2線式pH計/ORP計 FLXA21

概要

製糖工場の炭酸飽充塔で使用する pH 計は、製品の高品質化と歩留まりをよくするために正確な測定値が要求されます。しかしながら、測定対象の温度が高いうえ糖液に添加する石灰や炭酸ガスによって生成する炭酸石灰などがスケールとして検出器部に付着しやすく、これが安定な測定を妨げます。したがって、塩酸による洗浄でスケールを落とすとともに低下した検出器特性の回復を図ることを、短い周期で実施することが必要です。
このようなアプリケーションには、汚れに強い液絡部を有しているキセロライト ®（固体電解質）検出器の使用が最適であり、酸洗浄に対する効果も大きく、寿命も一般用検出器に比べて数倍以上の長さを示します。

お客様の期待

• 製糖工場の炭酸飽充塔の効率を上げたい
• 汚れの激しい場所で pH を測定したい
• ランニングコストを削減したい
• 設備更新のイニシャルコストはミニマムに抑えたい

プロセス概略

砂糖の脱色精製は、石灰乳を添加した糖液に炭酸ガスを吹き込み、石灰を炭酸石灰として沈殿させることによって行なわれます。この工程において pH 計は、炭酸飽充槽内での pH 管理に使用されます。
pH 管理は高品質の製品を得るため正確さが要求されます。したがって、長期間にわたり安定な測定値を示す pH 計が望まれますが、一般の pH 検出器を用いた場合には、測定液の温度が高く検出器特性の劣化が早いこと、検出器へのスケール付着が著しいことなどの要因がこれを困難にします。許容範囲内の誤差で運転するには、酸洗浄や校正を頻繁に行なわねばならないうえ短期間での検出器交換も必要となり、運転コストがかさみます。
キセロライト検出器を採用することにより、一般の検出器を用いた場合より大幅に運転コストを低減することができます。

YOKOGAWA のソリューション

フィールドデータ

プロセス条件および電極の状態

*：0.2pH 以内の誤差が維持される範囲。
（注）酸洗浄には、3 ～ 5% の希塩酸を使用。

測定システム

• 適合システム
  (1) 4 線式 pH 計システム
  (2) 2 線式 pH 計システム
  (3) 薬液洗浄形 pH 計システム（特注）

• 構成機器
  キセロライト検出器
  　HA405-120/ □□ G/PP（システム 1 の場合）
  　HA405-120/ □□ F/PP（システム 2 の場合）
  　HA405-120/ □□ /PP（システム 3 の場合）
  潜漬形ホルダ（システム 1,2 の場合 )
  　PH8HS-PP- □□ -T-NN-NN ＊ A
  pH 変換器（システム 1 の場合）
  　PH450G-A-J
  pH 変換器（システム 3 の場合）
  　PH400G-1-JA ＊ B
  pH 伝送器（システム 2 の場合）
  　FLXA21-D-P-S-AA-P1-NN-A-N-LA-J
  ディストリビュータ（システム 2 の場合）
  　PH201G-A1 ＊ B
  薬液洗浄装置（システム 3 の場合）
  （特注内容：温水洗浄付き）
  　ホルダ
  　　PH8HS3-PP- □□ - □ -YP*C
  　操作ユニット
  　　PH8SM3- □ -TT2- □□ - □□ - □□□ *C/Z

ユーティリティ

• 電源
  PH450G 用電源
  　90 ～ 264V AC，50/60 Hz　消費電力：約 15 VA
  PH400G 用電源
  　100 ± 10V AC，50/60 Hz　消費電力：約 8.5 VA
  FLXA21 用電源（PH201G ディストリビュータから給電）
  　FLXA21 作動：16 ～ 40V DC（負荷抵抗により異なります）
  　FLXA21 電源：100V AC，50/60 Hz
  PH8SM3 用電源（薬液洗浄形の場合）
  　100 ± 10V AC，50/60 Hz（± 5%）消費電力：約 60 VA
• 空気（システム3 の場合）
  圧力：300 ～ 950 kPa
  消費量：約 10 Nl/min
• 洗浄水（システム3 の場合）
  圧力：200 ～ 300 kPa
  消費量：洗浄時；約 200 ml
• 洗浄用温水（システム3 の場合）
  圧力：200 ～ 300 kPa
  消費量：洗浄時；約 10 l/min

留意点

• HA405 キセロライト検出器には、測温体は内蔵していません。通常、測温体内蔵の HA406 は、測温体保護管が腐蝕する恐れがある場合に用います。

概要

メッキ工場や一部の化学工場から出るシアン系廃液は有毒です。排水に当たっては、シアン濃度が法律で規制されている許容値以下となるよう塩素または塩素化合物を使用した酸化分解反応によって処理されます。
この酸化分解反応は pH 値の影響を大きく受けるので、反応の完結を確認するための ORP 計とともに pH 計が使用されます。分解反応に必要な薬品（塩素など）の過剰消費を防ぐためにも、ORP 計 /pH 計は必要です。
測定システムとして 2 線式と 4 線式のいずれも適合します。シアンが含まれる溶液の場合は、ORP 検出器の指示極には金電極を用います。

お客様の期待

• シアン系廃液の pH/ORP を連続で測定したい
• ランニングコストを削減したい
• 設備更新のイニシャルコストはミニマムに抑えたい

プロセス概略

シアン化合物の分解反応処理は 2 段に分けて行います。第 1 段の 1 次反応では、高アルカリ性の条件下でシアン化合物を酸化してシアン酸塩の形にします。第 2 段の 2 次反応では、中性に近い条件にしてさらに酸化を進め、無害な炭酸ガスと窒素ガスに変えます。

YOKOGAWA のソリューション

測定システム

2 線式、または 4 線式 ORP 計システム
2 線式、または 4 線式 pH 計システム

• 検出器
  KCl 補給形 ORP 検出器
  　OR8EFG-AU- □□ -TT1- □＊ A
  KCl 補給形 pH 検出器
  　PH8EFP- □□ -TN-TT1-N- □＊ A
• ホルダ
  潜漬形ホルダ
  　PH8HS-PP- □□ -T-NN-NN*A
• 中継端子箱（必要に応じて使用）
  WTB10-PH5（2 線式システムの場合）
  WTB10-PH3（4 線式 pH 計および ORP 計システムの場合）
• 変換器／伝送器
  2 線式伝送器 (pH/ORP 共通)
  　FLXA21-D-P-S-AA-P1-NN-A-N-LA-J
  4 線式 pH/ORP 変換器
  　PH450G-A-J
• ディストリビュータ（2 線式システムの場合）
  PH201G-A □＊ B

ユーティリティ

• FLXA21
  電源：16 ～ 40 V DC（ディストリビュータより）
• PH450G
  電源：90 ～ 264 V AC，50/60 Hz
  消費電力：約 15 VA
• PH201G ディストリビュータ
  電源：100V 仕様：20 ～ 130 V DC/80 ～ 138 V AC，47 ～ 63 Hz
  　　　220V 仕様：120 ～ 340 V DC/138 ～ 264 V AC，47 ～ 63 Hz
  消費電力：24 V DC：約 200 mA
  　　　　　100 V AC：約 7 VA
  　　　　　220 V AC：約 11 VA

プロセス対応事項

1．塩素によるシアン化物の測定曲線

[pH9 の条件で、金電極（指示極）と 4mol-Ag/AgCl 電極（対極）を用いて測定 ]
Cl₂ による CN^－の酸化反応は、右図のような特性となり、理想的な測定曲線は示されません。
これは、過剰な塩素によって中間生成物である塩化シアンの電位平坦部が 500 ～ 600 mV に押し上げられること、また、同時に CNO^－への第 2 段目の酸化反応が始まり、ClO^－が減少して電位の上昇を止めてしまうことによります。

2．ORP 電極の指示極には金電極を選択

シアン化物の酸化においては、白金電極を使用すると、約 200 mV 以下の電位で電極表面に白金の触媒作用による水素が発生します。そのため、シアン化物の反応に無関係な電位が生じ、測定値に影響します。
したがって、シアン化物の ORP 測定を行なう場合は、指示極に金電極を使用します。

概要

メッキ工場などから出るクロム系廃液には、クロム酸塩または重クロム酸塩などの有毒な６価クロムが含まれています。排水に当たってはこれらを還元処理しますが、還元反応における酸化還元電位 (ORP) や反応が完結するまでに要する時間は pH 値の影響を大きく受けます。したがって、ORP 計と pH 計とを使用して、還元処理の適正化（還元剤の注入量など）が図られます。
測定システムとして 2 線式と 4 線式のいずれも適合します。クロム系廃液の場合は、ORP 検出器の指示極には金電極を用います。

お客様の期待

• クロム系廃液の pH/ORP を連続で測定したい
• ランニングコストを削減したい
• 設備更新のイニシャルコストはミニマムに抑えたい

プロセス概略

クロム酸塩や重クロム酸塩の形で存在している有毒な 6 価クロムの処理は、まず、３価のクロムに還元して、次にこれを水酸化物として沈澱除去する方法で行なわれます。還元剤には、硫酸第一鉄、メタ重亜硫酸ナトリウム、二酸化硫黄などが用いられます。

YOKOGAWA のソリューション

測定システム

2 線式、または 4 線式 pH/ORP 計システム

• 検出器
  KCl 補給形 ORP 検出器
  　OR8EFG-AU- □□ -TT1- □＊ A
  KCl 補給形 pH 検出器
  　PH8EFP- □□ -TN—TT1-N- □＊ A
• ホルダ
  潜漬形ホルダ
  　PH8HS-PP- □□ -T-NN-NN*A
• 中継端子箱（必要に応じて使用）
  WTB10-PH5（2 線式システムの場合）
  WTB10-PH3（4 線式システムの場合）
• 変換器／伝送器
  2 線式伝送器（pH/ORP 共通）
  　FLXA21-D-P-S-AA-P1-NN-A-N-LA-J
  4 線式 pH/ORP 変換器
  　PH450G-A-J
• ディストリビュータ（2 線式システムの場合）
  PH201G-A □＊ B

ユーティリティ

• FLXA21
  電源：16 ～ 40 V DC（ディストリビュータより）
• PH450G
  電源：90 ～ 264 V AC，50/60 Hz
  消費電力：約 15 VA
• PH201G ディストリビュータ
  電源：100V 仕様：20 ～ 130 V DC/80 ～ 138 V AC，47 ～ 63 Hz
  　　　220V 仕様：120 ～ 340 V DC/138 ～ 264 V AC，47 ～ 63 Hz
  消費電力：24 V DC：約 200 mA
  　　　　　100 V AC：約 7 VA
  　　　　　220 V AC：約 11 VA

 プロセス対応事項

１．ORP 計チェックの基準

チェック液（キンヒドロン溶液／鉄溶液）の酸化還元電位
ORP 検出器が正常かどうかのチェックは、チェック溶液を使用して行います。チェック液には、キンヒドロン溶液と鉄溶液の 2 種類があります。

• キンヒドロン溶液：酸化還元電位 約 200 ～ 300 mV
• 鉄溶液：　　　　　酸化還元電位 約 420 ～ 520 mV

｢ チェック液 ｣ は、pH 標準液のように常に一定の基準値を示すことはありません。したがって、検出器の良否は測定値が許容範囲内にあるか否かによって判定します。

チェック液の調製（250 ml の場合）

• キンヒドロン溶液：下記の試薬を純水で溶き、250 mlにします。
  キンヒドロン試薬： P/N K9024EC
• 鉄溶液：下記の試薬を 2 mol/l 硫酸で溶き、250 ml にします。
  鉄試薬： P/N K9024ED

２．ORP 検出器の指示極には金電極を選択

クロム系廃液の ORP 測定を行なう場合は、指示極に金電極を使用します。

広範なプラント内に亘る排水の pH/ORP を無線で監視

産業プラントの維持・管理の上で、排水の pH/ORP 監視は、法規制上の義務であり、環境保全のためにも避けては通れない問題です。
徹底した監視の目が行き届かず、万が一、外部に有害物質が漏出すれば、操業停止の法的措置を取らなければならないだけでなく、企業のブランドイメージの失墜、ときとして公害被害者への損害賠償責任にまで発展する可能性があります。
このような事態を防ぐために、現場ではパトロールスタッフによる排水の測定が行われている場合がほとんどです。しかし、測定点への立ち入りが困難な場所や遠隔地の場合が多く、さらに指示値の誤記などのヒューマンエラーの可能性もあります。
横河電機の「プラントワイドフィールド無線」による、pH/ORP 監視のソリューションを活用すれば、各ポイントの正確なデータを無人で計測し、一元管理ができます。

「プラントワイドフィールド無線」とは？

工業用国際標準無線規格 ISA100 Wireless(IEC62734)を採用し、工業用途の無線通信で求められる信頼性と実時間性を確保した無線システムです。2 つのアクセスポイントと同時に通信する冗長化通信「Duocast」方式を用いて、通信経路やアクセスポイントに障害が発生しても通信が途絶えません。更に拡張性にも優れ、アクセスポイントと上位システムの接続に、イーサネットのほか、無線 LAN、光イーサネットなどさまざまなインターフェースが使用でき、構成変更に柔軟で大規模な無線ネットワークを構築することができます。

お客さまのメリット

測定点から電源なしで直接データを送信
測定する pH/ORP 計の最小単位は、pH/ORP SENCOM®検出器シリーズと、フィールド無線用マルチプロトコルモジュール FN310、フィールド無線用通信モジュール FN110 のみです。無線通信により、直接アクセスポイントにデータを送ることが可能です。また、電池で駆動するため電源も不要です。さらに、電池寿命は最長 10 年（条件依存）なので、メンテナンスもほとんど必要ありません。人のなかなか立ち入れない排水溝や遠隔地の排水口でも容易に、かつ正確に測定することが可能です。

最長 2km 先から、最大 500 カ所をカバー
通信距離は最長 500ｍです。中継器を設置すれば、管理室から最長 2km 離れた場所でも監視することが可能です。測定点は最大500 カ所まで設置でき、拡張性にも優れています。大規模なプラントでも、排水まわりを一元管理することが可能です。

導入も低コスト。しかも工期は最短 1日
有線の場合、ネットワークを構築するケーブルや、それを設置する設備などが必要で、そのための経費や工期もかかります。しかし、無線通信では、測定点や中継点などに、機器を設置するだけなので低コストが実現します。また、工事も最短 1 日で完了するので、素早くシステムを導入することができます。

さらなるニーズに応える YOKOGAWA のソリューション

集められたデータは上位システムに集約され、現場のニーズに応じたカスタマイズで、管理画面やレポートとしてアウトプット可能です。
無線フィールド機器もさまざまなラインナップをご用意しています。より冗長性の高いシステムをお求めの場合は、2 つ検出器を接続できるモジュール型 2 線式液分析計 FLXA21 をお勧めします。また、工場内に簡易計装用の記録計（無線モデル）GX20W を置くと、配線作業なしに、直接フィールド無線機器からのデータを遠隔監視できます。お客様のご要望に応じて、最適なソリューションを提供いたします。

FLEXA シリーズ

横河の液分析計 FLEXA シリーズは、それぞれの検出器に応じた自己診断機能を持っています。診断結果は本体のディスプレイで確認できます。

2線式 pH/ORP 計 FLXA202

FLEXA シリーズの FLXA202 pH/ORP 計は、検出器のインピーダンス、不⻫電位、スロープ等を常時測定し、電極の汚れ・破損、断線、測定液面低下など検出器の状態を連続的に診断できます。

検出器のインピーダンス連続監視によって、検出器の洗浄周期の最適化や、ガラス電極・比較電極の的確交換を実現できます。

比較電極の状態の例

FieldMate

さらに、FLEXA シリーズと FieldMate と組み合わせることで、現場に出かけることなく、詳細な検出器診断の情報を確認することができます。

FieldMate は機器の設定・調整・管理ツールであり、機器の持つフィールドデジタル通信機能を利⽤することで、中継端子盤や水質監視盤など、作業のしやすい環境で、機器の情報を取得することができます。

FieldMate は FLEXA シリーズの持つ測定・診断情報をリアルタイムに取得・監視することができます。また、それらの値をトレンドとして記録し保存することも可能です。

FieldMate DeviceViewer より

FLEXA シリーズと FieldMate の組み合わせ