三催化裝置在線儀表5000 系列PY-GAS采樣系統(tǒng)的改造

鄒杰華

（錦州石化公司 遼寧 錦州 121000）

1 再生系統(tǒng)分析儀采樣系統(tǒng)現(xiàn)狀

三催化再生系統(tǒng)分析儀采樣系統(tǒng)共有兩套，經(jīng)常出現(xiàn)采樣管線堵塞無法采樣、脫水效果差造成分析儀進(jìn)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(tǒng)更是出現(xiàn)無法采出樣品的故障。 針對上述情況經(jīng)過我們長時間在現(xiàn)場觀察研究，并查閱大量資料終于找出問題的所在，關(guān)鍵在于這兩套采樣系統(tǒng)處理粉塵、水分和S 的效果不好，從而導(dǎo)致了樣氣夾帶很多雜質(zhì)進(jìn)入采樣管線和分析儀，造成了眾多故障的發(fā)生。 由于原有兩套采樣系統(tǒng)一套已經(jīng)不能使用了， 另一套也接近報廢，所以在報請公司領(lǐng)導(dǎo)確認(rèn)后又購置了兩套美國THERMO 公司生產(chǎn)的5000 系列PY-GAS 采樣系統(tǒng)。 并于2008 年4 月三催化裝置大修期間將兩套系統(tǒng)安裝到現(xiàn)場。 但是在5 月份投入生產(chǎn)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(tǒng)的生產(chǎn)經(jīng)常處于無監(jiān)控運(yùn)行狀態(tài)。

2 5000 系列PY-GAS 采樣系統(tǒng)不正常運(yùn)行故障原因的查找、檢修及恢復(fù)使用

2.1 系統(tǒng)故障原因查找

質(zhì)檢部在線儀表站組織所有技術(shù)人員放開手腳對該儀器展開了“大會診”。 從該儀器的安裝現(xiàn)場以及最基礎(chǔ)的儀器使用手冊開始著手。整套5000 系列PY-GAS 采樣系統(tǒng)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(tǒng)處理純凈后采出的。 這套系統(tǒng)全部為機(jī)械結(jié)構(gòu)，整個樣品處理采出是一個非常復(fù)雜的過程。 樣品從工藝管線中因?yàn)閴毫Φ脑蜃詣由仙絇Y-GAS 采樣系統(tǒng)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(tǒng)。 該制冷系統(tǒng)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(jīng)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(zhì)由于采樣系統(tǒng)下部通入到達(dá)頂部的蒸汽被冷卻后的冷凝水往下流的時候帶了下來，達(dá)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(tǒng)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(tǒng)就會不停的對樣品進(jìn)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(tǒng)經(jīng)常這樣來回開關(guān)樣品出口閥門，那就導(dǎo)致在線分析儀無法連續(xù)分析數(shù)據(jù)，還會經(jīng)常出現(xiàn)報警現(xiàn)象，生產(chǎn)上也就不能平穩(wěn)操作。

根據(jù)實(shí)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(jīng)常超溫。 在繼續(xù)查找技術(shù)資料和現(xiàn)場仔細(xì)勘察后發(fā)現(xiàn)該套系統(tǒng)的下方蒸汽入口處還有一個溫度控制點(diǎn)，該控制點(diǎn)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(diǎn)的溫度就是關(guān)鍵所在，而影響該點(diǎn)溫度過高的原因就在于進(jìn)入采樣系統(tǒng)的蒸汽壓力過高和蒸汽量過大。 該套系統(tǒng)要求的蒸汽進(jìn)入壓力為15-40psig,而現(xiàn)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(tǒng)要求的壓力才能保證該點(diǎn)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(tǒng)不能正常工作的關(guān)鍵所在。

2.2 系統(tǒng)故障檢修

在確定了儀器故障點(diǎn)后，質(zhì)檢部相關(guān)領(lǐng)導(dǎo)和技術(shù)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(shí)施， 一般情況下管線氣體降壓均采用減壓閥來實(shí)現(xiàn)。但是要降壓的介質(zhì)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(shí)現(xiàn)不了。 若是把蒸汽關(guān)閉則該套系統(tǒng)的自清洗功能就廢除了，那么用不了多久這套系統(tǒng)就會因?yàn)榇呋瘎┓蹓m的堵塞和腐蝕性物質(zhì)的腐蝕而報廢。 于是在生產(chǎn)不能缺少分析數(shù)據(jù)的情況下，質(zhì)檢部相關(guān)人員決定用限流降壓孔板來實(shí)現(xiàn)對蒸汽的控制，但是對于現(xiàn)場直徑只有6mm 的管道來說根本沒有現(xiàn)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(xiàn)場技術(shù)參數(shù)以及復(fù)雜的計(jì)算才能實(shí)現(xiàn)制作出來的孔板能夠滿足現(xiàn)場的技術(shù)要求。 技術(shù)人員先從蒸汽著手，工程上應(yīng)用的水蒸汽大多處于剛剛脫離液態(tài)或離液態(tài)較近，它的性質(zhì)與理想氣體大不相同，應(yīng)視為實(shí)際氣體。 水蒸汽的物理性質(zhì)較理想氣體要復(fù)雜的多，故不能用簡單的數(shù)學(xué)式加以描述。 飽和水蒸汽密度是溫度或壓力的一元函數(shù)，即

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

經(jīng)過人們長期的探索， 工業(yè)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(qū)， 因此我們只需利用2 區(qū)提供的方程組進(jìn)行計(jì)算即可。 以下是第2 區(qū)計(jì)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(zhì)氣體常數(shù)，0.461 526 kJ·kg-1·K-1；ni，Ii，Ji為公式系數(shù)，可由數(shù)據(jù)表提供。 由此可計(jì)算出工業(yè)常用范圍內(nèi)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(guān)系：

再根據(jù)流體力學(xué)中的伯努利方程式和連續(xù)性方程式推導(dǎo)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(shù)，它與孔板的雷諾數(shù)Re、空口截面積與管道截面積之比m 有關(guān)；

ε——膨脹系數(shù)，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(jié)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(dāng)式中Q、a、ε、ΔP、r 一定時，孔板的開孔面積F0就可得出， 在經(jīng)過簡單計(jì)算就可以得到孔板的開孔直徑了。

在得到關(guān)鍵數(shù)據(jù)后（孔板開孔直徑為1.2mm），根據(jù)數(shù)據(jù)自己動手制作了兩個限流降壓孔板。

3 結(jié)論

在經(jīng)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(tǒng)終于又一次站到了它該在的崗位上。 這個項(xiàng)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(chǎn)操作提供了一個依據(jù)，生產(chǎn)操作可以根據(jù)5 套分析儀所提供的分析數(shù)據(jù)進(jìn)行控制副回路對副風(fēng)進(jìn)行控制并與主回路形成串級對主風(fēng)進(jìn)行主風(fēng)量和蒸汽量調(diào)節(jié)從而維持燒焦的強(qiáng)度。

3.2 其次質(zhì)檢部在充分發(fā)揮技術(shù)優(yōu)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(tǒng)的正常運(yùn)行，節(jié)約了近60 萬元的新設(shè)備購置費(fèi)用。

3.3 另有在該采樣系統(tǒng)的后部有五套在線分析儀，如果采樣系統(tǒng)送出來的樣品中含有較多的雜質(zhì)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(xué)工業(yè)出版社.

［2］儀表技術(shù)規(guī)范[Z].錦州石化公司.

［3］陳清山，劉烜偉，編譯.最新世界CMOS 數(shù)字集成電路及互換手冊:日本[M].中南工業(yè)大學(xué)出版社.

［4］陳清山，陳燕科，編譯.最新世界集成模數(shù)和數(shù)模轉(zhuǎn)換器及接口器手冊：日本[M].中南工業(yè)大學(xué)出版社.