电极自动清洗装置的简介与实践

陈士杰，谢学强

（江西铜业集团有限公司 贵溪冶炼厂，江西 贵溪 335424）

1 引言

在烟气制酸，废酸废水处理系统，在线使用的pH 复合电极应用较多，复合电极作为测量电极在监测、检测过程中，被介质中的污染物如氯化钙、碳酸钙等会附着在电极头部玻璃球泡上，严重影响电极产生的电势，进而影响pH 指示值，导致灵敏度和测量精度急剧降低，甚至失效。在日常生产过程中，需要较为精确的测量结果以更好地进行工艺控制。因此，对检测部位进行定期清洗是一项必要的工作。但由于人工清洗不仅费工、费时，而且还会导致测量中断，影响连续检测甚至在清洗过程中会造成损坏电极现象，严重影响生产顺行。如何才能防止、解决电极因结垢而导致数据反馈失真问题，成为废酸废水处理工序中的一大难题。。自动清洗电极装置的研发使用不仅响应了公司“建设智能化工厂”的号召，同时还降低了员工劳动强度，改变人工清洗的现状。自动清洗装置从安全环保理念出发，是一种可远程控制自动清洗电极的装置。该装置打破了常见的溶液喷射清洗，空气喷射清洗及机械刷洗等形式。应用一种最新的符合现场工况的研磨型超声波自动清洗装置。

2 电极及清洗方法介绍

2.1 电极的组成

电极一般由电极球泡、玻璃支持杆、外壳、液接界、电极帽、内参比溶液、电极导线等几部分组成。

2.2 电极常规清洗方法

2.2.1 化学清洗法

在电解质流体中金属电极具备电化学现象。根据电化学原理［1］，流体和电极存在电场界面，物质的原子、分子或离子在界面拥有富集或贫乏的吸附现象，电化学清洗电极只需研究阴离子吸附的情况，在电极表面当剩余电荷密度增大时，吸附作用力小于静电斥力，阴离子在短时间内完成脱附，这便是电化学清洗的原理。

2.2.2 机械刮磨法

在电极上配置特殊的机构来实现电极清理［2］。目前常用的形式：机械刮除器。采用不锈钢材质加工成一把带有细轴的小刮刀，刮刀与电极端平面贴合并相对转动，祛除污垢。此刮除器具有手动和马达驱动自动刮除两种形式。而另一种是在管状电极中安装细丝钢丝刷，轴裹在密封的“O”形圈内，以防止流体泄漏。此清洗装置则要人工清洗。

2.2.3 研磨超声清洗法

把超声波发生器释放的电压引到电极上，使超声波的能量集聚变大，所加电压几乎集中在附着物上，高电压会将附着物击穿，起到除垢的效果。这种方法受时间空间约束，自由度不高。

2.3 pH 电极杂质的清洗

酸性条件下工作的pH 电极：W=5%～10%的热碱性溶液（＞56℃）;W=5%～10%的盐酸;W=2%～3%的氢氟酸；pH 电极在碱性条件下工作：浓盐酸磷酸混合溶液; W=6%～11%的盐酸溶液，W=4%～8%的硫酸;为一般污物：4%～6%的盐酸，高压水冲洗(＜689.476kPa); 碳酸盐和硫酸盐：W=6%～11%的盐酸;磷酸和浓盐酸混溶液;连二亚硫酸钠和亚硫酸钠的混合物; 二氧化硅或粘滞物：W=3%～5%氢氟酸，油或脂：甲醇、 异丙基乙醇（耐磨乙醇），可去除特殊脂的其它溶液。

2.4 电极的浸泡

pH 电极在投入使用时需浸泡［3］，因为球泡为一种特殊的玻璃膜，表面附有一层极薄的水合凝胶层，充分湿润的条件下方能与溶液中的H+离子反应。经过浸泡能使不对称电势下降并趋于稳定。通常使用pH4 缓冲液，根据球泡玻璃膜厚度、电极老化程度确定浸泡时间。参比电极的液接界也需浸泡。如果液接界干涸会导致液接界电势增大或不稳定，参比电极外参比溶液与电极浸泡液须保持一致，即3.3mol/L KCl 或饱和氯化钾溶液。因pH 计电极极为精细，故祛除粘在pH 计电极上的污物需足够的耐心，在清洗过程中要使用适当的安全装置。选择合适的清洗溶液。把电极浸入到清洗溶液中至少6min，便于清洗介质渗入污物。将电极放在碱或酸溶液中浸泡，用软毛刷祛除电极污垢。选择一种溶剂清洗同时对传感器进行漂洗，用清水或盐溶液（KCl）浸泡。保持其活性灵敏度，延长电极使用寿命。废酸废水工况下，一般在线使用6h 左右进行一次清洗，球泡上不能有污染物，不能结垢。常规处理办法是先用毛刷清理，在用盐酸清洗最后用蒸馏水冲洗。然后浸泡在蒸馏水中；玻璃电极的内电极与球泡之间不能存在气泡，若有气泡可轻甩点即让气泡逸出。然后投入使用。

3 人工清洗

（1）在日常的生产过程中，电极的清洗周期一般为8h，每天要对所有在线使用的电极利用毛刷和盐酸进行清理/清洗，费工费时，且存在一系列的人和物的不安隐患及危化品的存储问题。

（2）在人工清洗电极时，有时会对电极造成损坏，增加运维成本及备件消耗。

4 全自动磨型超声波自动清洗装置

4.1 全自动磨型超声波自动清洗装置的组成

该电极自动清洗仪器包括：（1）升降气缸；（2）拉伸气缸；（3）电极连接杆；（4）pH 电极夹具；（5）pH 电极；（6）箱体；（7）浸泡槽；（8）超声波除垢仪。

4.2 工作原理

其工作原理［4］为升降气缸1 上升，将电极杆从工艺溜槽中拉出，拉伸气缸2 活塞杆伸出，推送电极杆向右移动，使电极杆垂直于浸泡槽正上方，升降气缸1 下降，将电极杆头部检测球泡放入浸泡槽内部，此时，浸泡槽内通入仪表风，电极处在一个类似沸腾状态的，含有磨料及酸性介质中浸泡，研磨，开启超声波除垢仪，进行辅助除垢。设定浸泡时间结束，浸泡槽内气源阀关闭，超声波除垢仪停止工作，升降气缸1 带动电极上升，拉伸气缸2将电极杆拉回至溜槽正上方，升降气缸1 下降，将电极杆头部检测球泡放置于溜槽中。

图1 自动清洗装置图

4.3 优点

该装置采用环保理念，选用环保能源。特别适用于含有固体颗粒和粘性比较强的介质，并有很好的抗侵害能力。模块式设计，安装简单维修方便。不锈钢本体，加设挡板，具有独立的清洗腔。双气缸操作控制，提高恶劣环境下的可靠性。平滑操作节省成本，提高了操作的安全性和可靠性。减少电极损坏，降低盐酸消耗量，杜绝盐酸遗失/洒落等现象。此装置具有单独的浸泡槽，避免清洗液和缓冲液等污染被测介质。测量结果的最佳值再现。具有手动/自动功能，可定时清洗不受外界干扰。高等级的安全：可反馈至控制中心的系统状态信息在线清洗及标定，无需移动电极。电极的使用寿命增加20%。实现远程控制自动清洗。

5 实践

全自动磨型超声波自动清洗装置，投入使用后，该装置提高了电极的清洗效率和质量，保证了电极的长周期稳定监测，降低了操作人员的工作强度，减少了盐酸消耗量实现了一键启动远程操作。如下表。

表1 人工清洗和自动清洗参数对比表

表2 人工清洗和自动清洗参数对比表

6 结论

电极自动清新装置适应性强，安装自由度高，操作简便。工艺生产过程中，加装了自动清洗装置之后，大大降低了操作人员的劳动强度，同时电极探头可实现定期自动清洗，性能，灵敏度和测量的精度都得到了保障，延长了电极的使用寿命，为工艺生产提供了准确的实时在线检测参数，提高仪表长周期、高性能运行的水平，保障了生产的稳定、顺行。