比值分析儀的應(yīng)用與故障分析

羅妍妍

(滄州渤海石化工程有限公司)

比值分析儀的應(yīng)用與故障分析

羅妍妍

(滄州渤海石化工程有限公司)

介紹TLG-837比值分析儀的系統(tǒng)組成與工作原理，并結(jié)合日常維護經(jīng)驗總結(jié)了該比值分析儀在應(yīng)用中常見的故障問題與解決方法。

比值分析儀 硫磺回收裝置 配風(fēng)比 故障分析 解決方法

煉油廠硫磺回收裝置是煉化行業(yè)不可或缺的一部分。傳統(tǒng)的Claus硫磺回收是一種比較成熟的多單元處理技術(shù)，含有硫化氫的酸性廢氣在燃燒爐內(nèi)不完全燃燒，使硫化氫部分轉(zhuǎn)化為SO2，這些混合氣體在含有催化劑的Claus爐內(nèi)反應(yīng)生成單質(zhì)硫，再經(jīng)冷卻器和液硫收集器回收，最后將剩余的少量酸性氣通過焚燒爐過氧完全燃燒后排放[1]。在硫磺回收過程中，配風(fēng)比是硫磺回收裝置的重要操作條件，通過比值分析儀調(diào)節(jié)配風(fēng)比來實現(xiàn)Claus反應(yīng)中硫的最佳轉(zhuǎn)化率，可以保證最大的硫回收效率，減少硫損失。在日常維護過程中，影響比值分析儀正常工作的因素很多。為此，筆者以檢測硫磺尾氣中的H2S、SO2為例介紹了TLG-837比值分析儀的組成與工作原理，并對比值分析儀在日常維護過程中經(jīng)常出現(xiàn)的故障與解決方法進行了介紹。

1 比值分析儀系統(tǒng)組成

1.1取樣系統(tǒng)

取樣系統(tǒng)主要由探頭構(gòu)成。探頭由3根不同通徑但同向的管子組成：外側(cè)是一根是直徑1.5″的管子，也是探頭的外徑；內(nèi)側(cè)是一根“冷指”管，用于脫除大部分的硫蒸氣；另一根管子通向“冷指”管的底部并進入引射器作為抽吸樣氣的動力源。

檢測傳輸系統(tǒng)包括分光光度計、光纖、工控機、輸入/輸出模塊和供電模塊。

1.2輔助系統(tǒng)

輔助系統(tǒng)主要包括冷指蒸汽、吹掃蒸汽、抽吸氣和吹掃氣。

儀表正常運行時，輔助系統(tǒng)的要求為：冷指蒸汽壓力不超過0.14MPa，吹掃蒸汽壓力不低于0.7MPa；引射風(fēng)壓力一般不大于0.07MPa，引射流量計的示數(shù)應(yīng)在50～150mL/min之間。

預(yù)處理器接入1.0MPa的蒸汽，經(jīng)減壓后一路去探頭的冷指蒸汽入口，用于冷卻單質(zhì)硫，另一路去探頭的吹掃入口，用于吹掃測量池和透射鏡片。

自空分裝置的0.45MPa儀表風(fēng)一路進光譜儀，用于冷卻光譜儀機箱和動作電磁閥模塊，另一路進輔助系統(tǒng)后分為兩路，第1路減壓后去探頭的引射器入口作為抽吸樣氣的動力源，第2路用于吹掃和標(biāo)零。

2 比值分析儀的工作原理

TLG-837比值分析儀主要分析硫磺回收裝置尾氣中H2S和SO2的濃度，并計算比值，然后將信號傳遞給DCS系統(tǒng)，由DCS系統(tǒng)控制配風(fēng)比。

2.1取樣原理

TLG-837取樣探頭原理如圖1所示。樣品在引射器負(fù)壓的作用下，沿取樣探頭向上流動，在流動過程中與低壓蒸汽控制的“冷指”接觸，“冷指”將樣品氣中的硫蒸氣冷卻并在重力的作用下自然流回工藝管道，而后被管道中流動的工藝介質(zhì)帶走。除去硫蒸氣的樣品氣繼續(xù)向上，流動到測量池中，樣品氣吸收紫外光，其入射光強與透射光強的關(guān)系符合郎伯比爾定律，然后被測樣氣與抽吸氣混合并在抽提空氣的帶動下，流經(jīng)引射器縮頸處后排出，最終隨工藝介質(zhì)流向工藝下游[2,3]。

圖1 TLG-837取樣探頭原理

探頭內(nèi)部有一個內(nèi)置的除霧室，通入低壓蒸汽。由于低壓蒸汽溫度大幅低于尾氣，因此除霧室對于上升樣氣具有冷卻作用。硫元素是尾氣所含組分中凝點最低的，由于內(nèi)部探頭溫度保持為低壓蒸汽溫度，因此樣品中的硫元素都通過冷凝而被選擇性地去除，同時高度完整的樣品繼續(xù)上升至探頭頂部進行分析。光與樣品氣之間的相互作用點在探頭頂部的流通池盤中。流通池盤帶有高壓蒸汽通道，用于加熱流通池并確保殘留的硫為氣態(tài)。

2.2測量原理

TLG-837比值分析儀的測量原理(圖2)為：利用被測介質(zhì)對紫外光的吸收與被測介質(zhì)濃度成線性關(guān)系的原理實現(xiàn)定量測量。氙燈光源發(fā)出全波長光束，經(jīng)聚光器匯聚后進入發(fā)射光纖，并由發(fā)射光纖導(dǎo)入測量探頭內(nèi)。經(jīng)氣體吸收后的光束沿反射光纖進入散光器，發(fā)散開的光束由分光光柵分成按波長排列的光譜，一對光纖探頭分別用于發(fā)射和接收通過流通池的試樣光譜，全息光柵根據(jù)其波長來分散光，再使用二極管陣列檢測器檢測光譜中不同波長的強度并轉(zhuǎn)換成電信號，傳送到數(shù)據(jù)處理單元進行處理后即可計算出不同組分的濃度值。

圖2 TLG-837比值分析儀測量原理

3 常見故障分析

3.1透鏡污染

儀表正常運行時，冷指蒸汽壓力不得超過0.14MPa。若冷指蒸汽壓力過高，則蒸汽溫度隨之增大，當(dāng)溫度大于129℃時，飽和硫蒸氣不能冷凝成液態(tài)硫，硫蒸氣與樣品氣將一起進入測量池，造成透鏡污染。所以，保證冷指蒸汽壓力的長期穩(wěn)定是儀表正常運行的重要前提。

透鏡長期工作在高溫狀態(tài)下并與樣品氣、蒸汽直接接觸，導(dǎo)致鏡片曲面磨損嚴(yán)重，發(fā)射與吸收光線準(zhǔn)直度下降，使工作狀態(tài)下吸收光譜無明顯變化，此時需要更換新透鏡。

在自動蒸汽吹掃、空氣吹掃、空氣標(biāo)零完成后，儀器進入正常工作狀態(tài)。儀器正常運行時測量池溫度應(yīng)在143～160℃，此前空氣吹掃與標(biāo)零的凈化風(fēng)溫度是常溫，在由常溫到143～160℃的過程中，樣品氣已經(jīng)開始進入測量池，此過程進入測量池的樣品氣易受到常溫空氣的影響，形成硫磺結(jié)晶進而導(dǎo)致透鏡污染。為此，在日常維護過程中，可以在進入儀器前的凈化風(fēng)管路上增加一臺空氣預(yù)熱器，使凈化風(fēng)一直處于高溫狀態(tài)，從而避免常溫空氣吹掃后帶來的溫差弊端。

3.2分光光度計光源不足

分光光度計光源采用的是氙燈光源。氙燈光源是利用氙氣放電而發(fā)光的電光源，一般氙燈壽命在5年左右，若氙燈壽命到期就會造成氙燈不發(fā)光或發(fā)光強度不夠。所以，在日常維護時，掌握所用氙燈光源的使用周期，是排除分光光度計光源不足的重要前提。另外，通過增加積分時間增加單位時間內(nèi)的頻閃次數(shù)，可以提高光源的發(fā)光強度。

3.3吸收光譜顯示異常

儀表標(biāo)定程序完成后，正常情況下，空氣電磁閥處于關(guān)閉狀態(tài)。當(dāng)空氣電磁閥閥芯密封不嚴(yán)時，會有空氣泄漏到測量池中，導(dǎo)致樣氣被稀釋，進而影響吸收光譜和測量結(jié)果。在實際工作中，將空氣電磁閥改為氣控球閥可以有效避免電磁閥內(nèi)漏現(xiàn)象。

在儀表自動空氣標(biāo)零狀態(tài)下，純凈空氣在測量池內(nèi)維持的時間較短，吸收光譜的零線未完全穩(wěn)定時，標(biāo)零狀態(tài)即退出，造成零點標(biāo)定失敗，導(dǎo)致光譜譜圖異常。因此在實際操作過程中，首先打開蒸汽閥，吹3min，然后進行零點標(biāo)定。打開空氣閥，觀察分析儀屏幕上的譜圖，直到吸收光譜在零線上并且穩(wěn)定后再關(guān)閉空氣閥，儀表即可正常投用。

在日常維護過程中，由于樣氣污染或吹掃透鏡的蒸汽溫度不夠，勢必會造成透鏡污染。人工清洗透鏡是工作中經(jīng)常遇到的問題。透鏡清洗復(fù)位安裝后入射光和接收光不同軸也會造成吸收光譜的強度降低，所以在安裝透鏡時，將譜圖與安裝調(diào)整相結(jié)合是提高吸收光譜強度的恰當(dāng)方法。

3.4樣氣無法進入流通池

儀表正常運行時，流通池的溫度應(yīng)維持在143～160℃，當(dāng)流通池溫度低于143℃時，將產(chǎn)生硫磺結(jié)晶進而造成流通池入口堵塞，導(dǎo)致樣氣無法進入流通池。解決措施是：保證有穩(wěn)定的高壓蒸汽源，設(shè)置保溫蒸汽夾套防止溫度流失。

抽提空氣進風(fēng)壓力低，分析后的樣品無法排放到工藝管線中，進而導(dǎo)致新樣品氣無法正常進入流通池。所以，抽提空氣進風(fēng)壓力的長期穩(wěn)定是保證樣品氣能夠形成通路的重要前提。

由于引射器縮頸處的直徑較小，若凈化風(fēng)長時間臟污將會導(dǎo)致引射器縮頸處堵塞。所以，采用穩(wěn)定的凈化風(fēng)源和性能穩(wěn)定的空氣過濾器，保證凈化風(fēng)的純凈度，可以有效防止引射器縮頸處堵塞。

4 結(jié)束語

筆者介紹了TLG-837比值分析儀的系統(tǒng)組成與工作原理，并結(jié)合工作經(jīng)驗總結(jié)了日常維護中遇到的故障問題和解決方法，為比值分析儀等其他產(chǎn)品的維護提供一定的借鑒與參考。

[1] 王紅紅,張英杰.磁氧分析儀在克勞斯硫磺回收中的應(yīng)用[J].化工自動化及儀表,2013,40(10):1252～1254.

[2] 符青靈,王森.在線分析儀表工工作手冊[M].北京:化學(xué)工業(yè)出版社,2013:438～440.

[3] 朱良漪,孫亦梁,陳耕燕.分析儀器手冊[M].北京:化學(xué)工業(yè)出版社,1997:1285～1287.

ApplicationandFaultAnalysisofRatioAnalyzer

LUO Yan-yan

(CangzhouBohaiPetrochemicalEngineeringCo.,Ltd.)

The composition and working principle of TLG-837 ratio analyzer was described and through considering the daily maintenance experiences, both common faults and solutions to them in the application were summarized.

ratio analyzer, sulfur-recovering device, air-distributing ratio, fault analysis, solutions

羅妍妍(1981-)，工程師，從事分析儀表的維護工作，136496378@qq.com。

TH83

B

1000-3932(2017)11-1036-03

2017-05-10，

2017-07-26)

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