分析儀表在制氫站的應用

周鵬 劉丹

摘 要:介紹氧含量分析儀、氫氣含量分析儀、微量氧分析儀、露點分析儀和硫化氫分析儀的工作原理及在制氫站的應用。

關鍵詞:分析儀表制氫站

中圖分類號:O657 文獻標識碼:A 文章編號:1674-098X(2012)06(a)-0064-01

1 引言

制氫站是冷軋廠生產線上重要環節之一,它為全氫罩式退火爐提供氫氣。制氫站配套的分析儀表在生產中起檢測、檢驗作用,能夠指導生產,使制氫站安全有效地生產出合格的氫氣。根據制氫工藝要求和設備生產水平,我廠為制氫站配備了ABB公司氧含量分析儀、ABB公司氫氣含量分析儀、米歇爾公司露點分析儀、Teledyne公司微量氧分析儀和Galvanic公司硫化氫分析儀。下面就介紹一下這些特殊分析儀表的工作原理及在制氫站生產中的應用。

2 工作原理

2.1 氧含量分析儀

ABB氧含量分析儀是磁力式氣體分析儀。任何物質,在外界磁場的作用下,都會被磁化,呈現出一定的磁特性。研究表明,物質在外磁場中被磁化,其本身會產生一個附加磁場,附加磁場與外磁場方向相同時,該物質被外磁場吸引；方向相反時,則被外磁場排斥。但不同物質受磁化的程度不同。氧氣處于磁場中也會被磁化,是順磁性。雖然氧氣在常見氣體中的體積磁化率是最高的,但其值卻很微小,所以采用間接測量,在不均勻磁場中,被順磁性氣體包圍的物體所受的吸引力,隨該氣體磁化率的變化而變化。分析儀利用這基本測量原理,從而得到分析氣體中氧含量的多少。

2.2 氫氣含量分析儀

ABB氫氣含量分析儀是熱導式氣體分析儀。它是利用各種氣體導熱率的差異和導熱率與含量的關系來進行測量分析。在實際測量中,是利用熱敏元件的電阻值隨溫度變化而變化的物理特性,將混合氣體中待測氫氣含量的變化所引起的導熱率的變化轉變成熱敏元件的電阻值的變化,即將導熱率的測量,轉變為熱敏元件的電阻的測量。

2.3 露點分析儀

露點分析儀即是微量水分析儀。對于一定幾何結構的電容器來說,其電容量與兩極間介質介質的介電常數E成正比。不同的物質,E值都不相等,一般介質的E值較小,例如一般干燥物質的E在2.0～5.0之間。但介質中含有水分時,就會使介質的E值改變,從而引起電容器電容量的變化,這個變化與介質的含水量有線性關系,米歇爾公司電容式微量水分析儀的基本測量原理。

2.4 微量氧分析儀

Teledyne公司微量氧分析儀是燃料電池式氧分析儀。燃料電池的工作原理和化學電池完全相同,其顯著特征是氧在燃料電池中的反應類似于氧的燃燒,產物是二氧化碳和水。

樣氣中的氧分子通過氧擴散膜進入燃料電池,在兩電極上發生如下電化學反應。

金電極

石墨電極

總反應

反應產生的電流與氧含量成正比。

2.5 硫化氫分析儀

Galvanic公司硫化氫分析儀為實現測量而采用如下原理:硫化氫與紙帶介質上的低濃度醋酸鉛發生化學反應產生褐色斑點。褐色斑點的密度與樣氣中的硫化氫含量有直接關系。分析儀采用紙帶變暗的平均速率來計算硫化氫含量。硫化氫與紙帶介質上醋酸鉛的化學反應如下:

3分析儀表在生產中的應用

3.1 各種分析儀表在制氫系統的分布結構

分析儀表在制氫站的分布結構如如圖1所示。1套在線氧含量分析儀測定焦爐煤氣進入電捕焦器前常氧含量,利用1套在線硫化氫含量分析儀監測煤氣凈化后硫化氫含量,利用1套在線微氧含量分析儀監控變壓吸附制氫的產品氫氣中的微量氧含量,另還配置有一臺在線氫氣分析儀用于監測變壓吸附出口氫氣純度和一臺監控產品氫氣的在線露點儀。

3.2 分析儀表的作用

氧含量分析儀是分析原料焦爐煤氣進入電捕焦器入口的氧含量,當氧含量超過0.8%時,電捕焦器就有爆炸的危險,要馬上停機。硫化氫分析儀是分析凈化煤氣出口中硫化氫含量,監控煤氣的凈化程度。氫氣含量分析儀是分析變壓吸附出口氫氣含量,當氫氣含量低于99.9%時,就返回上一工序再處理。微量水分析儀是分析產品氫氣出口中微量水含量,當低于-65℃,氫氣產品合格。微量氧分析儀是分析產品氫氣出口中微量氧含量,全氫罩式退火爐要求微量氧含量要低于5PPM。

3.3 氫氣質量保證

全氫罩式退火爐對氫氣的質量要求高,只有保證氫氣質量,才能退火出好的鋼卷。定期用標準氣體來標定分析儀表,才能保證分析儀表的性能,進而才能保證生產出優質的氫氣。

4結語

冷軋廠制氫站于2008年投產,目前運行正常,而各種分析儀表是制氫生產中的“眼睛”,在生產中發揮重要作用,而分析儀表的準確性是氫產品質量的可靠保證。