普光氣田污水處理分析儀表的方案設(shè)計(jì)

林長(zhǎng)波

（中石化石油工程設(shè)計(jì)有限公司，山東 東營(yíng) 257061）

0 引言

普光含硫氣田具有“三高”的特點(diǎn)：高壓、高產(chǎn)量、高含硫。由于氣田采出天然氣含有大量的酸液，酸液中含有大量的Cl-，溶液中溶解有大量的H2S以及CO2，對(duì)材料的腐蝕除包含電化學(xué)腐蝕外，還包括硫化物應(yīng)力腐蝕開(kāi)裂（SSC）、氫致破裂（HIC）、應(yīng)力導(dǎo)向氫誘發(fā)裂紋（SOHIC）等。

普光氣田各集氣站場(chǎng)的采出液，采用各站匯集到一座污水站集中處理的方式。由于普光氣田為高含硫氣田，采出液為含有H2S的酸液，根據(jù)污水回注PH值的要求，回注液的PH值要求在7±0.5的范圍內(nèi)，所以采出液需經(jīng)過(guò)加藥、加ClO2等處理合格后才能回注。為檢測(cè)回注液的PH值是否達(dá)到要求，溶液的PH值、余氯含量、COD含量是必不可少的檢測(cè)參數(shù)。

1 分析儀表的檢測(cè)原理

組分分析儀表是對(duì)物質(zhì)的成分及性質(zhì)進(jìn)行分析和測(cè)量的儀表[1]。組分分析的方法一般有兩種：一種是定期取樣，在化驗(yàn)室進(jìn)行化驗(yàn)，測(cè)定各種成分含量；另一種是使用連續(xù)（在線(xiàn)）工作的組分分析儀表對(duì)介質(zhì)中的某種或幾種成分進(jìn)行連續(xù)的測(cè)定，其中在線(xiàn)分析儀又分為單組分檢測(cè)分析儀表和多組分分析儀表[2]。普光氣田污水處理工程中，建有專(zhuān)門(mén)的化驗(yàn)室，用于取樣、人工化驗(yàn)介質(zhì)中的成分。本文主要介紹裝在工藝管線(xiàn)或者設(shè)備上的連續(xù)在線(xiàn)檢測(cè)單組分的水質(zhì)分析儀表。

污水處理流程中常用的分析儀表主要包括：PH值分析儀、余氯分析儀、COD分析儀。

圖1 PH值分析儀Fig.1 PH Analyzer

圖2 PH值與電勢(shì)關(guān)系圖Fig.2 Relationship diagram of PH value and potential

1.1 PH值分析儀檢測(cè)原理

PH值是表征溶液酸堿程度的數(shù)學(xué)表達(dá)形式。

PH = -log [H+]，[H+][OH-] = 10-14

根據(jù)能斯特方程：E = E0 +（1.98×10-4）TK pH，25℃時(shí)，變化率為59.16mv/pH。

利用對(duì)溶液pH值變化敏感的測(cè)量電極和有恒定電位的參比電極所組成的工作電池來(lái)測(cè)量電勢(shì)，從而利用待測(cè)溶液的pH值與工作電池的電勢(shì)大小之間的線(xiàn)性關(guān)系來(lái)實(shí)現(xiàn)測(cè)定[3]。

目前最常用的是玻璃電極法，帶雙階參比電極（接地電極和參比電極），使用差分測(cè)量技術(shù)，內(nèi)置溫度傳感器進(jìn)行溫度補(bǔ)償，具有優(yōu)異的準(zhǔn)確度和可靠性。

1.2 余氯分析儀檢測(cè)原理

電化學(xué)方法：電極的陽(yáng)極為銀電極，陰極為金電極。電極前端有滲透膜和電解液。滲透膜可以選擇性讓ClO-穿透；在兩個(gè)電極之間有一個(gè)固定電位差，生成的電流強(qiáng)度可以換算成余氯濃度。

在陰極上：ClO-+ 2H++ 2e- → Cl- + H2O

在陽(yáng)極上：Cl-+ Ag → AgCl + e-

圖3 余氯分析儀Fig.3 Residual chlorine analyzer

圖4 余氯濃度與電流關(guān)系圖Fig.4 Diagram of residual chlorine concentration and current

由于在一定溫度和PH值條件下，HOCl、ClO-和CL2之間存在固定的換算關(guān)系，通過(guò)這種方式可計(jì)算出HOCl、ClO-和CL2之和，即余氯。

1.3 COD分析儀檢測(cè)原理

污水處理工程中COD檢測(cè)目前最常用的為重鉻酸鉀法。水樣、重鉻酸鉀、硫酸銀溶液（催化劑使直鏈芳香烴化合物氧化更充分）和濃硫酸的混合液在消解池中被加熱到175℃，在此期間Cr2+作為氧化劑從VI價(jià)被還原成III價(jià)而改變顏色，顏色的改變度與樣品中有機(jī)化合物的含量成對(duì)應(yīng)關(guān)系，儀器通過(guò)比色換算直接將樣品的COD顯示出來(lái)。

2 分析儀的技術(shù)方案設(shè)計(jì)

分析儀的技術(shù)方案設(shè)計(jì)主要包括現(xiàn)場(chǎng)傳感器的安裝、傳感器與分析儀表直接地連接、分析儀的供電及信號(hào)傳輸。

2.1 分析儀傳感器的安裝方式

分析儀表的安裝方式?jīng)Q定現(xiàn)場(chǎng)施工是否方便，供貨方與施工方的分界面是否清楚易解，用戶(hù)以后的使用維護(hù)是否方便，所以分析儀表的安裝方式至關(guān)重要。

圖5 流通池（現(xiàn)場(chǎng)實(shí)況）Fig.5 Circulation pool (live)

2.1.1 PH值傳感器的安裝方式

自帶流通池（見(jiàn)圖5），在被測(cè)量管線(xiàn)上開(kāi)孔，通過(guò)￠6的采樣管線(xiàn)將被檢測(cè)介質(zhì)引致分析儀自帶的流通池內(nèi)，然后在通過(guò)回流管線(xiàn)將樣液引致污水池內(nèi)，做無(wú)壓排放。傳感器插入流通池內(nèi)，實(shí)時(shí)檢測(cè)被測(cè)介質(zhì)。

流通池式安裝方式，施工方與供貨方的分工界面明確，分析儀進(jìn)、出口自帶￠6卡套接頭，現(xiàn)場(chǎng)只需將￠6的采樣管線(xiàn)與卡套接頭相連即可，現(xiàn)場(chǎng)安裝非常簡(jiǎn)單；用戶(hù)后期維護(hù)和在線(xiàn)更換簡(jiǎn)單易操作，并且投資相對(duì)于插入式安裝方式也低很多，所以此種安裝方式為首選。

插入式（見(jiàn)圖6）。在工藝管線(xiàn)上開(kāi)孔，預(yù)留短管，分析儀須配套插入式全通經(jīng)球閥組件，傳感器經(jīng)過(guò)全通經(jīng)球閥插入工藝管線(xiàn)內(nèi)，實(shí)時(shí)檢測(cè)被測(cè)介質(zhì)。

插入式安裝方式雖然能夠?qū)崿F(xiàn)實(shí)時(shí)檢測(cè)介質(zhì)的PH值，并且理論上能夠?qū)崿F(xiàn)實(shí)時(shí)更換傳感器，但是用戶(hù)在后期的維護(hù)和在線(xiàn)更換方面非常不方便，并且分析儀自帶的插入式全通經(jīng)球閥組件的價(jià)格很高，不推薦使用此種安裝方式。

2.1.2 余氯傳感器的安裝方式

余氯分析儀傳感器一般為自帶流通池，在被測(cè)量管線(xiàn)上開(kāi)孔，通過(guò)￠6的采樣管線(xiàn)將被檢測(cè)介質(zhì)引致分析儀自帶的流通池內(nèi)，然后在通過(guò)回流管線(xiàn)將樣液引致污水池內(nèi)，做無(wú)壓排放。傳感器插入流通池內(nèi)，實(shí)時(shí)檢測(cè)被測(cè)介質(zhì)。余氯分析儀一般是將傳感器與分析儀表共同放在一個(gè)控制箱內(nèi)，達(dá)到對(duì)防爆等級(jí)及防護(hù)等級(jí)的要求。

2.1.3 COD分析儀的安裝方式

COD分析儀自帶分析柜，自工藝管線(xiàn)實(shí)時(shí)取樣，在分析柜內(nèi)完成過(guò)濾、預(yù)處理、取樣分析等操作，分析完成后，將取樣介質(zhì)通過(guò)自帶的加壓泵打至原水管線(xiàn)。由于目前市場(chǎng)上COD分析儀的工作環(huán)境溫度為+5℃以上，所以在當(dāng)?shù)貥O限低溫低于+5℃的場(chǎng)所，自帶分析小屋，并配套相應(yīng)的保溫措施，保障分析儀的正常運(yùn)行。

圖6 插入式（現(xiàn)場(chǎng)實(shí)況）Fig.6 Inserting (live)

2.2 分析儀表的安裝及信號(hào)傳輸

PH值分析儀及余氯分析儀均是由傳感器和分析儀表部分組成。PH值分析儀表可采用夾管式安裝方式或者自帶安裝背板的方式，現(xiàn)場(chǎng)安裝比較簡(jiǎn)單；余氯分析儀表一般是和傳感器共同放在一個(gè)控制箱內(nèi)，供貨廠(chǎng)商完成控制箱內(nèi)部的安裝，并提供控制箱的安裝背板，施工方負(fù)責(zé)控制箱的現(xiàn)場(chǎng)安裝。

PH值分析儀傳感器與分析儀表之間的連接電纜為專(zhuān)用電纜，為分工界面明確，一般要求廠(chǎng)商自帶，并負(fù)責(zé)提供兩端電氣接口的密封件；分析儀表輸出信號(hào)為4mA～20mA標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)，單獨(dú)提供24VDC電源。用戶(hù)方只負(fù)責(zé)提供信號(hào)電纜與電源電纜，內(nèi)部連接由供貨廠(chǎng)商負(fù)責(zé)。余氯分析儀傳感器與分析儀表之間的連接電纜為專(zhuān)用電纜，為分工界面明確，并達(dá)到現(xiàn)場(chǎng)防護(hù)等級(jí)的要求，一般要求供貨商將傳感器與分析儀表集成在一個(gè)防爆箱內(nèi)；分析儀表輸出信號(hào)為4mA～20mA標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)，單獨(dú)提供220VAC電源。用戶(hù)方只負(fù)責(zé)提供信號(hào)電纜與電源電纜，內(nèi)部連接由供貨廠(chǎng)商負(fù)責(zé)。

3 結(jié)論

由于普光氣田采出液為含有H2S的酸液，通過(guò)加藥、加ClO2等處理措施之后，是否能達(dá)到回注指標(biāo)的要求，PH值、余氯含量是必要的檢測(cè)參數(shù)。而PH值分析儀、余氯分析儀的系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)關(guān)系到現(xiàn)場(chǎng)的施工分工界面是否明確、儀表測(cè)量的可靠性、日后用戶(hù)使用維護(hù)是否方便，所以系統(tǒng)方案的設(shè)計(jì)選擇至關(guān)重要。