氫氣分析儀預處理系統故障分析與改造

袁 婧 諶海云 張 東

(1.西南石油大學電氣信息學院，成都 610500；2.洛陽三隆安裝檢修有限公司，河南 洛陽 471012)

氫氣分析儀預處理系統故障分析與改造

袁 婧1諶海云1張 東2

(1.西南石油大學電氣信息學院，成都 610500；2.洛陽三隆安裝檢修有限公司，河南 洛陽 471012)

洛陽石化四聯合硫磺一期回收裝置急冷塔出口的氫氣含量分析儀，自投用以來多次因預處理系統故障而無法長期穩定工作，給裝置操作帶來了很大影響，不僅無法精確控制氫氣加入量，對產品質量也造成很大影響。為此，經現場維護工程師對該預處理系統進行故障分析后，進行了相應的技術改造。改造后的氫氣分析儀能夠正常運行且測量結果準確，為生產裝置操作精度的提高和生產過程的優化提供了有力的保障。

氫氣分析儀 硫磺回收 Claus尾氣處理系統 預處理系統 故障分析與改造

氣體分析儀表廣泛應用于石油化工、煤化工及天然氣等行業，能夠實時反映生產狀況并提供精確的測量參數。

硫磺回收裝置尾氣處理單元中，氫氣分析儀表有助于實現氫氣加入量的精準控制，對于該裝置生產參數的控制和產品質量的提高都起著重要的作用。該裝置尾氣處理單元中的氫氣組分分析系統的重要部分在于其預處理部分。為保證分析儀的長期穩定工作，則需要先對樣氣進行預處理再進行氣體組分分析。在實際生產應用中，氫氣分析系統故障多由其預處理系統故障引起，現通過對其進行故障分析進而提出有效的處理方案，并對原預處理系統進行技術改造，以保證該氫氣分析儀能夠長期穩定工作[1]。

為滿足GB 16297-1996對大氣污染物綜合排放標準的要求，洛陽石化4萬t/a硫磺回收一期裝置采用二級轉化Claus制硫工藝，尾氣處理采用還原-吸收工藝，其工藝流程如圖1所示。Claus尾氣進入加熱爐F2503，與爐內高溫煙氣混合，升溫至280C后與外補氫氣混合，進入加氫氣反應器R2503。Claus尾氣中含有的SO2、COS、CS2、液硫及氣態硫等硫化物，經過加氫氣反應后轉化為H2S。過程氣離開反應器進入急冷塔T2501，降溫后的尾氣自急冷塔塔頂出，進入尾氣吸收塔T2502以除去尾氣中的硫化氫氣和部分二氧化碳。從吸收塔頂出來的凈化氣進入尾氣焚燒爐F2502焚燒后經煙囪排出。

圖1 硫磺回收裝置尾氣處理單元工藝流程

2 尾氣處理單元氫氣分析儀的作用

洛陽石化4萬t/a硫磺回收一期裝置尾氣處理單元中氫氣分析儀設計選用艾默生在線氫氣濃度分析儀，儀表位號AT2510，測量范圍0%～10%。該氫氣分析儀AT2510正常工作時，能夠精準控制氫氣加入量，以確保尾氣中SO2、COS、CS2完全轉化成H2S。一旦該氫氣分析儀停用，操作人員需加入過量氫氣以避免尾氣中未充分還原的SO2堵塞塔器床層，并以加氫氣反應器出口和尾氣焚燒爐出口溫度作為參考來控制氫氣的加入量以保持反應溫度稍高于正常操作溫度。此外，通過人工采樣分析，保持尾氣中氫氣含量維持在8%～10%。該方案明顯存在很大的時間滯后和氫氣浪費。在裝置開停工階段，尤其是加氫氣反應器催化劑預硫化與鈍化階段，精準控制氫氣加入量對安全生產尤為重要。因此，在線氫氣分析儀的正常運行，對裝置開停工階段降低生產操作安全風險，以及在正常生產期間提高操作精度和實現生產優化起著至關重要的作用。

3 氫氣分析儀預處理系統的故障分析與改造

該氫氣分析儀屬于較為復雜的儀表且價格昂貴，所以對進入儀器的樣品的溫度、壓力、水分、腐蝕性及灰塵量等要求十分嚴格。現場惡劣環境和復雜的生產過程又要求該氫氣分析儀能夠長期穩定、可靠、準確工作，這一矛盾只有通過樣品預處理系統來解決，一旦預處理系統出現故障，其連鎖效應不容小覷。

3.1氫氣分析儀預處理系統故障分析

洛陽石化四聯合硫磺一期氫氣分析儀AT2510自投用以來，曾多次出現測量結果不準確的現象。通過對故障原因和處理方案的分析，發現問題在于該氫氣分析儀的預處理系統存在設計缺陷。主要故障是由于該預處理系統過濾功能不夠完善，無法為氫氣分析儀提供合格的樣品。對于含硫含氨的氣體介質，原設計誤選用電動隔膜泵作為采樣引流泵，介質的結晶和腐蝕導致采樣泵故障頻繁出現且定期更換新隔膜的費用較大。此外，氫氣分析儀發生故障時維修工作需在硫磺回收裝置內進行，尤其是其預處理系統的拆除作業，這給作業人員帶來了很大的中毒風險。

氫氣分析儀AT2510預處理系統的原設計樣品流路如圖2所示。

圖2 預處理系統原設計樣品流路示意圖

3.2氫氣分析儀預處理系統改造方案

氫氣分析儀預處理系統改造后樣品流路示意圖如圖3所示。將電動隔膜抽氣泵換為噴射泵，并以儀表風作為噴射泵的動力源。由于噴射泵適用于80～120kPa絕壓，無運動部件故維修量小，適用于危險生產場合。此外，在儀表風線上新增空氣減壓過濾器，以保證噴射泵的長期穩定工作。在該系統氣液分離罐后增加一級燒結金屬過濾器(規格7μm)，與原過濾器(纖維濾芯過濾器)組成兩級過濾，從而濾除粒度小的雜質，有助于延長氫氣分析儀的使用壽命。增加采樣管線的反吹功能，在旋冷儀的進口處引入一路儀表風，通過球閥1、球閥2、球閥3之間的切換實現采樣管線的吹掃，保證維修人員的人身安全。

圖3 處理系統樣品流路示意圖

氫氣分析儀AT2510預處理系統經過改造后，采樣介質經過預處理系統處理后進入氫氣分析儀的流量不小于15mL/min，且該預處理系統能夠實現對采樣管線的吹掃為氫氣分析儀長期穩定運行提供了可靠保證。

3.3氫氣分析儀預處理系統改造后運行現況

該氫氣分析儀預處理系統實施改造后，氫氣分析儀AT2510能夠正常穩定工作，且預處理系統的抽氣量穩定并能夠達到氫氣分析儀的進表流量指標。該氫氣分析儀自2014年初進行預處理系統改造后至今再未出現故障；期間對氫氣分析儀進行標定的次數也相應減少。測量結果準確且與人工化驗結果一致，經過與急冷塔T2501氣體出口管線上的色譜在線分析儀AT2503的歷史趨勢對比分析，發現二者的測量數據趨勢基本一致，且氫氣分析儀的檢測周期為5s，其實時性遠優于周期為60s的色譜儀。加入的管線反吹掃功能，為作業人員的人身安全提供了可靠保障。實現了硫磺回收裝置尾氣處理單元氫氣加入量的精準控制。減少了檢修工作量，節省了維護成本。

4 結束語

洛陽石化4萬t/a硫磺回收一期裝置尾氣回收單元氫氣分析儀預處理系統進行改造后，氫氣分析儀AT2510能夠長期穩定工作，且其預處理系統的故障率大幅降低，但是仍有一些方面有待完善，即改用氮氣作為噴射泵動力源可避免胺液氧化，此外噴射泵在運行時有一定的制冷效果，故需要延長分析儀的伴熱時間。

筆者介紹的硫磺回收裝置尾氣處理單元中氫氣分析儀預處理系統故障的分析與改造方案不僅得到了良好的應用并取得了理想的效果，亦可為同類在線分析儀表的故障排查與改造提供經驗借鑒和參考。

[1] 曲鴻文.在線分析儀表在煤氣化裝置中的應用及其預處理系統的改造[J].化工自動化及儀表,2013,40(6):714～718.

TH832.4

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1000-3932(2016)01-0097-03

2015-12-07(修改稿)