AMETEK 880-NSL硫磺比值分析儀在硫回收裝置中的應(yīng)用

張振基，徐勇

(黔西縣黔希煤化工投資有限責(zé)任公司 , 貴州 畢節(jié) 551700)

0 引言

在克勞斯硫磺回收裝置中，H2S、SO2及H2S/SO2比值的含量是工藝控制的一項(xiàng)重要參數(shù)，能否準(zhǔn)確測量上述氣體濃度成為考核整套裝置節(jié)能效率的重要指標(biāo)之一，同時(shí)也對降低環(huán)境污染起到了至關(guān)重要的作用。由于在工業(yè)生產(chǎn)中，要求對被測氣體進(jìn)行24h不間斷的測量，為了提高測量的準(zhǔn)確性，因此，某公司在煤氣化裝置中配置了一臺(tái)多組分含量測量的紫外線氣體分析儀，對H2S、SO2、硫比值氣體進(jìn)行實(shí)時(shí)在線測量，該公司根據(jù)所用氣體分析儀表所處的壞境要求，選用了AMETEK公司生產(chǎn)的氙燈光源，靈敏度高，穩(wěn)定性好，壽命長，密封隔爆型的880-NSL型氣體紫外分析儀。

1 工作原理及常見分類

1.1 工作原理

該分析儀是多組分紫外分析儀，根據(jù)郎伯-比爾定律I=I0e-kcL

式中I為透射光光的強(qiáng)度，I0是入射光的強(qiáng)度，K為與物質(zhì)在特定波長下的吸收系數(shù)。當(dāng)光源、波長和樣品池厚度L確定后，它們就成了常數(shù)。這時(shí)透過樣品的光強(qiáng)度I僅與樣品中待測組分的濃度C有關(guān)。因此通過測量該物質(zhì)吸收前、后的紫外光的強(qiáng)度的變化量，便可以測量出其組份含量。

圖1 多組分紫外分析儀原理示意圖Fig.1 Schematic diagram of multi-component UV lamps

1.2 紫外光度計(jì)常見類型

1）切光濾光式分析儀

圖2 切光濾光式分析儀原理示意圖Fig.2 Schematic diagram of qieguang-filter Analyzer

由電機(jī)帶動(dòng)切光片交替切光，切光片上安裝兩個(gè)光柵濾光器，其中一個(gè)只讓被測氣體組分吸收波長的光通過，另一個(gè)只讓未被測量氣體吸收的某一波長的光通過，前者作為測量光路，后者作為參比光路。檢測器將接受的交替變化的光波信號轉(zhuǎn)變?yōu)榻蛔冸娦盘?，檢測得到的交變電信號的振幅，與被測氣體組分濃度成正比[1]。

2）雙光路濾光式分析儀

圖3 雙光路濾光式分析儀原理示意圖Fig.3 Schematic diagram of dual optical filter-Analyzer

光源發(fā)出的紫外光經(jīng)過濾光器后，只讓被測氣體組分吸收波長的光和參比波長的光通過，接著由半透明的反射鏡將光束分成兩路，一路穿過測量室，另一路經(jīng)過參比室，分別照到各自的光電管上，通過檢測的信號強(qiáng)弱，計(jì)算得到氣體濃度。該分析儀可連續(xù)檢測氣體濃度。

3）分光式分析儀

分光式分析儀的光學(xué)組件由光源模塊、光室模塊和光電探測器組成。光源模塊由一個(gè)氙閃光燈，一個(gè)UV-遮斷過濾器，一個(gè)UV-級平行光透鏡組成。氣流光室由一個(gè)兩端由UV-級窗口封閉的125mm(5″)長度管以及用于樣本氣體輸入與排出的鉛管組成。光電探測器模塊由一個(gè)支持四個(gè)硅光電二極管的電路板組成，可對每一個(gè)光電二極管過濾，得到特定波長的光源。

與前兩種方式不同的是，分光式紫外線氣體分析儀采用光電二極管矩陣式接收器作為測量元件。光源放出的廣范圍紫外光，通過測量氣室，部分波長的光被測量氣體吸收，從測量室出來的光再經(jīng)聚焦，照射在全息光柵上，然后反射到線性二極管檢測矩陣，通過檢測矩陣獲得的信號，計(jì)算得到被測組分濃度。該分析儀光路簡單，所需元器件少，單臺(tái)設(shè)備能夠同時(shí)提供多路組分信號。這也是本文所介紹分析儀的工作方式。

2 AMETEK 880-NSL 型分析儀的結(jié)構(gòu)組成及工作過程

1）結(jié)構(gòu)組成

克勞斯硫回收工藝生產(chǎn)裝置尾氣分析采用的880-NSL型分析儀，為分光式紫外線氣體分析儀，它主要由電腦控制箱，加熱箱，光度計(jì)組成，包括標(biāo)準(zhǔn)組件的光學(xué)系統(tǒng)。所有部件集成在公共基板上，設(shè)備整體直接安裝在管道上，樣品氣體直接從工藝管道中提取，并通過同一采樣探管返回到工藝管道中，避免了尾氣排放，節(jié)省了采樣管線及其保溫操作費(fèi)用。

880-NSL 型尾氣分析儀安裝有凈化氣吹掃警報(bào)系統(tǒng)。內(nèi)部安裝的不同壓力開關(guān)監(jiān)視吹掃氣壓力，若吹掃氣壓不足時(shí)觸發(fā)報(bào)警。儀器啟動(dòng)時(shí)，使用快速吹掃功能，進(jìn)行箱內(nèi)空氣置換。外部電源與信號接線盒，用于電源和信號連接。

圖4 AMETEK 880-NSL型尾氣分析儀結(jié)構(gòu)及安裝示意圖Fig.4 AMETEK 880-NSL Exhaust gas Analyzer structure and installation diagram

圖5 AMETEK 880-NSL型尾氣分析儀工作流程示意圖Fig.5 AMETEK 880-NSL exhaust gas Analyzer workflow diagram

2）樣氣流路及工作過程

樣品氣體由儀器中的采樣探管直接從工藝管道中提取，通過DN25(1”)蒸氣加熱保溫球閥控制。樣氣通過吸氣器以大于2 L/min的速度經(jīng)由探管，除霧器，樣氣管提取。探管與樣氣測量室中的氣體，由加熱箱中的電加熱維持恒溫(額定145℃)。除霧器通過將樣品氣體溫度降低到129℃的方式冷凝霧狀硫。除霧器的降溫由除霧器閥(SV2)將氣體注入到包含若干導(dǎo)熱片的除霧器周圍冷卻實(shí)現(xiàn)。除霧器中的氣體溫度以及測量室溫度，由Pt100鉑電阻溫度探測器(RTD)測量。測量室壓力數(shù)據(jù)通過壓力傳感器輸入到控制器中。測量后樣品氣通過探管周圍的環(huán)形孔返回工藝管道。分析儀通過關(guān)閉樣品氣進(jìn)口閥和樣品返回閥(FV4和FV5)的方式，與工藝管道完全隔離。

當(dāng)分析儀啟動(dòng)后，開始凈化氣吹掃，樣氣電磁閥SV1打開，吸氣器開始在測量室中注入氣體。此氣流通過測量室流入到吸氣器中，同時(shí)反吹通過除霧器。在加熱箱上，測量室凈化氣管和吸氣器凈化氣管均采用加熱鋁管線圈，消除樣本流管道中硫的凝聚。

3 儀表投用、停用與主要注意事項(xiàng)

1）儀表箱內(nèi)空氣清洗系統(tǒng)維持正壓，防止爆炸性和危險(xiǎn)性氣體進(jìn)入儀表箱。如果不能維持正壓，壓力開關(guān)動(dòng)作，同時(shí)激活報(bào)警，警報(bào)繼電器觸點(diǎn)斷開。

進(jìn)入儀表箱的儀表風(fēng)壓力，通過1#調(diào)節(jié)器調(diào)節(jié)至0.14MPa(20 psi)左右。即使儀器斷電，也需保證該儀表風(fēng)的壓力在0.14MPa (20psi)。調(diào)節(jié)3#壓力表，慢慢旋擰中間黑色旋鈕至2.5mbar壓力，用于保證電氣控制箱檢測室處于正壓通風(fēng)狀態(tài)[2]。

圖6 儀表箱正壓通風(fēng)流程示意圖Fig.6 Enclosures ventilation w ith positive pressure flow diagram

2）打開加熱箱門，用肥皂水或檢漏劑檢查管路連接件，確定沒有泄漏。為了使電氣外殼沖洗系統(tǒng)正常操作，建議擰緊所有門夾螺母，確保外殼門安全關(guān)閉。

3）確認(rèn)上述操作正常無誤后，送電等待CELL TEMPERATURE （檢測室溫度）加熱至145℃，然后打開位于除霧器下面采樣閥和回樣閥。迅速關(guān)閉箱門，扣緊密封螺栓，減少散熱損失。

4）待cell temperature 溫升至145℃（大約需要30min）,分析儀由Zero cycle進(jìn)入Sample cycle后，調(diào)節(jié)3#壓力表左側(cè)黑色旋鈕至0.04MPa(6psi)壓力，直到壓力表指針發(fā)生抖動(dòng)為止，嚴(yán)禁將此壓力（測量室壓力）調(diào)得過高，否則會(huì)影響儀器使用效果。

5）880- NSL模擬量輸出范圍可進(jìn)行完全編程。輸出接口1和2可使用高和低量程，并可自動(dòng)調(diào)整。例如：假設(shè)H2S(%v)數(shù)據(jù)連接至輸出接口1，兩個(gè)可編程量程如下：

低：0.0至0.5(%v)

高：0.0至1.0(%v)

注意：取消量程自動(dòng)調(diào)整并在顯示屏顯示H2S，SO2讀數(shù)后，需將顯示屏顯示讀數(shù)與控制室信號核對，即輸出4～20mA的對應(yīng)關(guān)系，以免儀表測量值與DCS顯示值不對應(yīng)。

6）停用880-NSL尾氣分析儀時(shí)，首先切斷電源，然后依次關(guān)閉采樣閥和回樣閥，不關(guān)儀表風(fēng)。

4 光室零點(diǎn)偏移和校準(zhǔn)

周期性地將每一光度計(jì)通道的背景光量歸零十分必要。分析儀光室用不吸收介質(zhì)（通常為儀表空氣或氮?dú)猓_洗，測量每個(gè)通道的偏移值，測量出的各通道偏移值將一直儲(chǔ)存在設(shè)備中，直到下次零點(diǎn)檢測，該偏移值將用來標(biāo)準(zhǔn)化每個(gè)光電二極管的零點(diǎn)吸光率。

為了保證光度計(jì)分析的準(zhǔn)確度，須對光室零點(diǎn)進(jìn)行周期性檢驗(yàn)。880-NSL設(shè)置有一個(gè)校準(zhǔn)過濾器，以模擬所有光電二極管通道的吸光率。校準(zhǔn)期間，校準(zhǔn)過濾器鏡片在分析定時(shí)器的7，8和13期間，被螺線管旋轉(zhuǎn)進(jìn)光通道，此時(shí)吸光率即可被測量并顯示。

典型校準(zhǔn)周期包括一個(gè)光室沖洗期間，光度計(jì)歸零，標(biāo)準(zhǔn)化校準(zhǔn)，過濾器吸光率測量，量程調(diào)整，返回正常操作。

5 故障及處理

1）工藝指示偏低，標(biāo)定后繼續(xù)使用

后來出現(xiàn)“LOW LIGHT LEVEL”錯(cuò)誤信息，懷疑光室被污染，卸下光室終端配件，通入儀表空氣頂開兩端鏡片，用綢布蘸酒精清洗窗口，更換“O”型環(huán)和聚四氟乙烯墊圈，重新安裝光室，擰緊終端配件，重新投用后錯(cuò)誤信息消失，指示恢復(fù)正常。

2）發(fā)生H2S指示0.1%、SO2指示為零現(xiàn)象

與工藝操作人員核實(shí)，確認(rèn)尾氣檢測指示有誤。關(guān)閉回樣閥，關(guān)閉采樣閥，光室壓力升至0.2MPa(30psi)。打開采樣閥，氣室壓力值迅速從0.2MPa(30psi)降到0.12MPa(18psi)以下。再關(guān)閉采樣閥，打開回樣閥，壓力僅略微下降，懷疑樣氣管線堵塞。從光室后逐段拆開檢查，發(fā)現(xiàn)采樣閥后的回樣管堵塞。將該段不銹鋼管拆下來用火烤加熱，流出液態(tài)硫磺。分析其原因：可能是硫回收裝置

5）可同時(shí)進(jìn)行煙霧、火焰探測。

6）視角范圍較大，相同探測距離條件下較三波段探測器探測面積更大。

7）夜間在無紅外補(bǔ)光的環(huán)境下，分布智能圖像型火災(zāi)探測器能有效檢測火焰。

8）在有較強(qiáng)光源干擾的情況下，分布智能圖像型火災(zāi)探測器能有限識別火焰并進(jìn)行報(bào)警。

通過圖像型火災(zāi)探測器與三波段火焰探測器進(jìn)行測試對比，圖像型火災(zāi)探測器具有可視化監(jiān)控，即時(shí)確認(rèn)，可同時(shí)進(jìn)行煙霧、火焰的探測，探測距離遠(yuǎn)（探測能力與距離成線性反比，優(yōu)于三波段火焰探測器），耐環(huán)境性能好等特點(diǎn)，相對于100000m3（直徑80m）和500 00m3（直徑60m）等較大的罐區(qū)用分布智能圖像型火災(zāi)探測器更有利于油罐的火災(zāi)探測。

[1]Zhgang Liu，George Hadjisopbocleous，Guofeng Ding and Choonsiong Lim，VIDEO IMAGE FIRE DETECT ION SYSTEM FOR PROTECTION OF AIRCRAFT HANGARS AND LARGE INDUSTRIAL APPLICATIONS，F(xiàn)S-WORLD Fire &Safety Magazine，Special Edition for SUPDET 2011.

[2]Robert Elliott.VIDEO IMAGE DETECTION REVIEW，F(xiàn)SWORLD Fire &Safety Magazine，Special Edition for SUPDET 2011.

[3]ANSI/FM 3260，Am erican National Standards Institute，Radiant Energy-Sensing Fire Detectors for Automatic Fire Alarm Signaling，2004 ed.

[4]Gottuk，D., Video Im age Detection System Installation Performance Criteria，F(xiàn)ire Protection Research Foundation Report，OCT.2008.

[5]張啟波，袁風(fēng)麗，付鈺.大型浮頂油罐的危險(xiǎn)性分析及安全對策[J].中國安全生產(chǎn)科學(xué)技術(shù)，2012,6.