CN105223254B - 一种采样预处理和多流路切换ph测量装置 - Google Patents

Abstract

一种采样预处理和多流路切换PH测量装置，涉及一种样品溶液的采样预处理装置，由陶瓷过滤器、隔膜泵、缓冲池、流通池、PH电极、PH变送器、PH电极清洗***、PLC及多个电磁阀组成；实现多测点采样流路自动切换、过滤、冷却后送到共用的PH测量仪表进行测量，DCS***读取和显示测量数据。

Description

一种采样预处理和多流路切换PH测量装置

技术领域

本发明涉及一种样品溶液的采样预处理装置。

背景技术

在有色冶金行业生产的浸出工艺中需要对浸出矿浆PH值、酸浓度、金属离子浓度等进行准确的测量和分析。以PH值测量为例，由于被测介质为液固混合脏污流体，极易造成电极敏感膜结垢，使测量性能迅速恶化导致测量数据滞后和失真。常规的在线检测方法是每个测量点配置一套带电极自动清洗装置的PH测量***。采用电极自动定时清洗，虽提高了电极测量灵敏度和延长了电极的标定周期，但清洗效果仍不理想，而且介质温度高达80～95℃，超出电极的极限使用温度，加速了电极的老化，电极的平均使用寿命仍不足20天。上述情况造成PH值的在线检测***过大的维护工作量和运行成本，增加了PH测量***长期正常运行和应用推广的难度，同时也影响到正常的工艺操作，降低了生产效率。

发明内容

针对以上问题，本发明提出一种实现用一套仪器或仪表分析流程上多个测点样品溶液的采样预处理装置。本装置实现多测点采样流路自动切换、过滤、冷却后送到共用的PH测量仪表进行测量，DCS***读取和显示测量数据。由于多个测点采用一套采样测量***，大大减少了装备成本、运行成本和维护工作量。共用电极和溶液冷却处理，减少了使用电极、大大延长了电极的使用寿命。通过该装置可以对湿法冶金浸出过程矿浆PH值实现准确稳定的监控。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

一种采样预处理和多流路切换PH测量装置，浸入式过滤器F1-Fn的过滤部分浸没在n个目标采样点的被测介质中，采样管一端***过滤器腔体底部，另一端分别连接套筒式冷却器CL的n根样液冷却管，样液管从套筒式冷却器CL中穿出后经对应设置的采样阀SV1-SVn汇入总管后接入气动隔膜泵PM进液口，气动隔膜泵PM出液口通过管道连接缓冲池BC，气动隔膜泵PM与缓冲池BC之间的连接管道上设有的隔离阀EV1，气动隔膜泵PM的驱动气源管设置有驱动阀EV6，缓冲池BC设有排液口和溢流口，排液口通过管道接出后分成两个支管道，其中一个支管道接入测量池FC中，该支管道上设置有进液阀EV2，另外一个支管道连接到排液总管，该支管道上设有缓冲池排液阀EV3,溢流口通过溢流管连接到排液总管，PH测量电极***测量池FC中进行测量，测量池FC设有排液口和溢流口，排液口通过管道连接到排液总管，该管道上设有测量池排液阀EV4, 溢流口通过溢流管连接到排液总管，缓冲池和测量池的排液和溢流汇入排液总管排放到工艺溜槽；带有反洗阀EV8的反冲水管以及带有反吹阀EV7的空气反吹管连接在采样阀与气动隔膜泵PM之间汇总管上；所述缓冲池BC设液位检测开关LS；所述套管式冷却器CL的冷却水管设流量开关FS；多流路切换采样、测量和采样***的清洗由PLC控制自动进行，控制步骤如下：

工作前，所有自动阀和 隔膜泵是关闭；

第一步：打开采样阀SV1和反洗阀EV8，反洗采样点1的采样管线和采样过滤器F1,定时t1秒;

第二步：关闭反洗阀EV8,打开反吹阀EV7反吹清空采样点1采样管线中的残液,定时t2秒,

第三步：当定时t2时间到，关闭反吹阀EV7，启动气动隔膜泵PM，打开隔离阀EV1和缓冲池排液阀EV3，采样点的被测样液流经浸入式过滤器过滤、套管式冷却器CL冷却、采样阀SV1、泵PM、隔离阀EV1、缓冲池BC、缓冲池排液阀EV3，进行冲洗管线和缓冲池，定时t3秒；

第四步：关闭缓冲池排液阀EV3，待缓冲池BC充满，液位开关LS检测到液位满时其输出触点闭合；

第五步：PLC接收到液位检测开关LS触点闭合信号，关闭采样阀SV1、气动隔膜泵PM、隔离阀EV1,打开进液阀EV2和测量池排液阀EV4，冲洗测量池FC，定时t4秒；在关闭隔离阀EV1的同时，进入下一采样点的管线清洗和采样：打开下一采样阀，再进行第一步至第五步的动作；并在定时t4时间到即进入本次样液的测量过程：后续第六至十一步；

第六步：关闭测量池排液阀EV4，待测量池FC充满，定时t5秒；

第七步：打开缓冲池排液阀EV3排空缓冲池BC，关闭进液阀EV2,定时t6秒，让PH电极AE在样液中浸泡一定时间，此时为PH计测量稳定阶段，待PH示值稳定后PLC给出开关量信号DO1到DCS***；

第八步：DCS***接收到PLC_DO1信号，读取采样点1有效PH测量信号，并保持读取值到下一测量周期更新；

第九步：打开测量池排液阀EV4排空测量池FC，定时t8秒，进入下一个采样点样液的测量步骤：即执行从第六步起的后续步骤；

第十步：测量周期的最后一个采样点样液测量完毕时，打开电极清洗阀EV5，定时t9秒，对PH电极进行清洗；

第十一步：关闭EV5，定时t10秒，进入下一周期的测量；周而复始，完成n个采样点的周期性巡测。

更优选：所述测量池FC还设有电极清洗装置，包括清洗喷头、清洗阀EV5、射水器SS、清洗剂桶和连接管；清洗水经射水器SS吸入清洗剂桶中清洗剂混合后，经清洗阀EV5和喷头对PH电极敏感膜进行清洗。

更优选：所述的采样液过滤器F1-Fn为浸入式陶瓷过滤器，各采样点分别设置，方便更换进行人工清洗。

更优选：替换***测量池FC 中的PH测量电极为其它在线分析仪器的采样管，可作为其它在线分析仪器的采样预处理和多流路切换装置，实现溶液中其它成分的多流路在线分析。

更优选：所述n值为1-5，所述t1-t9为时间参数，累加值小于2分钟，其数值在PLC上进行设置。

有益技术效果

本发明用一套仪表和采样装置测量流程的多个测点。采用PLC控制多流路采样切换、采样***的清洗、PH测量和电极自动清洗。高温、高含固量介质经过滤器过滤，再经冷却后进行测量，减少了维护工作量、使用电极数量和延长了电极寿命等诸多优点，同时使流程PH值测控的运行费用更低，测量更为准确可靠。

采用气动隔膜泵抽取样品液和多个采样阀切换样品液，通过控制气动隔膜泵和相应采样阀抽取相应测点样品液，经浸入式采样过滤器、套管式冷却器、采样阀、气动隔膜泵、缓冲池到测量池进行测量；通过调节气动隔膜泵气源压力可调节样品液流量大小；

设置套管式冷却器，采样点样品液流经套管式冷却器与冷却水进行热交换冷却到适当温度后进行测量，降低了电极的工作温度，延长了电极的使用寿命；

采样点采用浸入式采样过滤器，使进入采样***的为较干净的溶液，不会造成***的堵塞；

设置反洗阀和反吹阀，通过用水或清洗液清洗采样管线和过滤器，然后用压缩空气反吹，使采样前管线残留液排空，以保证样液的真实性和尽可能减小和避免样液的相互干扰；

设置隔离阀置于气动隔膜泵出口，用以隔断采样流路的反洗反吹和缓冲池中样品液流向测量池进行测量。这样，通过控制隔离阀和进液阀，使得本次样品液的测量以及下一个采样点采样流路的反洗反吹、样品液采样可同时进行，缩短了测量周期时间，可以达到每个测点测量时间＜2分钟；

设置进液阀置于缓冲池和测量池间的流通管上，以控制缓冲池和测量池之间溶液的通断。缓冲池的底部高于测量池顶部，缓冲池溶液因两者之间高差自流进入测量池。

设置缓冲池，平缓隔膜泵出口样液的脉冲流量和压力，及存储样液以备测量所用；

缓冲池顶部安装有液位开关，缓冲池中样液充满时，控制隔膜泵停止和隔离阀关断；

设置测量池用于储存采样溶液和安装PH测量电极；

设置PH测量变送器接收PH测量电极信号，转换为4-20mA 输出信号送到DCS***AI输入模块。当本发明的PLC控制器给出PH有效数据读取开关量信号时，DCS读取PH值并保持到下一次测量更新；

设置清洗喷头、清洗阀和射水器，清洗喷头安装于测量池中电极敏感膜平行位置。在每完成一个测量周期后，打开清洗阀、通过射水器的水力喷射吸取一定量的清洗剂混合后，经清洗喷头对PH电极敏感膜进行喷射清洗，防止PH电极敏感膜结垢从而保持测量的灵敏度和准确性；

设置反吹压缩空气减压阀和气动隔膜泵压缩空气减压阀，以调节合适的反吹压力和合适的采样流量。

以本发明实现4个测点的PH值在线检测为例：

采用常规带电极自动清洗的PH测量***每套约5万元，4套共20万元。采用本发明一套估计6-7万元，可节约投资60%以上。

在运行成本方面，主要是电极的消耗。如前所述，在锌湿法冶炼浸出工序电极的平均使用寿命为20天，一年按生产时间320天每个测点需消耗电极16支，4个测点共64支，每支电极约4千元，共需电极消耗成本25.6万元。采用本发明，溶液冷却到60℃以下减缓了电极老化，电极寿命至少可增加3倍，每年电极消耗5.33支，成本2.132万元。每年可节约电极成本23.468万元。

在运行维护方面，根据我们在浸出过程的使用经验，PH电极2~4天要进行一次标定，20天左右更换电极，维护工作量较大。如果维护不当或维护不到位，将对设备的正常运行带来较大的不确定性。本发明大大减少设备和电极的数量，改善了电极的清洗效果，延长了电极的标定周期，从而大大减少了维护量。并且由于工艺流程的各测点采用同一台仪表进行测量，各点测量误差趋同，避免了采用不同仪表测量带来的不确定性误差，更有利于工艺操作和控制。

附图说明

图1：本发明的***结构图；

图2：本发明实施例中PLC自动控制流程图。

图中，F1-Fn为浸入式过滤器，CL为套筒式冷却器，SV1-SVn为采样阀,PM为气动隔膜泵，EV1为隔离阀，BC为缓冲池，LS为液位检测开关,FS为流量开关，EV2为进液阀，EV3为缓冲池排液阀，EV4为测量池排液阀，EV5为清洗阀，EV6为驱动阀，EV7为反吹阀，EV8为反洗阀，FC为测量池，AE为PH电极，AT为PH变送器，SS为射水器，GL为管道过滤器。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步说明，以方便技术人员理解。

实施例1：图1中分界线以上元件和仪表安装在不锈钢底板上，采样点1-4对应流程上4个PH测点，每采样点设置浸入式过滤器F1-F4，安装在反应槽出口溜槽上，其过滤部分浸没在介质中，靠气动隔膜泵PM产生的负压使溶液通过过滤面进入过滤器腔体，采样管***腔体底部，浸入式过滤器F1-F4用陶瓷过滤器、采样管连接器和安装支架组成，可拆换，在其过滤性能明显下降时方便更换进行人工清洗；套筒式冷却器CL外套管即冷却水流通管采用DN40 304不锈钢管，两端封闭，n根￠8×1.0钛或316L不锈钢样液管由端面穿过外套管,样液管一端接采样过滤器，另一端与采样阀相连, 套筒式冷却器CL外套管两端有冷却水进出口，样液流出端为进水口，另一端为出水口，CL的长度为5-6m,视反应槽的大小和安装位置而定;冷却水流量开关FS采用经济型流量传感器，其开关量输出接入PLC进行断流报警；采样阀SV1-SV4为DN8不锈钢电动球阀或流通方向为双向的耐腐蚀塑料电磁阀；气动隔膜泵PM采用A.025P-6mm型威尔顿气动隔膜泵，最大流量17l/min,最大干吸程4m,通过调节压缩空气的压力调节隔膜泵为较小流量，使高温样液经过冷却器得到较好的冷却效果；EV1-EV5、EV8为DN6口径耐腐蚀电磁阀，EV6- EV7为DN3口径普通电磁阀；缓冲池BC和测量池FC用PP塑料制作，缓冲池BC容积为550-600ml,测量池FC容积为250ml左右,缓冲池BC液位开关LS为非接触式电容液位开关，其开关量液位报警输出接入PLC控制隔膜泵和隔离阀的关停；本实施例中，还包括用于PH电极清洗塑料喷头，安装在测量池与PH电极敏感膜平行位置,有机玻璃射水器混合液流量0.5l/min左右; 射水器入口管上还设置管道过滤器GL，将水中的杂质滤除，避免堵塞。

有必要在此指出的是本实施例只用于对本发明进行进一步说明，但该实施例不应理解为对本发明保护范围的限制，该领域的技术熟练人员可以根据上述本发明的内容作出一些非本质的改进和调整。

Claims (5)

1.一种采样预处理和多流路切换pH测量装置，其特征在于，浸入式过滤器F1-Fn的过滤部分浸没在n个目标采样点的被测介质中，采样管一端***过滤器腔体底部，另一端分别连接套筒式冷却器CL的n根样液冷却管，样液冷却管从套筒式冷却器CL中穿出后经对应设置的采样阀SV1-SVn汇入总管后接入气动隔膜泵PM进液口，气动隔膜泵PM出液口通过管道连接缓冲池BC，气动隔膜泵PM与缓冲池BC之间的连接管道上设有的隔离阀EV1，气动隔膜泵PM的驱动气源管设置有驱动阀EV6，缓冲池BC设有排液口和溢流口，排液口通过管道接出后分成两个支管道，其中一个支管道接入测量池FC中，该支管道上设置有进液阀EV2，另外一个支管道连接到排液总管，该支管道上设有缓冲池排液阀EV3,溢流口通过溢流管连接到排液总管，pH测量电极AE***测量池FC中进行测量，测量池FC设有排液口和溢流口，排液口通过管道连接到排液总管，该管道上设有测量池排液阀EV4, 溢流口通过溢流管连接到排液总管，缓冲池和测量池的排液和溢流汇入排液总管排放到工艺溜槽；带有反洗阀EV8的反冲水管以及带有反吹阀EV7的空气反吹管连接在采样阀与气动隔膜泵PM之间的汇总管上；所述缓冲池BC设液位检测开关LS；所述套筒式冷却器CL的冷却水管设流量开关FS；多流路切换采样、测量和采样***的清洗由PLC控制自动进行，控制步骤如下：

工作前，所有自动阀和气动隔膜泵是关闭；

第一步：打开采样阀SV1和反洗阀EV8，反洗采样点1的采样管线和采样过滤器F1,定时t1秒;

第二步：关闭反洗阀EV8,打开反吹阀EV7反吹清空采样点1采样管线中的残液,定时t2秒,

第三步：当定时t2时间到，关闭反吹阀EV7，启动气动隔膜泵PM，打开隔离阀EV1和缓冲池排液阀EV3，采样点的被测样液流经浸入式过滤器过滤、套筒式冷却器CL冷却、采样阀SV1、气动隔膜泵PM、隔离阀EV1、缓冲池BC、缓冲池排液阀EV3，进行冲洗管线和缓冲池，定时t3秒；

第四步：关闭缓冲池排液阀EV3，待缓冲池BC充满，液位检测开关LS检测到液位满时其输出触点闭合；

第五步：PLC接收到液位检测开关LS触点闭合信号，关闭采样阀SV1、气动隔膜泵PM、隔离阀EV1,打开进液阀EV2和测量池排液阀EV4，冲洗测量池FC，定时t4秒；在关闭隔离阀EV1的同时，进入下一采样点的管线清洗和采样：打开下一采样阀，再进行第一步至第五步的动作；并在定时t4时间到即进入本次样液的测量过程：后续第六至十一步；

第六步：关闭测量池排液阀EV4，待测量池FC充满，定时t5秒；

第七步：打开缓冲池排液阀EV3排空缓冲池BC，关闭进液阀EV2,定时t6秒，让pH测量电极AE在样液中浸泡一定时间，此时为pH测量电极AE测量稳定阶段，待pH示值稳定后PLC给出开关量信号DO1到DCS***；

第八步：DCS***接收到PLC_DO1信号，读取采样点1有效pH测量信号，并保持读取值到下一测量周期更新；

第九步：打开测量池排液阀EV4排空测量池FC，定时t8秒，进入下一个采样点样液的测量步骤：即执行从第六步起的后续步骤；

第十步：测量周期的最后一个采样点样液测量完毕时，打开电极清洗阀EV5，定时t9秒，对pH测量电极AE进行清洗；

第十一步：关闭EV5，定时t10秒，进入下一周期的测量；周而复始，完成n个采样点的周期性巡测。

2.根据权利要求1所述的一种采样预处理和多流路切换pH测量装置，其特征在于，所述测量池FC还设有电极清洗装置，包括清洗喷头、清洗阀EV5、射水器SS、清洗剂桶和连接管；清洗水经射水器SS与吸入清洗剂桶中的清洗剂混合后，经清洗阀EV5和喷头对pH测量电极AE敏感膜进行清洗。

3.根据权利要求1或者2任意一项所述的一种采样预处理和多流路切换pH测量装置，其特征在于，采样液过滤器F1-Fn为浸入式陶瓷过滤器，各采样点分别设置，方便更换进行人工清洗。

4.根据权利要求3所述的一种pH测量装置，其特征在于，替换***测量池FC 中的pH测量电极AE为其它在线分析仪器的采样管，可作为其它在线分析仪器的采样预处理和多流路切换装置，实现溶液中其它成分的多流路在线分析。

5.根据权利要求4所述的一种pH测量装置，其特征在于，所述n值为1-5，所述t1-t9为时间参数，累加值小于2分钟，其数值在PLC上进行设置。