在線紅外分析儀在制氫裝置中的應用

祁 磊 李永紅

(中國石油蘭州石化公司質檢部，蘭州 730060)

中國石油蘭州石化公司新建的300萬t/a柴油加氫裝置的配套裝置為50 000m3/h制氫裝置，主要為柴油加氫提供高純度的氫氣。該裝置以天然氣為原料制取氫氣，由于天然氣原料中含有大量的甲烷、碳氧化合物和其他碳氫化合物，經反應和提純生產氫氣，所以產品氫氣中會殘余有CH4、CO和CO2。在此，筆者重點介紹用于監測該裝置提純部分出口產品氫氣的TELEDYNE 7600在線紅外分析儀的工作原理，以及進行現場維護時，該紅外分析儀的故障現象與維護和處理方案。

1 在線紅外分析儀的測量原理①

紅外光源發出一定波長的紅外光，經濾光和切光系統后分成對稱的兩束光，一束通過參比池，另一束通過測量池，接著進入光電檢測器。當紅外光通過測量池和參比池時紅外光能被氣體吸收，光能減弱，光電檢測器檢測輻射強度I，并將其轉換為電信號，用于指示CO和CO2的濃度。

依據朗伯-比爾吸收定律：

I=I0e-kcl

式中c——被測組分的摩爾分數；

I——經被測組分吸收后的光強度；

I0——射入被測組分的光強度；

k——被測組分對光能的吸收系數；

l——光線通過被測組分的長度，即氣室長度。

2 應用中出現的問題與處理辦法

TELEDYNE 7600在線紅外分析儀在制氫裝置中應用時，出現了一些測量不準的問題，儀表維護人員在分析具體的故障現象之后，給出了改造方案，現匯總如下：

a. 樣氣含水。水分在1.00～9.00μm波長范圍內幾乎都有連續的吸收帶，其吸收帶恰好與CO(4.50～4.70μm)和CO2(2.75～2.80μm)的特征吸收波帶重疊。這樣水分會吸收紅外輻射，從而干擾紅外分析儀的精確測量。同樣，當水分冷凝在晶片上時，也會致使紅外分析儀產生較大的測量誤差。為此，技術人員在預處理系統中加入脫脂棉脫液罐，通過此脫水裝置后樣品氣中的水分被充分分離，這樣就解決了樣氣含水而影響儀表精確測量的問題。

b. 樣氣含雜質。如果有雜質進入分析系統，就會吸收或折射部分紅外光，這樣檢測器吸收的光強就會減弱，使得分析結果有較大偏差。為此，技術人員將原一級過濾改造為二級過濾，同時提高了過濾器的過濾等級，提升其過濾效果，避免了雜質對測量結果的影響。

c. 樣氣流速變化。當紅外分析儀工作時，如果樣氣流速不穩，氣室中的氣體密度就會發生變化，這對儀表的測量精度有較大影響。為此，技術人員在儀表出口設置了背壓調節閥，用來提高氣室背壓，減少流速對測量的影響，有效提高了儀器的測量精度和靈敏度。

TELEDYNE 7600在線紅外分析儀的精度小于1% FS，但在CO的誤差值大于0.001 00‰，CO2的誤差值大于0.000 20‰的情況下，該儀表不符合測量精度要求。為了檢驗上述改造方案實施后的效果，將2013年4月份記錄的紅外分析儀在改造前、后通入標準氣進行驗證的數據列于表1、2。表中，標有下劃線的數據為超標數據。其中CO/CO2零點氣的標氣值為0.000 00‰/0.000 00‰，CO/CO2量程氣的標氣值為0.080 00‰/0.016 00‰。

表1 改造前紅外分析儀的指示與誤差數據記錄 ‰

由表1中的數據可以看出，紅外分析儀在受到水分、雜質及樣氣流速等因素的影響時，儀表指示數據與標樣數據出現了很大的誤差，超出了儀表的測量精度要求，導致儀表指示不準確。

表2 改造后紅外分析儀的指示與誤差數據記錄 ‰

可以很明顯地看出，在對TELEDYNE 7600在線紅外分析儀系統進行相關的技術改造之后，排除了水分、雜質及樣氣流速等因素對其測量精度的影響，儀表的指示值與標樣值誤差減小，說明改造方案提高了儀表的分析精度，使得儀表對樣品氣分析的準確性有所提高，保證了儀表的長周期、穩定、精確運行。

3 結束語

CO和CO2在線紅外分析儀采用紅外光吸收原理，是比較先進的技術，自動化程度較高。該儀表在中國石油蘭州石化公司的50 000m3/h制氫裝置的提純部分的產品氫氣中CO和CO2含量的分析中，在線運行時，因水分、雜質和樣品氣的流速而產生了較大的測量誤差，該公司組織技術人員在其預處理系統中加入脫水裝置，分離了樣氣中的水分；將原一級過濾改造為二級過濾，并提高了過濾器的過濾等級，濾除了樣品氣中的雜質；在儀表出口安裝了一個背壓調節閥，用于控制樣品氣的流速。進行改造之后，儀表的測量分析精度得以提升，分析數據能夠正確反映生產工藝的變化，為裝置操作人員及時調整工藝參數提供依據，以確保產品的品質。