在線濁度分析儀消除氣泡影響的改進方法

楊光 葛智強

摘要：工廠水處理裝置采用一臺在線濁度計測量膜滲透產(chǎn)水單元產(chǎn)品的濁度參數(shù)，該儀表采用的是rosemount ClarityⅡ濁度分析儀，儀表投用至今已有三年多時間，近期在測量過程中出現(xiàn)周期性波動的情況并且超過工藝控制指標，通過對工藝工況分析以及儀表運行狀態(tài)的監(jiān)測，最終判定造成測量值波動是傳感器光源處產(chǎn)生氣泡所引起的，氣泡改變了散射光的強度，從而影響了測量值。本文論述了儀表故障原因和處理問題的過程，最終鎖定引起儀表測量波動的根本原因并通過切實可行的方法對儀表進行局部改進，最終消除了儀表故障，取得了良好的運行效果。

關(guān)鍵詞：濁度;氣泡;在線儀表;散射光

水處理裝置膜滲透產(chǎn)水單元生產(chǎn)高純水，在產(chǎn)品管道上采用一臺rosemount ClarityⅡ在線濁度分析儀對產(chǎn)水的濁度參數(shù)進行監(jiān)控，儀表量程0～5NTU，控制指標0.5NTU。儀表已投運三年多時間，工藝人員反應(yīng)該儀表出現(xiàn)波動情況，測量值超過控制指標，通過對該表的運行趨勢進行查看，該表在超標前一段時期內(nèi)就已經(jīng)開始出現(xiàn)小幅的波動，只是沒有超過控制指標。如下圖所示。

對于該表出現(xiàn)超標的情況，最初認為產(chǎn)生波動的原因可能有兩點，一是儀表維護校準周期較長，有可能是傳感器老化引起的誤差，需要校準儀表。二是工藝介質(zhì)實際參數(shù)存在變化，儀表測量值是真實數(shù)據(jù)。通過對儀表校準檢查，儀表在正常投用一段時間后，仍然出現(xiàn)波動超標情況。另一方面對工藝運行參數(shù)的趨勢進行對比，工藝參數(shù)并沒有大的調(diào)整，最終沒有找到測量值波動、超標的原因。為了盡快解決問題，從工藝介質(zhì)、儀表自身兩個方面重新進行了分析。

1 波動原因分析

1.1工藝、儀表兩個方面查找原因

從工藝介質(zhì)方面入手進行分析，初步判斷引起波動的原因是工藝因素還是儀表因素造成的。為了取得更準確的測試效果，將儀表的取樣管路以及儀表測量池等進行清洗，避免外部干擾因素影響。準備就緒后將工藝介質(zhì)引入儀表進行測量，待介質(zhì)置換完成，測量值穩(wěn)定后關(guān)閉進樣閥門，如果儀表運行正常，之后儀表測量的參數(shù)只會比現(xiàn)測量值更低。經(jīng)過一段時間觀察后發(fā)現(xiàn)儀表的測量值出現(xiàn)了如下圖的變化過程。即使沒有樣品流入，儀表的參數(shù)也發(fā)生了改變并且超標。

通過這個測試，可以判斷儀表測量值波動是儀表自身原因引起的，排除了工藝因素。

1.2 儀表引起測量值波動的原因分析

該臺儀表rosemount ClarityⅡ 采用的是散射光測量原理，具有低散射光，高穩(wěn)定性、有效消除氣泡等性能特性。儀表測量系統(tǒng)包括變送器、傳感器、流通池三個部分組成。傳感器采用可見光光源，流通池采用消除氣泡結(jié)構(gòu)設(shè)計。

為了進一步查找原因，對儀表進行無介質(zhì)測量，清空流通池內(nèi)工藝介質(zhì)，通過測試儀表測量值非常穩(wěn)定，維持在一個很低的數(shù)值上，并沒有出現(xiàn)數(shù)值波動的現(xiàn)象。從而說明該儀表的傳感器和變送器部分是沒有故障的，測量值出現(xiàn)波動是在工藝介質(zhì)進入到流通池后發(fā)生的現(xiàn)。結(jié)合儀表在介質(zhì)靜止情況下的測量趨勢進行分析，如下圖所示

通過上圖可以看出，在①的位置儀器測量值處于正常狀態(tài)，在②的位置儀表數(shù)值開始慢慢增長，直到達到最大值，然后突然從最大值降到最小值③的位置。從儀表的測量原理上分析，只有當(dāng)傳感器接收單元接收到的光強發(fā)生變化時儀表數(shù)值才會產(chǎn)生改變，之前做過的測試已經(jīng)排除儀表傳感器本身的故障因素，也排除了工藝介質(zhì)的影響因素，所以目前判斷儀表數(shù)值發(fā)生上述①②③變化的原因是因為在傳感器光源處或接收器端產(chǎn)生了影響光強信號的因素。

基于以上對故障原因的判斷，將儀表置于靜態(tài)介質(zhì)下測量觀察，觀察傳感器光源處以及測量池內(nèi)的初始狀態(tài)，當(dāng)儀表測量值發(fā)生變化處于②的增長狀態(tài)時再次檢查測量系統(tǒng)的變化，這時打開流通池上蓋，發(fā)現(xiàn)在傳感器光源附近產(chǎn)生許多小氣泡附著在光源和接收端附近，在流通池內(nèi)壁和介質(zhì)中并沒有發(fā)現(xiàn)固體懸浮物和氣泡。清除傳感器端面上的氣泡后，儀表測量值又能恢復(fù)到①的測量值狀態(tài)，反復(fù)幾次測試后，證實儀表數(shù)值波動就是由于光源處產(chǎn)生氣泡導(dǎo)致。下圖是傳感器結(jié)構(gòu)圖。光源和接收端處于一個端面上，并且距離較近，當(dāng)形成氣泡后就會覆蓋到光源周圍，改變了光源和接收端的光強。

通過該表的說明手冊可以了解到該儀表在設(shè)計過程中已經(jīng)考慮到防止氣泡產(chǎn)生及附著手段，如采用低流速的樣品緩沖池、傳感器及流通池均采用高密度、表面光滑度高的材質(zhì)減小表面張力，防止氣泡附著。另外儀表的流通池是消氣泡設(shè)計，采用小流量進入，下小上大的空間設(shè)計，在實際使用過程中，當(dāng)水樣到達傳感器附近時流速非常低，避免樣品劇烈流動、節(jié)流而產(chǎn)生氣泡。傳感器在相對恒定的溫度環(huán)境下使用幾年后，由于材質(zhì)的老化等因素使得傳感器表面張力增大更容易吸附氣泡，從而對測量產(chǎn)生影響。通過觀察可以發(fā)現(xiàn)該傳感器的設(shè)計光源采用普通光源，在工作過程中產(chǎn)生熱量，傳感器表面發(fā)熱使光源附近水中溶解的氣體加劇析出形成氣泡并聚集在一起，當(dāng)氣泡產(chǎn)生、聚集、變大，最后由于浮力的作用脫離傳感器，這一過程與儀表運行趨勢所反映的現(xiàn)象完全符合。

2 ?尋找及論證解決方案

通過測試已經(jīng)找到該儀表測量波動的原因，首先從改變傳感器表面的屬性或者更換傳感器的方式解決問題。站在使用者的角度，最好的方法就是更換傳感器，但從備件儲備的周期性及經(jīng)濟成本考慮，需要找一個解決方案使該表得以繼續(xù)使用。

考慮到氣泡的產(chǎn)生以及脫落是一個累積的過程，并且只在光源附近產(chǎn)生，如果在光源附近施加一個外力將氣泡驅(qū)除儀表就可以正常測量。氣泡附著在傳感器外壁的張力很小，消除氣泡是不需要很大外力，最后決定利用樣品的流動的沖擊力去消除氣泡是一個可行的方案。利用流通池通大氣的一個管路，增加一根1/8”管線到傳感器附近，使管線避開傳感器的光照區(qū)域，使新增管線的出口側(cè)對著光源處，然后將儀表測量的樣品引入該管道，形成一個穩(wěn)定的水流對光源區(qū)域進行吹掃，樣品水質(zhì)既不會影響測量又可以將光源附近行程的氣泡吹掉，經(jīng)過實踐這種方法確實解決了儀表測量波動的問題。改造后儀表的測量值非常穩(wěn)定，取得了良好的運行效果。

3 ?改造總結(jié)

對于該儀表出現(xiàn)的問題，在現(xiàn)實解決問題過程中要基于工藝工況和儀表本身的工作原理進行分析，逐步排除干擾因素，借助現(xiàn)有的條件以及工具，例如DCS系統(tǒng)的趨勢可以輕松的分析儀表運行的測量參數(shù)變化過程，逐步找到故障的原因。在解決問題的過程中，利用便利的條件以及合理的方法達到要達到的目的。

對于該種儀表的設(shè)計原理及結(jié)構(gòu)，也可以從改變光源形式和完善流通池結(jié)構(gòu)來避免儀表問題的出現(xiàn)，如傳感器采用冷光源，或者流通池在設(shè)計之初可以增加一條樣品流路通道直通到傳感器光源周圍，投表后就形成一條水流沖洗傳感器表面，即使出現(xiàn)本文論述中出現(xiàn)的材質(zhì)老化，氣泡產(chǎn)生問題，也不影響儀表的正常測量。

參考文獻

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