给水消毒系统有毒气体监控技术应用研究

城镇供水NO.6201529CITYANDTOWNWATERSUPPLY·水处理技术与设备·前言河南油田黄山水厂是一座居民生活饮用水厂，日设计供水能力为50000m3，以地下深井水为水源，主要工艺流程为源水——消毒——加压外输。由于供水能力较小，加之居民对液氯消毒的反感，早在2004年，水厂就对消毒工艺进行升级改造，采用二氧化氯消毒工艺。二氧化氯消毒系统投运之初，受当时技术条件限制，并没有安装配套的有毒有害气体监控设备，考虑安全要求，则采用人工机动排风和定时自动排风相结合方式来保证反应器间和储料间的空气流通。2012年冬季维修人员对2#二氧化氯发生器进行检修时，管道内残留液体发生泄漏，一名作业人员不慎吸入气体，紧急送往医院救治，抢救及时并无大碍，第一次为全厂职工敲响了安全警钟。针对这次事故，对消毒系统有毒有害气体的监控被提上日程。1.有毒有害气体分析研究1.1二氧化氯消毒系统现状给水消毒系统有毒气体监控技术应用研究刘　艳　支　彪　王爱琴　汤俊灵　樊晓晴（中石化河南石油勘探局水电厂，河南南阳473132）摘要：本文全面分析了给水系统消毒工艺的现状，生产中可能存在的有毒气体泄露及其危害；介绍了氯气及二氧化氯气体警报监控系统的设计与在以二氧化氯为消毒剂的小型水厂的应用；探索了该系统分别在氯气和二氧化氯不同浓度下的发出声光警报、自动关断二氧化氯发生器以及打开排气设备等功能；证明了该警报监控系统在实际生产中具有良好的应用前景。关键词：氯气　二氧化氯　报警　监控　自动　关断　通风黄山水厂现有两台RWS—P3型加氯机，通过三元法（25%亚氯酸钠NaClO2、10%次氯酸钠NaClO、15%盐酸HCl）制取高纯度ClO2。具体工艺见图1。1.2二氧化氯消毒系统有毒有害气体种类分析通过技术人员理论分析及实践经验得出，在发生器间存在着ClO2泄漏的可能，在储料间存在着Cl2泄漏的可能，而这两种气体都能对人体造成一定危害，因此，技术组决定针对这两种气体进行重图1　二氧化氯消毒工艺DOI:10.14143/j.cnki.czgs.2015.06.01130城镇供水NO.62015CITYANDTOWNWATERSUPPLY·水处理技术与设备·点监控。2.监控系统设计在整个有毒有害气体的检测技术中，无疑漏氯报警仪是核心组件。2.1漏氯报警仪简介通过反复比选，最终采用了SBD—100D型漏氯报警仪，该套仪器主要包括一台主机及两个探头。该型号报警仪具有性能可靠、灵敏度高、人机界面简单等特点，它能够实时监测空气中有毒有害气体的浓度，浓度值高低通过主机的显示屏显示。主要工作原理为，传感器输出电流值与环境中氯气浓度成正比。无氯气时，传感器上的电解液在电极电场的作用下，电极产生极化，二电极间电流最小。当有氯气泄漏并扩散到传感器的电极时，电极被去极化，极间电流增大，电流值与氯气浓度成正比，传感器输出电流经I—V变换器触发R—S控制电路报警。该仪器采用双路测试，两个探头可放在不同位置，虽然探头输出信号独立，但是只要有一路探头探测到氯气浓度超过设定值时，输出即可启动。经过技术组考察，很多水厂都安装有类似的报警系统，通过分析，该系统存在的主要缺点有两个，一是自动化程度低，报警仪报警后，切断运行的发生器、打开排风系统等操作都依赖值班人员手动进行，这无形就会增加值班人员的安全风险，二是主机自带的声光报警存在使用不足，即报警声分贝太低，红色指示灯光感太差，即便发出声光报警也不宜被值班员察觉到。为此，技术组认定报警系统不同于监控系统，监控系统在生产中能更好的发挥报警作用，于是升级了报警系统，设计了监控系统。2.2监控系统简介监控系统区别于报警系统主要在于一个“控”字，即同样在漏氯报警仪在监测到空气中超过设定值的有毒有害气体后，不仅会发出声光报警，而且不需手动，完全依赖自动控制系统完成后续操作。通过反复研究讨论，技术组最终敲定了监控系统主体构成，主要分为两大部分，即核心控制部分——漏氯报警仪，主要控制对象——二氧化氯发图2　监控系统接线图城镇供水NO.6201531CITYANDTOWNWATERSUPPLY·水处理技术与设备·酸与亚氯酸钠反应生成红棕色二氧化氯气体（下图5）。通过实验，当产生相应的气体后，报警仪能够发出声光报警，显示探测气体浓度，说明探头安装有效，监控有效。3.2监控探头精度定量试验为了进一步确定该系统的精度等性能，对漏氯报警仪进行了精度方面的测试。先将漏氯报警仪报警值设定在4ppm，将探头置于盛有氯气的烧杯内，当浓度逐渐增大，直到4ppm时，报警系统就响应（图6）。当将漏氯报警仪报警值设定在5ppm，也将探头置于盛有氯气的烧杯内，当浓度逐渐增大到图4　探头监测氯气图5　探头监测二氧化氯气体生器、声光报警器、增压泵、计量泵、排风扇等。主要工作原理为：当报警仪探头检测到空气中有毒有害气体浓度达到或者超过预先设定的浓度值时，报警仪立即通过外部的声光报警器进行声光报警，发出闪烁的强烈红光并发出响亮的报警声，随即切断运行中的二氧化氯发生器，先后停止计量泵、增压泵，打开排风系统进行排风。此后，值班人员根据这一情况，向主管部门报告，启用应急处理预案。2.3监控系统电路设计根据总体设计要求，技术组设计了监控系统的电路图纸。（见图2）2.4监控系统现场安装结合现场安装条件，采取了漏氯报警仪、声光报警器、继电器、开关集中安装在控制柜内，如下图所示。3.监控系统相关参数试验监控系统安装完毕，技术组进行了一系列相关参数的测验，包括定性实验和定量实验等。3.1监控探头定性试验由于监控系统的主要监控对象为Cl2和ClO2，选用的气体探头也是以它们为主。对于这两种气体的获得，实验中以盐酸与次氯酸钠反应，它们生成的有毒有害气体是黄绿色氯气（下图4），又使用盐图3　漏氯报警仪监控系统控制柜32城镇供水NO.62015CITYANDTOWNWATERSUPPLY·水处理技术与设备·4.03ppm时，报警系统不会响应（图7）。根据这种原理，依次对Cl2和ClO2进行了实验，图6　当实际数据大于报警设定值时报警图7　当实际数据小于报警设定值时不报警实验结果如下。以上测试得知当有毒有害气体浓度达到或者超过设定值时，报警仪能够报警，低于设定值时不报警，达到预期目的，漏氯报警仪的精度和灵敏达到设计要求。3.3报警仪与配套外围设备联动试验所谓监控系统主要由“监”和“控”两部分组成，通过实验，漏氯报警仪在监测气体浓度方面可以达到设计要求，但是对于外围设备的控制也是考核的重要内容。实验证明，当发生器间、储料间探头感应到的气体浓度值等于或高于漏氯报警仪设定的报警值时，报警仪能够立即发出醒目的声光报警，停止运行中的二氧化氯发生器，打开排风系统，能够实现对外围设备的有效控制。（见图8、图9、图10）在停止二氧化氯发生器的动作时，依据设备操作规程，停运必须遵照先停计量泵后停增压泵的表1　氯气精度实验氯气精度实验表格报警设定值（ppm）实验结果实验浓度值（ppm）是否报警实验浓度值（ppm）是否报警1.000.16否2.36是2.001.62是1.40否3.004.21是1.37否4.004.08否2.34否5.004.03否5.60是表2　二氧化氯精度实验二氧化氯精度实验表格报警设定值（ppm）实验结果实验浓度值（ppm）是否报警实验浓度值（ppm）是否报警1.002.35是0.37否2.001.02否3.19是3.005.22是1.37否4.003.65否5.15是5.007.56是3.46否城镇供水NO.6201533CITYANDTOWNWATERSUPPLY·水处理技术与设备·顺序，确保发生器内部药液管的反冲洗过程正常进行。为了满足这个要求，在设计该系统自动监控中，充分考虑、反复试验，最终以增加延时继电器来实现先停运计量泵，9秒后再停运增压泵。4.结论漏氯报警监控系统对二氧化氯消毒系统泄漏的有毒有害气体进行实时监控，当泄漏的有毒有害气体浓度达到或者超过预先设定的浓度值时，该监控系统能够能第一时间进行声光报警，切断运行中的二氧化氯发生器，先后停止计量泵、增压泵，打开排风系统进行换气，可以提高员工应急反应能力，降低安全风险，且达到了以下技术要求：（1）报警范围为1～5ppm，通常在运行中采用3ppm，而实际运行中发现报警仪探头可对0.01ppm级别低浓度有毒有害气体的监控。（2）响应时间≤30秒，在实际检验中，报警仪可在1s之内启动排风扇，可在1s之内关闭运行中的二氧化氯发生器。（3）该系统存在的缺陷主要有对于有毒有害气体并没有进行无害化处理，考虑到泄漏量，遂直接向周围环境排放，对于大中型水厂，则需要配套的无害化处理系统。（4）由于黄山水厂发生器间及储料间面积较小，布局紧凑，所以在探头布置上采取了靠近最易泄漏部位的原则，但是对于大面积监控的实现，需要结合气体扩散原理、探头监控范围、监控面积等参数进行详细计算，合理布局，进行专项设计。（5）对于该系统的日常维护、关键部位检验等工作，需要制定更为科学的管理制度，而对于探头、报警仪的定期安全检验则需呈送具有鉴定资质的相关单位。经过半年的现场使用，漏氯报警监控系统安全可靠，反应灵敏，具有推广到工艺类似的生活水处理厂，用以提高其消毒系统的安全性，实现自动化。作者通联：0377-63815055图8　声光报警图9　排气扇启动图10　二氧化氯发生器停运