来控制阻垢剂的投加量。因PHOSPHAX ∑sigma总磷分析仪的测量周期仅需10分钟，大大增加了监测频率，从而可以根据总磷浓度的变化及时调整药品的投加量。这样使得投加阻垢剂的量更加准确，从而减少了阻垢剂的浪费，几个月运行的结果表明，通过PHOSPHAX ∑sigma在线总磷分析仪及时准确的监测循环水中总磷含量，在减轻分析人员的劳动强度的同时，大大降低了药品的消耗及运行成本。由于PHOSPHAX ∑sigma在线总磷分析仪带有自动清洗和自动校正功能，在保证仪器的测量数据准确性的同时，还减轻了操作人员的工作量。以下是使用PHOSPHAX ∑sigma在线总磷分析仪前后的效果及运行费用比较：
①节水：以前人工测量时，由于监测频率低，现场操作人员无法及时得到总磷数据，为了保证循环水水质及阻垢效果，在循环水操作规程中有一条“日置换水1000吨”的规定;在用户采用连续自动在线监测以后，这条规定已经被废止。按照现在的水价1.2元/吨计，即每天就可以节约用水资金1,200元，每年可以节约43.80万元，这当中还不包括因为置换水所消耗的电力、水资源和人力等。考虑到 工业 用水的价格远高于生活用水、今后的水价上涨趋势，使用总磷在线分析仪可以更大地降低生产成本。
②节约阻垢剂：原来阻垢剂每日添加量两桶，每月六十桶;而现在阻垢剂每月添加量大致在50桶左右;每月可节约十桶左右;年节约阻垢剂120桶，阻垢剂的价格是壹万元左右一吨，40桶/吨。这样每年可节约阻垢剂费用3万余元。
综合起来，可以发现，使用PHOSPHAX ∑sigma在线总磷分析仪可明显降低循环水运行费用， 企业 每年可以降低生产成本至少在40万元。
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