案例 | 饲料加工厂对高温回收冷凝水进行有机物监测

项目总结用户 – Mars 动物饲料加工厂有限公司加工厂地点 – 德国弗登市（Verden）应用领域 – 高温回收冷凝水监测设备 – Sievers* M9 总有机碳 TOC分析仪技术选择的考虑因素 – 对于高温回收冷凝水的监测，pH值、电导率、紫外传感器均无法有效检测出循环蒸汽中的脂肪、油、颗粒物等污染。而Sievers M9 TOC分析仪能准确检测出含量极低的有机污染物，即使对于碱性样品也不在话下。当分析仪与功能强劲的样品预处理过滤器一起使用时，能够有效监测含有颗粒物的高温冷凝水，提供实时监测数据。使用此技术配置的结果将锅炉给水中的有机污染风险降至最低。符合统一的循环蒸汽运行指南，加强了生产设备的保护。长达12个月的校准稳定期，提供高准确度和精确度的测量值，维护要求低。快速测量响应，及时报告污染事件样品过滤器有自清洁功能欧洲饲料加工厂对高温回收冷凝水进行有机物 监测 背景 位于德国弗登市的 Mars 动物饲料加工厂按照当地认证机构颁布的标准 和欧洲统一标准 DIN EN 12952和12953运行其锅炉房。这也符合以 前应用的“技术蒸汽指导标准(TRD， Technical Steam Directives)”。 加工厂根据相关要求I1-5]，制定了72小时无人监督锅炉房运行的特别措 施。如果回收冷凝水中发生脂肪、油和油脂( FOG - Fats， Oil and Grease)污染，就需要可靠的系统来防止该污染进入蒸汽发生器。通 过在线监测，该系统的实际功能得到增强，可以发出自动排放被污染 冷凝水的指令。 锅炉制造商发布的产品规格规定，锅炉给水和返回的冷凝水中不可含 有机污染物。 虽然锅炉给水中的补给水来自受控工艺，但返回的冷凝水在热交换过 程中可能受到污染，因此必须对其严密监测。 以往用紫外传感器的方案来检测冷凝水中的有机物污染，但由于紫外 传感器的测量结果不准确且维护要求过高，这种方法已被淘汰。 如果冷凝水中的颗粒物含量过高，不但会干扰光学测量，还会堆积在 光学窗口上，需要每天多次清洁光学窗口。此外，紫外传感器不够灵 敏，无法检测到冷凝水中的低浓度有机物。 挑战 在饲渊加工车间，蒸汽可用于多种工艺，如加热、消毒和清洁、直接 蒸汽处理产品。Mars 公司加工厂的蒸汽应用还包括通过热交换器来液 化板油，因此有机物可能会以油脂的形式进入循环蒸汽。 pH 或电导率探头等普通传感器难以检测到油脂。油脂不溶于水，对 pH 值和电导率基本无影响，因此很难用 pH 或电导率来检测有机污染。 项目总结 用户 - Mars 动物饲料加工厂有限公司 加工厂地点-德国弗登市(Verden) 应用领域-高温回收冷凝水监测 设备 - Sievers* M9 总有机碳 TOC分 析仪 技术选择的考虑因素-对于高温回收 冷凝水的监测， pH值、电导率、紫外 传感器均无法有效检测出循环蒸汽中 的脂肪、油、颗粒物等污染。而 Sievers M9 TOC 分析仪能准确检测 出含量极低的有机污染物，即使对于 碱性样品也不在话下。当分析仪与功 能强劲的样品预处理过滤器一起使用 时，能够有效监测含有颗粒物的高温 冷凝水，提供实时监测数据。 使用此技术配置的结果 将锅炉给水中的有机污染风 险降至最低。 符合统一的循环蒸汽运行指 南，加强了生产设备的保 护。 长达12个月的校准稳定期，提供高准确度和精确度的测 量值，维护要求低。 快速测量响应，及时报告污 染事件 样品过滤器有自清洁功能 周末无人值守锅炉房。在无人看管的情况下，锅炉运 营指南规定：“如果存在油脂污染的风险，则必须安装 双循环系统，除非使用有效设备来确保油脂不会进入 蒸汽发生器(例如使用带冷凝水自动排放功能的可靠 的监测设备)”3]。 Mars 公司加工厂遇到的另一大难题是冷凝水的基质。加工厂用非挥发性胺来养护锅炉，以维持锅炉水的碱 性 pH 值，防止锅炉腐蚀。非挥发性胺不蒸发，不污 染锅炉蒸汽，能使锅炉蒸汽保持7-8的相对较低pH值，因此锅炉蒸汽可以直接接触产品。但较低的 pH 值会 增加锅炉腐蚀，损坏冷凝管，从而产生大量颗粒物。在监测冷凝水的分析仪中，颗粒物会干扰分析并造成 分析仪管道堵塞。 解决方案 传统的传感器无法有效检测有机物污染，而总有机碳 TOC 分析仪能够为用户提供全面的有机物监测解决方 案。TOC 分析仪不但能检测出任何种类的有机物，还 能整合到生产系统之中以便进行快速在线分析。同时，自动监测系统成功与否，能否将停产时间降到最短，样品制备也起关键作用。 冷凝水的温度升高，常被管道腐蚀所产生的颗粒物污 染(见图1)，还可能含有养护锅炉用的化学物质。冷凝水的 pH 值在中性至碱性范围内。 Mars 公司加工厂发现冷凝水中有大量的貌似铁锈的颗 粒物。这些颗粒物虽然不是有机污染物，但会在分析 仪中沉积和堵塞管路，从而影响分析。 因此，对于本文中的应用来说，样品制备至关重要，旨在确保分析结果的准确性和稳健性。加工厂决定试 用已被证明在冷凝水监测领域卓有成效的Sievers*M9在线型 TOC分析仪，并按照本应用的特定要求来制备 样品。 图1：预处理前后的冷凝水对比 试用 Sievers M9 TOC分析仪的目的是测试 Sievers 分 析仪与一家工程公司联合建立的样品制备过滤工艺。过滤工艺具有以下特点： 耐高温达150℃ 耐高压达 60 bar 独家采用不锈钢过滤器组件，坚固耐用，耐酸碱 腐蚀 快速循环过滤器具有自清洁功能，因而维护要求 低 滤芯孔径有 1 pm 至200 pm多种选择，可满足不 同应用。本试用使用5 um滤芯(见图5) 带滤液流量监测功能 反向冲洗过滤器和滤液管功能(可选) 滤液流中的 DOC 过滤器或冷却盘管(可选) 设备体积小巧(见图2) 图2：快速循环过滤板 Sievers M9 TOC分析仪采用 Sievers 独家研发的膜电 导检测技术，能够确保测量的准确性[6.7]。膜电导检测 技术使用透气膜，只允许有机物氧化所产生的二氧化 碳通过薄膜，以防止其它氧化副产物干扰测量，因此 能够提供准确的测量结果(见图 4)。Sievers M9TOC 分析仪具有维护要求低、校准稳定期长、极低浓 度有机物测量的准确性高等优点，从而成为回收冷凝 水的理想监测设备。此款分析仪的优点还包括：无需 仪表空气、连续运行时试剂消耗极少、测量所需的时 间短、体积小巧、操作便捷等。 图4：膜电导技术 |试用设置和结果 试用时，直接从给水箱正前方的冷凝水回流管中取样。带有循环泵的快速循环管路将冷凝水送进预处理系统，然后使冷凝水返回主管路(见图3)。循环泵中的流 速约为6 L/min， 足以以200-300 mL/min 的流速将过 滤后的样品送进 TOC分析仪。 取样点处的冷凝水的最高温度标定为 105℃。由于在 快速循环和样品预处理过程中的温度损耗，分析仪的 “集成在线取样端口( iOS， Integrated Online Sample Port)”处的温度不到90℃。Sievers M9配 备了耐高温型的iOS， 适用于温度最高为95℃的样品，因此无需事先冷却样品。 在初始冲洗(即彻底清除从取样点到分析仪的所有新 管路中的残留有机物)之后，测量结果稳定在100ppb TOC 以下(见图5)，表示回收的冷凝水中没有 明显的有机物污染。 图5：测量结果 试用持续进行7周。在试用期间， Sievers M9 TOC分 析仪和快速回路过滤器都不需要进行维护。过滤器自 带清洁功能，尽管样品中含有大量颗粒物(见图1)，但并未检测到滤液流量显著降低。 图6：试用7周后(左)和清理恢复后(右)的滤芯 由于滤芯是不锈钢网，因此在试用之后，可以用 0.1M HCI 来刷洗和处理滤芯，以恢复滤芯的清洁度(见 图6)。 |结论 Sievers M9 在线型 TOC分析仪提供稳定且精确的测量 数据，适用于监测30 -60 ppb TOC 的低浓度回收冷 凝水。 同时采用上游样品过滤和 TOC分析，可以大大降低维 护成本、提高测量灵敏度、缩短停产时间，而这些都 是紫外传感器无法做到的。我们对维护工作的建议是，在规定的时间内(每1-3个月)用 0.1M HCI冲洗整个 过滤系统。 使用快速回路过滤器，使样品制备变得简便、可靠、维护要求低。尽管滤液中的颗粒物含量高，但滤液流 量仍远高于分析仪所要求的50毫升/分钟，这得益于 过滤器制造商设计的自行清理功能。我们发现，5 um 孔径的滤芯足以防止分析仪堵塞。 试用结果证明， Sievers M9 TOC分析仪搭配样品过滤 装置，是一款性能可靠的监测系统，能够有效监测回 收冷凝水中的有机物污染，也能监测 Mars 公司加工厂 的任何具有挑战性的样品。Sievers M9 TOC 分析仪和 过滤装置在试运行期间均无故障，且无需维护，为加 工厂提供了可靠、准确的测量数据，确保了生产设备 平稳运行。 |参考文献 [1]： Water-tube boilers and auxiliary installations-Part 12： Requirements for boiler feedwater and boiler water quality； German version EN 12952-12：2003. [2]： Shell boilers - Part 10： Requirements for boiler feedwater and boiler water quality； German version EN 12953-10：2003. [3]： Abschnitt 2 TRD 604 Blatt 2 - Zusatzliche Anforderungen an die Ausrustung der Dampfkesselanlage (AuBer Kraft am 1. Januar 2013durch die Bek. vom 17. Oktober 2012 (GMBI S. 902)). [4]： Water-tube boilers and auxiliary installations - Part 7： Requirements for equipment for the boiler； German version EN 12952-7：2012. [5]： Shell boilers- Part 6： Requirements for equipment for the boiler； German version EN 12953-6：2011. [6]： "ASTM E2656 -16 Standard Practice for Real-time Release Testing of Pharmaceutical Water for the Total Organic Carbon Attribute". www.astm.org. [7]： Standard Methods for the examination of water and wastewater， 23rd edition， 2017， 5310 Total Organic Carbon (TOC). |联系我们 了解更多 Sievers 分析仪如何为废水处理需求提供解 决方案，请访问网站 http：//cn.sieversinstruments.com。 请访问以下网址与我们联系： cn.sieversinstruments.com