在線紅外分析儀在制氫裝置中的應(yīng)用

祁 磊 李永紅

(中國(guó)石油蘭州石化公司質(zhì)檢部，蘭州 730060)

中國(guó)石油蘭州石化公司新建的300萬(wàn)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?xì)浠衔?，?jīng)反應(yīng)和提純生產(chǎn)氫氣，所以產(chǎn)品氫氣中會(huì)殘余有CH4、CO和CO2。在此，筆者重點(diǎn)介紹用于監(jiān)測(cè)該裝置提純部分出口產(chǎn)品氫氣的TELEDYNE 7600在線紅外分析儀的工作原理，以及進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)維護(hù)時(shí)，該紅外分析儀的故障現(xiàn)象與維護(hù)和處理方案。

1 在線紅外分析儀的測(cè)量原理①

紅外光源發(fā)出一定波長(zhǎng)的紅外光，經(jīng)濾光和切光系統(tǒng)后分成對(duì)稱的兩束光，一束通過(guò)參比池，另一束通過(guò)測(cè)量池，接著進(jìn)入光電檢測(cè)器。當(dāng)紅外光通過(guò)測(cè)量池和參比池時(shí)紅外光能被氣體吸收，光能減弱，光電檢測(cè)器檢測(cè)輻射強(qiáng)度I，并將其轉(zhuǎn)換為電信號(hào)，用于指示CO和CO2的濃度。

依據(jù)朗伯-比爾吸收定律：

I=I0e-kcl

式中c——被測(cè)組分的摩爾分?jǐn)?shù)；

I——經(jīng)被測(cè)組分吸收后的光強(qiáng)度；

I0——射入被測(cè)組分的光強(qiáng)度；

k——被測(cè)組分對(duì)光能的吸收系數(shù)；

l——光線通過(guò)被測(cè)組分的長(zhǎng)度，即氣室長(zhǎng)度。

2 應(yīng)用中出現(xiàn)的問(wèn)題與處理辦法

TELEDYNE 7600在線紅外分析儀在制氫裝置中應(yīng)用時(shí)，出現(xiàn)了一些測(cè)量不準(zhǔn)的問(wèn)題，儀表維護(hù)人員在分析具體的故障現(xiàn)象之后，給出了改造方案，現(xiàn)匯總?cè)缦拢?/p>

a. 樣氣含水。水分在1.00～9.00μm波長(zhǎng)范圍內(nèi)幾乎都有連續(xù)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(huì)吸收紅外輻射，從而干擾紅外分析儀的精確測(cè)量。同樣，當(dāng)水分冷凝在晶片上時(shí)，也會(huì)致使紅外分析儀產(chǎn)生較大的測(cè)量誤差。為此，技術(shù)人員在預(yù)處理系統(tǒng)中加入脫脂棉脫液罐，通過(guò)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(cè)量的問(wèn)題。

b. 樣氣含雜質(zhì)。如果有雜質(zhì)進(jìn)入分析系統(tǒng)，就會(huì)吸收或折射部分紅外光，這樣檢測(cè)器吸收的光強(qiáng)就會(huì)減弱，使得分析結(jié)果有較大偏差。為此，技術(shù)人員將原一級(jí)過(guò)濾改造為二級(jí)過(guò)濾，同時(shí)提高了過(guò)濾器的過(guò)濾等級(jí)，提升其過(guò)濾效果，避免了雜質(zhì)對(duì)測(cè)量結(jié)果的影響。

c. 樣氣流速變化。當(dāng)紅外分析儀工作時(shí)，如果樣氣流速不穩(wěn)，氣室中的氣體密度就會(huì)發(fā)生變化，這對(duì)儀表的測(cè)量精度有較大影響。為此，技術(shù)人員在儀表出口設(shè)置了背壓調(diào)節(jié)閥，用來(lái)提高氣室背壓，減少流速對(duì)測(cè)量的影響，有效提高了儀器的測(cè)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(cè)量精度要求。為了檢驗(yàn)上述改造方案實(shí)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(biāo)準(zhǔn)氣進(jìn)行驗(yàn)證的數(shù)據(jù)列于表1、2。表中，標(biāo)有下劃線的數(shù)據(jù)為超標(biāo)數(shù)據(jù)。其中CO/CO2零點(diǎn)氣的標(biāo)氣值為0.000 00‰/0.000 00‰，CO/CO2量程氣的標(biāo)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(shù)據(jù)記錄 ‰

由表1中的數(shù)據(jù)可以看出，紅外分析儀在受到水分、雜質(zhì)及樣氣流速等因素的影響時(shí)，儀表指示數(shù)據(jù)與標(biāo)樣數(shù)據(jù)出現(xiàn)了很大的誤差，超出了儀表的測(cè)量精度要求，導(dǎo)致儀表指示不準(zhǔn)確。

表2 改造后紅外分析儀的指示與誤差數(shù)據(jù)記錄 ‰

可以很明顯地看出，在對(duì)TELEDYNE 7600在線紅外分析儀系統(tǒng)進(jìn)行相關(guān)的技術(shù)改造之后，排除了水分、雜質(zhì)及樣氣流速等因素對(duì)其測(cè)量精度的影響，儀表的指示值與標(biāo)樣值誤差減小，說(shuō)明改造方案提高了儀表的分析精度，使得儀表對(duì)樣品氣分析的準(zhǔn)確性有所提高，保證了儀表的長(zhǎng)周期、穩(wěn)定、精確運(yùn)行。

3 結(jié)束語(yǔ)

CO和CO2在線紅外分析儀采用紅外光吸收原理，是比較先進(jìn)的技術(shù)，自動(dòng)化程度較高。該儀表在中國(guó)石油蘭州石化公司的50 000m3/h制氫裝置的提純部分的產(chǎn)品氫氣中CO和CO2含量的分析中，在線運(yùn)行時(shí)，因水分、雜質(zhì)和樣品氣的流速而產(chǎn)生了較大的測(cè)量誤差，該公司組織技術(shù)人員在其預(yù)處理系統(tǒng)中加入脫水裝置，分離了樣氣中的水分；將原一級(jí)過(guò)濾改造為二級(jí)過(guò)濾，并提高了過(guò)濾器的過(guò)濾等級(jí)，濾除了樣品氣中的雜質(zhì)；在儀表出口安裝了一個(gè)背壓調(diào)節(jié)閥，用于控制樣品氣的流速。進(jìn)行改造之后，儀表的測(cè)量分析精度得以提升，分析數(shù)據(jù)能夠正確反映生產(chǎn)工藝的變化，為裝置操作人員及時(shí)調(diào)整工藝參數(shù)提供依據(jù)，以確保產(chǎn)品的品質(zhì)。