三催化裝置在線儀表5000 系列PY-GAS采樣系統的改造

鄒杰華

（錦州石化公司 遼寧 錦州 121000）

1 再生系統分析儀采樣系統現狀

三催化再生系統分析儀采樣系統共有兩套，經常出現采樣管線堵塞無法采樣、脫水效果差造成分析儀進水和采樣管線凍堵、分析儀損壞、樣品管線腐蝕斷裂等多種故障。在2007年11 月安裝于一再的采樣系統更是出現無法采出樣品的故障。 針對上述情況經過我們長時間在現場觀察研究，并查閱大量資料終于找出問題的所在，關鍵在于這兩套采樣系統處理粉塵、水分和S 的效果不好，從而導致了樣氣夾帶很多雜質進入采樣管線和分析儀，造成了眾多故障的發生。 由于原有兩套采樣系統一套已經不能使用了， 另一套也接近報廢，所以在報請公司領導確認后又購置了兩套美國THERMO 公司生產的5000 系列PY-GAS 采樣系統。 并于2008 年4 月三催化裝置大修期間將兩套系統安裝到現場。 但是在5 月份投入生產使用后，樣品處理效果依然不是很理想。 而且也使三催化裝置再生系統的生產經常處于無監控運行狀態。

2 5000 系列PY-GAS 采樣系統不正常運行故障原因的查找、檢修及恢復使用

2.1 系統故障原因查找

質檢部在線儀表站組織所有技術人員放開手腳對該儀器展開了“大會診”。 從該儀器的安裝現場以及最基礎的儀器使用手冊開始著手。整套5000 系列PY-GAS 采樣系統如圖1所示。

圖1

從圖中我們可以得出工藝樣品是如何被采樣系統處理純凈后采出的。 這套系統全部為機械結構，整個樣品處理采出是一個非常復雜的過程。 樣品從工藝管線中因為壓力的原因自動上升到PY-GAS 采樣系統中，采樣器中填充有許多過濾物件，在采樣器的上部安裝有一套制冷系統。 該制冷系統將自動上升的樣品冷卻，使樣品中的水分脫掉，而采樣器中的過濾物件在樣品經過時將樣品中的粉塵過濾掉，這樣純凈的樣品就從工藝管線中采出了。 在樣品被采出的同時粘附在過濾物件上的粉塵以及少量的腐蝕性物質由于采樣系統下部通入到達頂部的蒸汽被冷卻后的冷凝水往下流的時候帶了下來，達到了自清洗的功能。 在樣品出口處還有一套溫度控制器，該控制器主要控制樣品出口溫度低于30℃，一旦出口溫度高于30℃，系統就會自動切斷樣品出口，樣品就無法采出。 此時樣品制冷系統就會不停的對樣品進行制冷，直到出口溫度低于30℃時樣品出口閥門自動打開。 如果該套系統經常這樣來回開關樣品出口閥門，那就導致在線分析儀無法連續分析數據，還會經常出現報警現象，生產上也就不能平穩操作。

根據實際情況分析看出，造成故障的原因就在于樣品出口的溫度經常超溫。 在繼續查找技術資料和現場仔細勘察后發現該套系統的下方蒸汽入口處還有一個溫度控制點，該控制點的溫度高低直接影響到了樣品出口處的溫度。 那么如何控制住該點的溫度就是關鍵所在，而影響該點溫度過高的原因就在于進入采樣系統的蒸汽壓力過高和蒸汽量過大。 該套系統要求的蒸汽進入壓力為15-40psig,而現場工藝只能提供壓力超過140psig 的蒸汽。 只有把蒸汽壓力降到系統要求的壓力才能保證該點溫度不會超過控制要求，那么解決蒸汽壓力問題就是解決系統不能正常工作的關鍵所在。

2.2 系統故障檢修

在確定了儀器故障點后，質檢部相關領導和技術人員立即投入到降低蒸汽壓力的工作中去。 首先考慮的是用何種方法來實施， 一般情況下管線氣體降壓均采用減壓閥來實現。但是要降壓的介質是高溫蒸汽， 一般的減壓閥都耐不住高溫，若是購置耐高溫減壓閥一時半會兒根本實現不了。 若是把蒸汽關閉則該套系統的自清洗功能就廢除了，那么用不了多久這套系統就會因為催化劑粉塵的堵塞和腐蝕性物質的腐蝕而報廢。 于是在生產不能缺少分析數據的情況下，質檢部相關人員決定用限流降壓孔板來實現對蒸汽的控制，但是對于現場直徑只有6mm 的管道來說根本沒有現成的孔板可以使用。 唯一的辦法就是自己制作兩個符合要求的孔板。 制作孔板需要許多現場技術參數以及復雜的計算才能實現制作出來的孔板能夠滿足現場的技術要求。 技術人員先從蒸汽著手，工程上應用的水蒸汽大多處于剛剛脫離液態或離液態較近，它的性質與理想氣體大不相同，應視為實際氣體。 水蒸汽的物理性質較理想氣體要復雜的多，故不能用簡單的數學式加以描述。 飽和水蒸汽密度是溫度或壓力的一元函數，即

借助飽和水蒸汽密度表進行函數擬合，得到符合精度要求的解析式來計算飽和水蒸汽的密度。 過熱水蒸汽情況比較復雜，其密度為溫度、壓力的二元函數，即

經過人們長期的探索， 工業上最常用的是壓力低于16.65MPa，溫度低于600℃范圍的過熱蒸汽和飽和蒸汽，屬于IAPWS-IF97 公式的第2 區， 因此我們只需利用2 區提供的方程組進行計算即可。 以下是第2 區計算蒸汽比容的公式：

式中：p 為壓力，MPa；v 為比體積，m3／kg；T 為溫度，K；R為水物質氣體常數，0.461 526 kJ·kg-1·K-1；ni，Ii，Ji為公式系數，可由數據表提供。 由此可計算出工業常用范圍內水蒸汽的密度為：

由于重量等于密度乘以重力加速度g， 所以密度和重度有下列關系：

再根據流體力學中的伯努利方程式和連續性方程式推導出來的流量基本方程式求出孔板開孔情況：

式中：a——流量系數，它與孔板的雷諾數Re、空口截面積與管道截面積之比m 有關；

ε——膨脹系數，不可壓縮的流體ε=1；

F0——孔板的開孔面積；

g——重力加速度；

ΔP——節流孔板前后的壓力差。

Q——蒸汽的流量

r——蒸汽的重度

由此可見，當式中Q、a、ε、ΔP、r 一定時，孔板的開孔面積F0就可得出， 在經過簡單計算就可以得到孔板的開孔直徑了。

在得到關鍵數據后（孔板開孔直徑為1.2mm），根據數據自己動手制作了兩個限流降壓孔板。

3 結論

在經過整整三個多月時間的研究、探索、檢修和考察，兩套5000 系列PY-GAS 采樣系統終于又一次站到了它該在的崗位上。 這個項目的圓滿完成主要解決了以下三個問題：

3.1 首先為三催化裝置的生產操作提供了一個依據，生產操作可以根據5 套分析儀所提供的分析數據進行控制副回路對副風進行控制并與主回路形成串級對主風進行主風量和蒸汽量調節從而維持燒焦的強度。

3.2 其次質檢部在充分發揮技術優勢的同時幾乎未花一分錢的情況下就為公司保證了兩套采樣系統的正常運行，節約了近60 萬元的新設備購置費用。

3.3 另有在該采樣系統的后部有五套在線分析儀，如果采樣系統送出來的樣品中含有較多的雜質就會損壞五套在線分析儀。

［1］張玉秀，編.化工儀表及自動化[M].化學工業出版社.

［2］儀表技術規范[Z].錦州石化公司.

［3］陳清山，劉烜偉，編譯.最新世界CMOS 數字集成電路及互換手冊:日本[M].中南工業大學出版社.

［4］陳清山，陳燕科，編譯.最新世界集成模數和數模轉換器及接口器手冊：日本[M].中南工業大學出版社.