在制造業(yè)中，水質(zhì)的監測和控制是兩項非常關(guān)鍵的工作。工廠(chǎng)可根據監測控制結果添加相應的化學(xué)品，以防止鍋爐、蒸汽輪機等重要資產(chǎn)遭到腐蝕。
正確的pH值測量對水處理至關(guān)重要。過(guò)高或過(guò)低的pH值都會(huì )導致鍋爐或蒸汽輪機結垢和腐蝕、系統故障和停機，甚至不得不花費高昂代價(jià)來(lái)更換設備。
對于許多低壓鍋爐來(lái)說(shuō)，使用通用型pH值測量?jì)x器即可，但對于使用高純度、低電導率水的高壓鍋爐而言，通用型pH值測量?jì)x器會(huì )產(chǎn)生一些特殊的問(wèn)題，包括成本增加、準確性下降，甚至威脅到系統的有效運行。
高純度帶來(lái)的測量困難
選擇用于鍋爐水監測的pH傳感器主要取決于鍋爐水的電導率：電導率最高可以達到低壓工業(yè)鍋爐的7000 μS/cm，最低為蒸汽發(fā)電廠(chǎng)高壓鍋爐的不足10μS/cm。鍋爐水的低電導率和高電導率之間的分界點(diǎn)是50μS/cm：電導率在25℃時(shí)大于50μS/cm，且懸浮物濃度較低，常規通用型pH傳感器即可使用；當電導率低于50μS/cm時(shí)，就要使用專(zhuān)門(mén)用于低電導率水的pH 值測量設備。
為了更好地理解高純度水電導率測量的難度，我們先來(lái)了解一下pH值和pH系統。
根據定義，pH值是指水溶液中氫離子濃度的負對數。這意味著(zhù)，在pH值為 4的溶液中，氫離子是pH值為5的溶液的10倍。
pH控制系統能夠測量溶液的pH值，并按需控制中和劑的添加，從而將溶液pH值維持在中性或某個(gè)可接受范圍內。整個(gè)過(guò)程實(shí)際上是一種連續滴定。
通常情況下，pH值可通過(guò)比較兩個(gè)點(diǎn)的電勢測量得出，即被恒定pH電解質(zhì)溶液包圍的參比電極，以及與被測溶液直接接觸的pH玻璃電極(如下圖)：
測量低電導率的高純水的pH值時(shí)，主要困難在于如何盡量減小校準緩沖液和樣品中的液體結點(diǎn)電位差。結點(diǎn)電位是指參比電解質(zhì)擴散到樣品中，且樣品擴散到參比電極中時(shí)產(chǎn)生的電荷分離。電解質(zhì)對于參比系統的正常工作（用于電氣連接）以及最終的pH測量至關(guān)重要，所以當電解質(zhì)耗盡時(shí)，pH電極之間的電氣連接就會(huì )中斷，致使測量無(wú)法進(jìn)行。
超純水可加速電解質(zhì)向低電導率工藝水的擴散。電解質(zhì)損失會(huì )大幅縮短pH傳感器的壽命，并增加每個(gè)測量點(diǎn)所需的維護量。
在短短幾個(gè)月的時(shí)間里，電解質(zhì)就會(huì )完全擴散，屆時(shí)便需要更換pH傳感器或重新填充電解質(zhì)溶液。
圖：在高純水中，電解質(zhì)擴散迅速，使接觸逐漸斷開(kāi)，導致傳感器快速老化
在對pH傳感器進(jìn)行校準時(shí)，還會(huì )出現另一個(gè)問(wèn)題：在緩沖液中形成的結點(diǎn)電位也會(huì )在校準中出現。樣品中結點(diǎn)電位的差異將導致測量的pH值出現誤差。誤差的大小主要取決于樣品的電導率。粗略來(lái)說(shuō)，在20μS/cm以上時(shí)，誤差不大，但在較低的電導率下，誤差可高達0.5pH。顯然，在處理腐蝕控制和環(huán)境保護等關(guān)鍵問(wèn)題時(shí)，如此大的誤差是不可接受的。
因為誤差是由電解質(zhì)擴散到工藝水中造成的，因此可通過(guò)流動(dòng)的結點(diǎn)予以消除。令參考電解質(zhì)從電極向外流動(dòng)，從而有效阻止了樣品進(jìn)入結點(diǎn)。
處理高純度水pH值測量問(wèn)題的傳統方法
處理高純度水pH值測量問(wèn)題的傳統方法，是使用帶有電解質(zhì)儲罐的傳感器，連續更換電解質(zhì)。這種傳統方案盡管非常有效，但往往會(huì )給工藝流程帶來(lái)更高的成本（比如需要定期訂購和儲存額外的消耗品），系統的復雜性同時(shí)也增加了大量的持續維護工作量。
使用更好的pH測量?jì)x器
隨著(zhù)一系列技術(shù)進(jìn)步，高純水pH測量的問(wèn)題現在可以通過(guò)高性能通用型pH傳感器的組合加以解決。
羅斯蒙特3900pH傳感器具有的獨特優(yōu)勢和功能：
?高級pH玻璃配方，可防止玻璃破裂；
?雙參考結，保護參比元件不受過(guò)程中離子的破壞；
?溶液接地電極可消除因校準緩沖液和工藝流程中的低電導率液體不匹配而造成的傳感器偏差，這種偏差在低電導率應用中經(jīng)常出現；通過(guò)溶液接地，可將偏差降到最低，實(shí)現隔離的穩定測量，同時(shí)還配有專(zhuān)門(mén)的低流量控制器。搭配低流量控制器使用時(shí)，羅斯蒙特3900pH傳感器能夠對最小電導率為1μS/cm的pH值變化做出反應。
降低成本比較
與傳統的的電解質(zhì)儲罐的高純度pH傳感器相比：
圖：帶低流量控制器的pH傳感器。
?通用型傳感器的初始成本更低；
?不需要持續供應消耗品，減少了維護和保養的費用；
?搭配低流量控制器，所需的水用量不到其他系統的三分之一；
?內置有智能pH電路，以存儲校準信息并實(shí)現自動(dòng)傳感器檢測。這種電路設計可以使傳感器做到“即插即用”，使現場(chǎng)操作時(shí)間減少60%以上。
通過(guò)羅斯蒙特3900pH傳感器具和低流量控制器的使用，以成熟的方法來(lái)滿(mǎn)足其涉及高純水應用的需求，實(shí)現高純水的pH測量，減少設備腐蝕、結垢、鍋爐故障和停工時(shí)間的同時(shí)，讓用戶(hù)感受到測量的易用性和低負擔。
現場(chǎng)應用
南方某大型石化公司在主裝置和公用工程裝置使用了艾默生羅斯蒙特pH、電導、溶解氧和濁度分析儀超過(guò)百套，其中在公用工程除鹽水裝置現場(chǎng)有幾個(gè)特殊點(diǎn)-電導值在0.5-4 μS/cm范圍的高純水需要測量pH值?？蛻?hù)不想使用傳統的操作復雜的帶有電解質(zhì)儲罐的傳感器，選用了羅斯蒙特3900pH傳感器帶有低流量控制器和1056分析儀：設備可直接控制流過(guò)傳感器的水的流速，令流速保持在190ml/分以下，水位由內部排水口加以維持，以保持水柱形態(tài)，進(jìn)而使水頭壓力和流量保持恒定。透明的結構材料，便于驗證樣品在流道中的連續流動(dòng)。
通過(guò)現場(chǎng)使用對比：
水的電導值控制在3-4 μS/cm（實(shí)際現場(chǎng)電導值為3.527 μS/cm）:
電極用標液標定后，測樣水的pH值和化驗室儀器做了三四次比對，數值基本一致，偏差小于±0.3pH
注：和化驗室的比對當時(shí)是一到兩天一次。
水的電導值控制在0.5~1.0 μS/cm（實(shí)際現場(chǎng)電導值0.809 μS/cm）:
電極用標液標定后，測樣水的pH值和化驗室儀器第一次比對，偏差在0.6pH，然后用化驗值進(jìn)行“操作標定”后，后面做了三四次比對，偏差在±0.2~0.5pH之間。
注：和化驗室的比對當時(shí)是一到兩天一次。
通過(guò)羅斯蒙特1056分析儀搭配3900pH傳感器具和低流量控制器的使用，客戶(hù)無(wú)需再使用傳統的復雜帶有電解質(zhì)儲罐的傳感器，省時(shí)省力低成本實(shí)現了高純水這一難點(diǎn)的pH測量挑戰。
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