Ứng dụng Hach sc100/pHD & inductive sensor đo pH/độ dẫn điện trong gia công/mạ kim loại

Giới thiệu

Đo đạc pH và độ dẫn điện là rất quan trọng tại một số khu vực trong một nhà máy xử lý kim loại hay trong một quy trình xử lý của quá trình gia công. Sự hiểu biết cơ bản các quy trình xử lý/mạ kim loại vận hành như thế nào sẽ giúp xác định việc ứng dụng hệ thống đo đạc pH và độ dẫn điện một cách đúng đắn.

Sơ lược về các bước xử lý

Thông thường, các nhà máy mạ/gia công kim loại sẽ làm sạch các phần bề mặt không được sơn hay phủ với các chất cản trở hóa học khác nhau để ngăn ngừa sự ăn mòn. Phủ photphat (kẽm hay sắt) được sử dụng để xử lý bề mặt kim loại cho giai đoạn sơn lỏng hay sơn bột. Một số nhà máy thực hiện việc xử lý kim loại theo quá trình photphat mangan, ở những nơi được tra dầu để bảo vệ.

Tiến trình mạ cũng tương tự với các bước gia công ngoại trừ bể mạ được thay thế bằng bể photphat, nơi mà có thể được quan trắc hay không quan trắc độ pH. Phải chắc chắn vật liệu làm sensor pH phù hợp và giới hạn về nhiệt độ của chúng khi sử dụng tại các bể này.

Hình 1 mô tả một quy trình làm sạch/photphat kim loại qua từng bước. Không quan tâm đến các bể nhúng hoặc bể rửa phun được sử dụng, chức năng của các bước còn lại là như nhau, một số hệ thống có thể có thêm một hay hai bể phụ khi cần làm sạch hoặc rửa thêm.

Hình 1 – Các bể chính trong một quy trình xử lý kim loại

Bước 1: Làm sạch

Đây là bước đầu tiên để làm sạch các phần ban đầu. Bể nhúng hay bể rửa phun luôn có chứa các chất làm sạch gốc kiềm nhất định. Người vận hành nhà máy luôn cố gắng theo dõi liên tục và kiểm soát hệ thống bể nhúng và phun rửa này để tối ưu lượng hóa chất sử dụng thông qua việc châm hóa chất tự động. Họ phải theo dõi cẩn thận độ dẫn điện của dung dịch ở bước làm sạch này để duy trì ở một nồng độ ổn định. Hiểu rõ việc đo độ dẫn điện cho thấy tại sao cố gắng này không thành công. Do độ dẫn điện không phải là đo một ion riêng biệt nào đó và cũng không đo ion của một hóa chất nhất định được dùng cho bước làm sạch này. Việc đo độ dẫn điện sẽ cung cấp giá trị nồng độ ion tổng cộng theo đơn vị microSiemens/cm. Khi theo dõi độ dẫn điện ở bước này, việc đo đạc không được chính xác vì:

Chất ô nhiễm được rửa từ các bộ phận đi vào bể luôn luôn làm tăng độ dẫn điện tổng cộng

Hóa chất làm sạch bị tiêu hao

Trong quy trình, sẽ có một lượng chất nhất định được chuyển từ bể này sang bể khác.

Những yếu tố này sẽ làm giá trị độ dẫn điện không thay đổi hoặc có thể tăng.

Kết quả là độ dẫn điện đo được không phải là đại diện thực tế của nồng độ hóa chất. Cái gì thực chất đang được đo là sự gia tăng lượng đất nhiễm bẩn và sự giảm sút khả năng làm sạch của chất làm sạch. Thực hiện chuẩn độ bằng tay là cách duy nhất để đo nồng độ thực chất.

Bước 2: Rửa bằng nước

Bước này sử dụng nước sạch để rửa các phần đất và xà phòng còn sót lại trong bước làm sạch.

Quan trắc độ dẫn điện trong nước nước rửa có thể giúp tiết kiệm chi phí. Một số người vận hành sẽ để nước rửa chảy tràn ở bể rửa liên tục. Một số khác thì ấn định thời gian để chảy tràn hoặc theo chu kỳ kiểm tra bể. Phương pháp thay thế là đặt thiết bị đo để dõi liên tục độ dẫn điện của nước rửa trong bể để xác định khi nào giá trị độ dẫn điện ở mức không còn hiệu quả trong việc rửa sạch. Van nước solenoid kiểm soát liên tục nhờ vào rờ le cài đặt trong bộ điều khiển HACH sc100 tại giá trị hơi thấp so với khoảng thang đo không hiệu quả sẽ giảm được chi phí xử lý nước thải và chi phí vận hành quy trình. Việc tiết kiệm này rất đáng kể khi đem so sánh với phương pháp để nước chảy tràn liên tục.

Bước 3: phosphating

Bước này chuẩn bị cho kim loại đem đi sơn. Dung dịch axit –bazơ photphat sắt hay kẽm được dùng để khắc lên bề mặt kim loại, tạo ra các lớp nhấp nhô cực nhỏ trên bề mặt kim loại để sơn đóng bám lên bề mặt được tối ưu.

pH thường được đo đạc trong bước này. Thông thường, các nhà máy sử dụng loại giấy đo pH có độ chính xác thấp hoặc chuẩn bộ bằng tay tốn kém thời gian và chi phí cho việc theo dõi pH tại bước này.

Bước 4: Rửa bằng nước

Bước rửa nước này sử dụng nước sạch để loại bỏ hóa chất còn sót lại trong bước xử lý với photphat trước đó. Tương tự như bước 2, quan trắc độ dẫn điện ở bể rửa tại bước này sẽ tiết kiệm chi phí đáng kể.

Bước 5: Phủ chất ức chế

Trong bước này, một chất ức chế được ứng dụng cho các phần kim loại để ngăn ngừa sự ăn mòn trước đó xuất hiện cho đến bước sơn. Có nhiều loại chất ức chế khác nhau được sử dụng. Một số có gốc axit chromic và số khác ít độc hại và ô nhiễm hơn.

Tùy thuộc vào chất ức chế sử dụng mà các bước phủ có thể đo đạc chỉ tiêu pH. Cần xác định tính phù hợp của vật liệu sensor cũng như giới hạn nhiệt độ khi sử dụng các sensor pH.

Hệ thống đo đạc cho bể rửa, phosphating và phủ chất ức chế:

Model sc100™ pH Controller LXV401.52.02002

Model DPD1P1 Convertible pH Sensor

pH Sensor Mounting Hardware Assembly MH43A00B

Model D3727E2T Conductivity Sensor

Conductivity Sensor Mounting Hardware Assembly MH43G

Giới thiệu bộ điều khiển sc100 và các cảm biến kỹ thuật số của Hach đạt chuẩn Class 1 Division II

Bộ điều khiển sc100 cũng như một số cảm biến (sensor) khác của Hach hiện nay đã có sản phẩm dành riêng cho yêu cầu đạt chuẩn an toàn mức (rating) Class 1 Division II. Những sản phẩm này có mã số đặt hàng riêng của nó và được liệt kê bên dưới theo danh mục sản phẩm. Chú ý các sensor pH và độ dẫn điện là theo một bộ gồm sensor analog, cổng chuyển đổi tín hiệu số (digital gateway) và dây cáp kéo dài có rating Class 1 Division II. Đầu đo LDO (đo oxy hòa tan theo phương pháp huỳnh quang) thì đã được gắn với dây cáp digital nên không cần thêm digital gateway khi kết nối với các bộ điều khiển kỹ thuật số (digital controller).
Khi kết nối một sensor đến sc100, một khóa an toàn đặc biệt bắt buộc phải sử dụng cho tại đầu nối với sensor trên sc100. Đối với sc100 và các sensor đã được lắp đặt thì không thể biến đối chúng để có thể đáp ứng được yêu cầu an toàn cần thiết theo Class 1 Division II rating. Chỉ những hệ thống mới được đặt mua sau này theo mã hàng tương ứng mới đạt yêu cầu.
Khả năng kết nối cùng lúc 2 sensor trên một controller vẫn được áp dụng cho rating này theo các bản vẽ điều khiển (control drawing). Các bản vẽ điều khiển có trong các tài liệu hướng dẫn sử dụng controller.
FAQs:
Sản phẩm với rating Class 1 Division II là có nghĩa gì?
Định nghĩa Class 1 – các khí hay hơi có thể bắt cháy
Định nghĩa Division II – môi trường (khí) dễ nổ không hiện diện trong các hoạt động vận hành bình thường.
Có thể giải thích đơn giản hơn về rating này ? Rating này có nghĩa là sản phẩm có thể được sử dụng ở các vị trí mà tại đó các khí/hơi dễ bắt cháy thường không có mặt do đó trong vận hành bình thường không phát sinh cháy nổ tự nhiên. Tuy nhiên, vẫn có thể những khí/hơi này đột ngột xuất hiện vì thế hệ thống phải đảm bảo đạt các yêu cầu chung về an toàn.
Làm thế nào để một sản phẩm đạt rating Class 1 Division II? Sản phẩm đó được thiết kế theo cách sao cho bảo vệ được nó tránh gây hư hại trong môi trường được lắp đặt sử dụng. Đối với Class 1 Division II, việc thiết kế được tính toán cho trường hợp khí/hơi dễ bắt cháy hiện diện và ngăn ngừa sản phẩm gây ra cháy nổ trong những điều kiện đó. Khả năng này được kiểm chứng qua nhiều giờ thử nghiệm. Ngoài ra, sản phẩm phải được lắp đặt đúng theo tài liệu hướng dẫn cũng như bản vẽ điều khiển. Một sản phẩm có thể nhận được phê chuẩn là sản phẩm đạt Class 1 Division II khi các thiết kế và giấy tờ đạt yêu cầu.
Tại sao điều này quan trọng với khách hàng? Nhiều khách hàng có nhu cầu về thiết bị đo on-line nhưng lắp đặt trong khu vực có thể có khí/hơi dễ gây cháy nổ. Nếu không có các chứng nhận tiêu chuẩn an toàn này, khách hàng không thể được đảm bảo hệ thống an toàn trong điều kiện môi trường như thế. Nếu không có sự đảm bảo về độ an toàn, con người và thiết bị có thể gặp rủi ro.
Dòng sản phẩm on-line mới nào đạt chuẩn Class 1 Division II? Nhiều sản phẩm dòng Echem được đặt hàng với Class 1 Division II rating. Xem chi tiết từng sản phẩm được giới thiệu bên dưới để biết mã đặt hàng.
Các sản phẩm hiện đang sử dụng có thể được biến đổi để đạt Class 1 Division II? Không thể biến đổi hay sữa chữa tại chỗ để thành Class 1 Division II. Các sản phẩm chỉ có thể được đánh dấu và chứng nhận Class 1 Division II bởi nhà sản xuất (Hach).

Chú ý: Loại khóa an toàn điểm nối (p/n 6139900) được đóng gói đi kèm các sensor Class 1 Division II. Không cần phải đặt hàng riêng sản phẩm này khi đã chọn mua Class 1 Division II. Để lắp đặt tại khu vực Class 1, Division II, khóa an toàn này phải được gắn bao bọc đầu dây cáp như hình dưới đây.

sc100 controller
sc100 phải đáp ứng các tiêu chí sau đây để đạt rating Class 1 Division II:
Tài liệu hướng dẫn: bằng tiếng Anh
Kết nối nguồn cấp điện: không được vận chuyển với bất kỳ dây nối nguồn
Ngõ truyến thông kỹ thuật số: phải hoặc không có đầu ra thông tin liên lạc hoặc có Modbus 232 hoặc 485 Modbus.
Bảng tên: có thể không có bảng tên hoặc bảng tên bằng giấy hoặc thép.
Nhãn hàng: phải được đánh nhãn hiệu của Hach.
Các mã hàng đạt rating Class 1 Division II:

Tất cả sc100 đáp ứng Class 1 Division II rating sẽ có nhãn số sê-ri như sau.

Hach LDO
Sensor Hach LDO Class 1 Division II có dây cáp gắn liền dài 10 m (32.8 ft) bao gồm cả khóa an toàn đầu nối, nắp sensor có thể thay thế, 3 túi dùng hiệu chuẩn/bảo vệ và tài liệu hướng dẫn sử dụng có chỉ định Class 1 Division II. Để đặt mua Hach LDO đạt chuẩn Class 1 Division II, khách hàng phải đặt theo mã số như sau:
5790001 LDO Probe, Class 1 Division II (dây cáp 10 m (32.8 ft) gồm cả khóa an toàn đầu nối, nắp sensor có thể thay thế, 3 túi dùng hiệu chuẩn/bảo vệ và tài liệu hướng dẫn sử dụng cho Class 1 Division II).
Đối với loại Hach LDO không có Class 1 Division II, mã đặt hàng cho sensor sẽ là 5790000.
pHD sc – Digital Differential pH và ORP Sensor
Tất cả sensor Digital pHD sc Class 1 Division II đều có dây cáp rời 4.5 m (15 ft), digital gateway (p/n 6120500) và 1 dây cáp để kéo dài 1 m (3.3 ft) Class 1 Division II có sẵn khóa an toàn (p/n 6122401). Khi đặt hàng để thay mới sensor, chọn sensor với mã số tương ứng theo cột “Replacement Sensor”. Chú ý: sensor pHD tách rời thì không có sẵn loại Class 1 Division II

Các kiểu thân sensor:

• Convertible – 1-inch NPT ở cả hai đầu, được thiết kế dùng cho các kiểu gắn chữ T hay các kiểu gắn cho dòng chảy ngang qua và gắn nhúng vào trong ống
• Insertion – không có ren ở cuối điện cực, thiết kế để dùng với van lắp ráp chèn
• Sanitary – có bản kẹp 2-inch để khớp với kiểu Tri-Clover
• Immersion – dùng lắp vào dây chuyền hay đường ống



Chú thích: 1 – Polyetheretherketone 2 – Polyphenelene Sulfide

Chú thích: 1 – Polyetheretherketone 2 – Polyphenelene Sulfide


PC sc và RC sc- Combination pH và ORP sensor
Tất cả sensor loại PC sc và RC sc Class 1 Division II đều có dây cáp rời dài 4.5 m (15 ft), digital gateway (p/n 6120500) và 1 dây cáp để kéo dài 1 m (3.3 ft) Class 1 Division II có sẵn khóa an toàn (p/n 6122401). Khi đặt hàng để thay mới sensor, chọn sensor với mã số tương ứng theo cột “Replacement Sensor”.

3700 sc- Digital Inductive Conductivity sensor
Tất cả sensor sê-ri 3700 sc Class 1 Division II  đều có dây cáp rời 6 m (20 ft), digital gateway (p/n6120800) và 1 dây cáp để kéo dài 1 m (3.3 ft) Class 1 Division II có sẵn khóa an toàn (p/n 6122401). Khi đặt hàng để thay mới sensor, chọn sensor với mã số tương ứng theo cột “Replacement Sensor”.
Các kiểu thân sensor:
• Convertible – 2-inch NPT ở cả hai đầu, được thiết kế dùng cho các kiểu gắn chữ T hay các kiểu gắn cho dòng chảy ngang qua và gắn nhúng vào trong ống
• Sanitary (CIP) – có bản kẹp 2-inch, nắp đặc biệt và miệng đệm tổng hợp EPDM


3400 sc:
Các sensor sê-ri 3400 sc riêng không có sẵn cho mức Class 1 Division II

3422 sc Class 1 Division II Digital Compression Fitting Style Sensors
Tất cả sensor 3422 sc Class 1 Division II với dây cáp rời 6 m (20 ft), digital gateway (p/n 6120700) và dây kéo dài 1 m (3.3 ft) Class 1 Division II có kèm khóa an toàn (p/n 6122401). Khi đặt hàng để thay mới sensor, chọn sensor với mã số tương ứng theo cột “Replacement Sensor”.

3433 sc Class 1 Division II Digital General Purpose Style Sensors
Tất cả sensor 3433 sc Class 1 Division II loại phi-kim loại với điện cực than chì và thân vật liệu ¾ inch male NPT Ryton với dây cáp rời 6 m (20 ft), digital gateway (p/n 6120700) và một dây cáp kéo dài 1 m (3.3 ft) Class 1 Division II có kèm với khóa an toàn (p/n 6122401). Khi đặt hàng để thay mới sensor, chọn sensor với mã số tương ứng theo cột “Replacement Sensor”.

3444 sc Class 1 Division II Digital Boiler/Condensate Style Sensors
Tất cả sensor 3444 sc Class 1 Division II gồm loại điện cực SS316 và thân bằng SS316, ¾ inched male NPT với dây cáp rời 6 m (20 ft), digital gateway (p/n 6120700) và dây kéo dài 1 m (3.3 ft) Class 1 Division II có khóa an toàn (p/n 6122401). Khi đặt hàng để thay mới sensor, chọn sensor với mã số tương ứng theo cột “Replacement Sensor”.

3455 sc Class 1 Division II Digital Sanitary (CIP) Flange Style Sensors
Tất cả sensor 3455 sc Class 1 Division II gồm loại điện cực SS316 và thân bằng SS316, ¾ inched male NPT với dây cáp rời 6 m (20 ft), digital gateway (p/n 6120700) và dây kéo dài 1 m (3.3 ft) Class 1 Division II có khóa an toàn (p/n 6122401). Khi đặt hàng để thay mới sensor, chọn sensor với mã số tương ứng theo cột “Replacement Sensor”.