在線碳?xì)浞治鰞x在純氧曝氣池中的應(yīng)用

劉 芯，叢靈前，高曉華，易 峰，阿力瑪斯·阿不都哈力力

（中石油獨(dú)山子石化公司 信息網(wǎng)絡(luò)公司 乙烯儀表車間，新疆維吾爾自治區(qū) 獨(dú)山子 833600）

本廠的污水處理裝置主要處理來自乙烯新區(qū)和煉油新區(qū)的污水。現(xiàn)主要對在線碳?xì)浞治鰞x在污水處理裝置的使用情況進(jìn)行說明。通過完善在線分析儀表系統(tǒng)，提高在線分析儀表的運(yùn)行質(zhì)量，從而為裝置操作奠定了良好基礎(chǔ)，提高了污水排放合格率。

1 工藝簡述

污水的工藝處理過程主要包括：均質(zhì)調(diào)節(jié)、隔油、中和、一級氣浮、二級氣浮、純氧曝氣、沉淀、LINPROR 氧化池，處理合格的水排放到凈化水庫。其中，純氧曝氣池利用微生物除去污水中大部分有機(jī)物和部分氨氮，是污水處理裝置的核心單元[1]。

圖1 在線碳?xì)浞治鰞x在純氧曝氣池的控制示意圖Fig.1 Control diagram of online hydrocarbon analyzer in pure oxygen aeration tank

2 在線碳?xì)浞治鰞x的應(yīng)用

純氧曝氣池內(nèi)工藝要求氧含量為55%～65%，在這種富氧環(huán)境下一定濃度的可燃?xì)怏w會對純氧曝氣池造成危險(xiǎn)。為了防止可燃?xì)怏w進(jìn)入純氧曝氣池造成危險(xiǎn)，根據(jù)TUV（Technischer Uberwachungd-Verein）的安全規(guī)定，在含油污水曝氣池和含鹽污水曝氣池第一段分別設(shè)置在線碳?xì)浞治鰞x，分別監(jiān)測池內(nèi)可燃?xì)夂浚瑢儆诼?lián)鎖控制儀表。

2.1 在線碳?xì)浞治鰞x在純氧曝氣池中的作用

當(dāng)曝氣池內(nèi)烴含量超過25%LEL 濃度時(shí)，在線碳?xì)浞治鰞x聯(lián)鎖供氧管道上的調(diào)節(jié)閥1 關(guān)閉，尾氣排放管道上的調(diào)節(jié)閥2 打開，事故通風(fēng)機(jī)啟動，用大量的空氣吹掃氣室，同時(shí)給DCS 發(fā)出警報(bào)。

當(dāng)烴含量達(dá)到50%LEL 濃度時(shí)，調(diào)節(jié)閥1 關(guān)閉，調(diào)節(jié)閥2 調(diào)整到開啟的最大位置，啟動事故通風(fēng)機(jī)，將大量的空氣鼓入曝氣池，使池內(nèi)的氣體連同烴類氣體一起置換排出，同時(shí)曝氣機(jī)聯(lián)鎖停機(jī)，在烴類氣體濃度低于25%LEL時(shí)，恢復(fù)正常生產(chǎn)。

2.2 在線碳?xì)浞治鰞x工作原理

曝氣池上的在線碳?xì)浞治鰞x采用德爾格公司的紅外式可燃?xì)怏w探測器，該探測器用于連續(xù)監(jiān)測含烴易燃?xì)怏w和蒸汽。測量原理基于濃度與被測氣體紅外線吸收量的相關(guān)性。待檢測氣體經(jīng)過燒結(jié)材料擴(kuò)散進(jìn)測量試管防爆外殼，發(fā)射器發(fā)出的寬頻帶光穿過檢測管中的氣體，經(jīng)試管壁反射，從此處直接射到雙元件檢測器的透光窗上。檢測器的一個(gè)通道用于測量試管（測量通道）的氣體依賴型光輸出，另一個(gè)通道用作參考。測量信號與參考信號比，用于確定試管中的氣體濃度。

圖2 在線碳?xì)浞治鰞x的原樣品預(yù)處理系統(tǒng)Fig.2 Sample pretreatment system of online hydrocarbon analyzer

2.3 預(yù)處理系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與改造

由于曝氣池內(nèi)氣體壓力基本接近于大氣壓力，所以取樣系統(tǒng)需要抽吸泵，將樣品抽吸到在線碳?xì)浞治鰞x表系統(tǒng)。同時(shí)，曝氣池內(nèi)樣品的濕度為95%左右，需要除去被測樣品中的水分，因?yàn)闃悠分械乃謺t外式分析儀表造成以下危害：①樣品中存在水分會吸收紅外線，從而給測量造成干擾；②當(dāng)水分冷凝在晶片上時(shí)，會產(chǎn)生較大的測量誤差[2]。所以該預(yù)處理系統(tǒng)主要由兩部分組成：樣品抽吸設(shè)施和樣品冷凝設(shè)施。

2.3.1 預(yù)處理系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

將在線碳?xì)浞治鰞x的樣品預(yù)處理系統(tǒng)以及儀表本機(jī)集成到一個(gè)儀表箱內(nèi)，如圖2 所示。

從圖2 中可以看到，在線碳?xì)浞治鰞x的樣品預(yù)處理系統(tǒng)主要包括以下部件：取樣泵M1、射流熱交換器（即冷凝器E1）、過濾器FL1、三通球閥、流量計(jì)FM1、蠕動泵M2 等。

通過取樣泵，將樣品從曝氣池抽吸到預(yù)處理系統(tǒng)中，樣品從頂部進(jìn)入射流熱交換器，先在中間的內(nèi)管中初步冷卻，再在外面的環(huán)管中深度冷卻，樣品與冷卻塊達(dá)到充分換熱[2]，冷凝出來的液體在重力作用下向下流淌，在射流熱交換器的底部設(shè)置一個(gè)蠕動泵，將冷凝后的液體及時(shí)抽吸到表箱外部，并保證氣體管路的密封[3]；經(jīng)過射流熱交換器的樣品從其頂部再進(jìn)入過濾器進(jìn)一步去除水分和其他雜質(zhì)，然后經(jīng)過一個(gè)三通球閥（選擇樣品氣和標(biāo)準(zhǔn)氣）進(jìn)入流量計(jì)，最后進(jìn)入分析儀進(jìn)行測量。

由于該儀表對于曝氣池的安全生產(chǎn)十分重要，所以需要每天檢查樣品預(yù)處理中樣品流量計(jì)的流量，每周定期檢查取樣泵和蠕動泵的運(yùn)行情況，每季度定期校驗(yàn)在線碳?xì)浞治鰞x。

2.3.2 預(yù)處理系統(tǒng)的改造

在日常維護(hù)中，經(jīng)常出現(xiàn)一些問題，使得儀表人員維護(hù)量很大，碳?xì)浞治鰞x不能連續(xù)正常地投用，主要包括以下情況：

1）取樣泵的故障概率很高，運(yùn)行過程中經(jīng)常出現(xiàn)以下故障：①隔膜損壞；②電動隔膜泵在運(yùn)轉(zhuǎn)，但流量過低；③隔膜泵電機(jī)溫度較高等故障，嚴(yán)重影響碳?xì)浞治鰞x的正常取樣。

2）射流交換器和原來的過濾器并不能完全將樣品中的水分除盡，或多或少的水分進(jìn)入碳?xì)浞治鰞x，造成檢測器損壞。

鑒于機(jī)械泵的故障率高和更換備件的數(shù)量多等問題，對取樣方式重新做了評估和設(shè)計(jì)，分析了噴射泵取樣的可行性：①只要動力源穩(wěn)定，文丘里抽吸的方式會保證樣品的連續(xù)性，而作為動力源的壓縮空氣是由空壓站供給，穩(wěn)定性可以保證；②噴射泵結(jié)構(gòu)簡單，沒有任何零部件，采用不銹鋼材質(zhì)，不會因?yàn)闃悠泛铜h(huán)境因素造成泵體的損壞，可靠性高；③壓縮空氣作為噴射泵的動力源，會與樣品進(jìn)行混合，因而將噴射泵放置于碳?xì)浞治鰞x檢測室之后，壓縮空氣經(jīng)噴射泵后，在噴射泵的腔體內(nèi)形成低壓區(qū)，從而把低壓樣品吸入，作為背景氣進(jìn)入碳?xì)浞治鰞x，根據(jù)紅外吸收波普判斷，儀表風(fēng)不會對碳?xì)浞治鲈斐筛蓴_；④通過調(diào)節(jié)動力源的壓力，就能控制樣品的吸入量，達(dá)到升壓穩(wěn)壓的目的，保證樣品壓力、流量的穩(wěn)定[2]。

通過分析，采用噴射泵取樣的方式是可行的，因此對樣品的取樣方式進(jìn)行了改造。對于過濾器，選取了具有可視功能的33G 過濾器，能直觀反映樣品的待液情況和更方便的排放凝液。改造后的預(yù)處理系統(tǒng)如圖3 所示。

從圖3 中可知，噴射泵的進(jìn)口連接壓縮空氣，吸氣口連接紅外傳感器的根部。經(jīng)過減壓閥減壓后的壓縮空氣作為動力源進(jìn)入噴射泵的吸入腔體，形成低壓區(qū)，產(chǎn)生足夠的吸力使得工藝氣流經(jīng)冷凝器、過濾器和流量計(jì)進(jìn)入紅外傳感器完成測量。

圖3 改造后的樣品預(yù)處理系統(tǒng)Fig.3 Sample pretreatment system after modification

3 結(jié)論

改造后的預(yù)處理系統(tǒng)得到了純凈、連續(xù)、穩(wěn)定的樣品，減少了儀表的故障率，增強(qiáng)了系統(tǒng)的可靠性，延長了碳?xì)浞治鰞x的運(yùn)行周期，為工藝的可靠運(yùn)行提供了保障。