隨著高硫(酸性)原油的加工越來越多，碳氫化合物加工企業(HPI)對酸性氣體腐蝕與排放的控制日趨嚴格。為了提高過程的可靠性，pH測量的跟蹤記錄變得尤為重要。如果無法及時解決問題，在線測量就變得沒有意義了。而且即使發現問題所在，由于既定工序的局限性，也往往無法進行有效的維護。

    全球性的商業競爭愈演愈烈，使生產型企業也更加講究操作的效率并力爭更大的利潤空間。而分析儀表無疑是幫助企業優化工藝流程、提高過程安全性及生產力的最佳工具。HPI企業趨向于對儀表按需維護。而新型智能化pH電極和自動化技術相結合，就能為您提供這種可靠的、具有維護提醒功能的測量系統。

腐蝕與過程控制

    在許多煉油廠，硫化銨引起的腐蝕是非常嚴重的，需要由在線的pH來監測。通過對酸水中和過程的pH監控，可以有效避免腐蝕，延長高架冷凝管和其它工藝管道的使用壽命。這可以明顯降低維護費用，減少抗腐蝕劑的使用量，并大大縮短被動停機時間。

    在原油蒸餾單元里，通過pH值的異常變化可以找出脫鹽系統的故障所在。在脫鹽點測量pH有助于打散乳濁液并避免污染物毒害下游使用的昂貴的催化劑。

    氫化裂解和氫化加氫裝置也容易受到硫化銨的腐蝕，高溫、高壓的條件對pH測量的可靠性要求更高。汽提塔的pH測量點要求更苛刻，因為它不僅用于防腐，更用于提高汽提效率。

    腐蝕不但會造成資產損失，還會引起一系列的安全問題，比如揮發性產品一旦泄露就可能引發火災或爆炸。在酸水測量點，監測pH的目的是防止H2S類氣體的意外釋放，引起致命的泄露，危害環境。HPI企業都在尋找新的辦法來避免因腐蝕問題引起的巨大損失。

    在石化行業，如乙烯的生產中，pH測量占據著十分重要的角色。例如，急冷塔的水受反應影響很大，會變得渾濁，腐蝕性很強，而腐蝕性的條件對pH測量很不利。錯誤的pH值會降低產率，影響排放達標，甚至還會威脅到過程的安全性。在這些動態點測量pH的目的是要優化工藝過程的操作，而在這樣的條件下需要特別可靠的分析系統才能把pH測好。

測量難點

    常見的測量問題多由電極隔膜被微粒堵塞引起，以及敏感膜部分被物理性覆蓋或發生化學反應引起包裹。隔膜堵塞會引起測量值的偏移或漂移，而敏感膜的覆蓋會使響應速度從等于或小于10秒，延長到幾分鐘之久。薄至1mm的表面覆蓋層，就會使pH值無法檢測。

    大多數的維護工程師已經對上述苛刻環境下的pH校準工作非常熟悉了。經常清洗電極有助于提高測量精度、延長電極壽命，經常校準可以彌補響應時間、偏移和斜率的改變。而實際上我們的客戶往往缺乏足夠的人力來做這些瑣碎的工作。實現可靠pH測量的解決方案就是提供一套綜合系統，將電極的自動清洗、校準與智能化診斷功能合而為一。

自動化系統 

    使用自動清洗、校準系統的目的就是使pH電極處于理想的工作狀態。模塊化系統的組成之一提拉式護套可以保證在不中斷生產的前提下將電極從測量介質中抽出來，電極的沖洗、清洗以及2點校準都可以在護套內自動完成。

    模塊化的系統組成給用戶提供了選擇的空間，較輕的污染可用清水間斷性沖洗，較重的結垢污染則需要徹底的化學試劑來清洗。徹底的全自動系統是指清洗之后再實現兩點校準功能。系統既可以獨立操作也可以集成進DCS系統里。

    提拉式護套有兩個功能，第一個功能是在不中斷生產的前提下將電極抽出，第二個功能是提供一個腔體以供電極的清洗和校準。圖2是提拉護套的工作狀態示意，位置一是未清洗電極所處的正常測量位置，位置二是電極已經被提拉進護套腔體內，與測量介質完全隔絕。電極先被沖洗，再由注入的清潔液進行清洗，通過混勻以及溶液的化學成份的作用，可以去除各種頑固的污物。

    在清洗步驟完成后，兩種標準緩沖液相繼注入腔體，與此同時，校準開始進行。校準完成后，電極再次被沖洗，而后被推入測量位置。

    這些操作步驟允許自由編程，詳見圖4所示。根據系統的設定，電極從測量環境中提出，沖洗過程由水和氣交替進行，為了避免腔體內不同溶液之間造成交叉污染，每兩步操作之間都要執行沖洗步驟。沖洗之后，用于清洗的化學液體注入腔體并浸泡一定的時間。

    清洗完成后，第一種緩沖液被引入，變送器的緩沖液自動識別功能可以讀出正確的pH數值，穩定后儲存第一個mV值，之后第二種緩沖液注入，讀出后儲存下來。斜率和零點可以自動計算并儲存，校準完成。再經過一輪沖洗后，電極就可以被重新插入測量位置。沖洗和清洗過程對于改善電極的測量性能和延長使用壽命起著至關重要的作用。兩點校準的步驟適用于任何使用之前的必須校準。

智能pH傳感器

    智能電極商業化已經有很多年了，尤其是在校準數據的儲存和傳感器的識別方面，而一種新型的智能化電極已經遠遠超越了這一舊的概念，它能為電極的維護和更換提供明確的指導。這就是說，它能提供一種預知性的維護提示，而不是被動的。

    智能化電極管理(ISM)基于數字芯片技術，在pH的測量管理上開創了一個新的標準。系統由pH傳感器和變送器組成，傳感器的前端植入了記憶芯片，由變送器提供動力并讀取。電極的相關數據，諸如識別、校準、操作時間及環境條件等均可以被記錄下來。這些數據用于連續地監測電極狀態，并根據實際使用情況推薦合適的維護。自適應性的診斷信息給予用戶預維護指導，因而可以大大減少工廠的停機時間和維護費用。

    電極的輸出實際上是數字信號，以保障在干擾的環境下獲得可靠的測量值。系統帶來的好處：

 ·安裝 – 即插即測功能
 ·校準 – 預校準，自適應校準計時器和校準數據記憶功能
 ·故障查找 – 預診斷功能，傳感器網狀圖
 ·傳感器更換 – 基于實際使用狀況記錄的電極老化度監測
 ·數字信號傳輸

即插即測

    傳統的pH電極的安裝首先需要校準，這就要求工作人員攜帶緩沖液到現場進行兩點校準，且不論戶外的條件可能很惡劣，還很耽誤時間。

    新的數據儲存功能的好處就是可以通過一個USB接口和計算機連接起來對電極進行離線的校準，這也就是說，可以在一個較為舒適的環境里，例如實驗室，對電極進行預校準，而不需要拎著清洗液和緩沖液跑來跑去。

    電極的校準數據都儲存在芯片里，變送器只要和電極連上就可以實現數據的共享。這不但可以避免設置上的錯誤，還可以立即進行測量。此外，軟件還通過提供校準和維護管理進一步完善了ISM的功能。

增強的診斷功能

    診斷功能為變送器提供了連續的傳感器使用和維護信息。通過監測膜阻抗和參比電極阻抗，ISM能夠提供基于實際使用狀態的診斷信息。監測過程的pH值、溫度和使用時間，ISM就可以測算出電極何時需要校準、清洗和更換。維護要求可以提前獲知，所有數據都可以在變送器的本地化界面里讀取，同時，FF和Profibus網絡里也可以讀取到這些數據，ISM為您提供真正的預知性維護。

老化度監測

    ISM的主要功能之一就是電極的老化度監測。有了這種功能，就可以精確地預知電極何時需要維護，既可以避免因提前更換而造成的浪費又可以避免電極突發故障導致的計劃外停機。

    在苛刻的環境下使用無疑會大大縮短電極的壽命，升溫會加快pH電極的老化，既然溫度傳感用于進行溫度的補償，那么記錄的溫度數據就能預測出電極剩余的工作時間。過高或過低的pH值也會影響電極的壽命，公式(1)列出了這些因素對電極壽命的影響。

Wear = Time in service (fpH)(fT)(fC)          (1)
而：
fpH =和溶液pH值有關
fT =和溫度有關
fC =和所測介質的化學組成有關

    電極的老化程度有兩種簡單的顯示方式：條狀圖的黑色填滿時就意味著電極已經損耗到極點必須要更換了；另一條信息就是電極曾經經受過的最高溫度，這對于因現場降溫失效或過程漂移異常引起的問題能夠提供有用的診斷信息。

    影響電極使用狀態的七個因素，包括電極的老化度，周長顯示的是電極最佳狀態，超過內圈則為預警范圍[圖例為校準時間已過(預警)，其它參數都顯示為良好。

自適應校準

    許多變送器可以設置校準間隔并能在超時后發出提醒，殊不知，影響電極使用壽命的因素也一樣會影響電極的校準間隔，pH電極的性能和現場使用條件的關系很大，因此對診斷功能的要求就比較高。

    “pH適應性校準循環”正是為此而設計的。在pH測量中，可以使用一種可比的老化模型(如圖6所示)來補償電極的損耗。假如在苛刻的條件下使用，自適應校準計時器很可能會提示你在10天后就需要校準電極了而非原定的14天。這種功能可以避免電極在過度疲勞的狀態下繼續使用而影響測量精度。

系統解決方案

    采用帶自動清洗和校準功能的pH測量系統，可以大大降低維護工作量，使工人們可以從單調重復的清洗工作中解放出來去做一些要求更高的工作。

    我們已經知道影響電極表現的種種干擾因素，測量這些參數就可以實現電極的診斷功能，而對日常數據的分析和處理則可以幫您做到預知式的維護。采用智能化電極管理(ISM)可以獲得預知的數據，幫您判定何時需要進行維護，避免由于電極故障導致計劃外的停機。

    以上幾點均可以改善在線pH的測量性能，為了滿足HPI企業的需求，需要將自動清洗和校準功能與智能化電極管理結合起來。除了能實現更長的電極壽命、減少人為干擾，還能提高測量精度和可靠性，而減少的停機時間，提高的過程效率，工廠安全性的加強、更嚴格的pH控制帶來的產品質量的提升和腐蝕的降低，對我們的客戶來講則是更無形的效益。