影響氧化鋯分析儀平穩(wěn)運行的原因分析及解決措施

梁昌莉 ,常 偉

（獨山子石化公司 煉油廠儀表車間, 新疆 獨山子 833699）

0 引言

氧化鋯分析儀對煙氣中的氧含量進行測量，發(fā)揮節(jié)能、減少環(huán)境污染和延長爐齡的作用。鍋爐中當(dāng)鼓風(fēng)量過大時，煙氣中過?？諝饬科?，煙氣氧含量偏高，雖可使燃料充分燃燒，但過?？諝鈳ё叩臒崃慷?，導(dǎo)致熱效率降低，同時過量的氧與燃料中的硫及煙氣中的氮氣在高溫下生成SO2、SO3和NOX一類的有害物質(zhì)污染環(huán)境。當(dāng)鼓風(fēng)量偏低時，煙氣氧量低，雖然過?？諝馍偈古艧煋p失減少，但因燃料不能充分燃燒，也導(dǎo)致熱效率降低，同時煙囪冒黑煙，對環(huán)境也造成較大污染?？梢?，要使鍋爐熱效率高污染小，必須控制空氣過剩系數(shù)，這需要利用氧化鋯分析儀將煙氣氧含量控制在合理的范圍內(nèi)，另一方面，鍋爐處于經(jīng)濟燃燒狀態(tài)，煙氣中的SO2、SO3和NOX量低，減少了鍋爐尾部腐蝕，從而延長爐齡。

獨山子煉油廠老區(qū)、新區(qū)共有27臺氧化鋯，有4種不同的型號，分別來自蘭煉富士、羅斯蒙特、英國佛林頓和湖北荊州這4個廠家。由于現(xiàn)場工況各有千秋，在氧化鋯投用運行過程中，需要根據(jù)裝置的不同進行改造，從而降低氧化鋯的維護率。

1 氧化鋯氧分析儀工作原理及分類

1.1 氧化鋯探頭的結(jié)構(gòu)及工作原理[1]

圖1 氧化鋯探頭結(jié)構(gòu)示意圖Fig1.Schematic diagram of zirconia probe structure

如圖1所示，被測氣體煙氣從左側(cè)進入氧化鋯管中的氧電池，而參比氣體（空氣）則從右側(cè)通入，當(dāng)進入的空氣壓力大于煙氣壓力時，氧分子電離成氧離子后從空氣中擴散到煙氣中，在750°C左右的高溫中，在鉑電極的催化作用下，氧化鋯管內(nèi)氧電池的空氣側(cè)發(fā)生還原反應(yīng)。

空氣一側(cè)的鉑電極由于大量給出電子而帶正電，成為氧濃差電池的正極或陽極。這些氧離子進入電解質(zhì)后，通過晶體中的空穴向前運動到達左側(cè)的鉑電極，在氧電池的進煙氣一側(cè)發(fā)生氧化反應(yīng)，

煙氣一側(cè)的鉑電極由于大量得到電子而帶負電，成為氧濃差電池的負極或陰極。這樣在兩個電極上由于正負電荷的堆積而形成一個電勢，稱之為氧濃差電勢。通過能斯特方程式計算出所測煙氣中氧的含量。

2 氧化鋯氧分析儀運行中存在的問題及改造

2.1 一催化氧化鋯鋯頭過濾網(wǎng)經(jīng)常堵塞

老區(qū)一催化裝置，前期使用的是南京天辰電器儀表廠的TCZ-1型分體式煙氣氧分析儀。氧化鋯鋯頭過濾網(wǎng)經(jīng)常堵塞。在使用1年過程中，過濾網(wǎng)更換了2次，加熱絲燒斷1次，電極接觸不良1次，二次表無輸出1次，設(shè)備故障頻繁，維護量很大。

2.1.1 初步改造

·原因分析：

由于煙氣中含有大量的催化劑粉末和腐蝕性高溫氣體，造成過濾網(wǎng)經(jīng)常堵塞，過濾網(wǎng)堵塞，煙氣無法進入，加上測量的是高溫?zé)煔?，從而影響到加熱絲以及電極的工作性能，故障率高。

·初步改造方案：

為了解決過濾器堵塞的問題，我們選用導(dǎo)流式探頭，使用湖北荊州生產(chǎn)的帶引流管的YHG-98BJ型氧化鋯分析儀。一方面通過引流管可以減少作用于鋯頭處的煙氣灰塵，另一方面可以減少煙氣中的腐蝕氣體對鋯頭的直接腐蝕。

·改造后存在的問題：

投用后，發(fā)現(xiàn)儀表測量指示滯后，測得的數(shù)據(jù)不及時準(zhǔn)確，達不到服務(wù)生產(chǎn)的目的。

2.1.2 進一步改改造

·原因分析：

出于經(jīng)濟方面的考慮，為了節(jié)省投資，決定利用原有的氧化鋯氧分析儀，只在引流管上做文章。經(jīng)過多次測試、分析認(rèn)為，導(dǎo)致氧化鋯氧分析儀不反應(yīng)或反應(yīng)滯后的根本原因在于煙氣在鋯頭處不流動或流動緩慢。

·改造方案：

1) 增大采樣導(dǎo)流管的直徑，即從40 mm增加到50mm，材質(zhì)從普通鋼管改為不銹鋼管。這樣不但可增加流通面積和煙氣的流量，防止導(dǎo)流管堵塞，而且提高了材質(zhì)的防腐性能。

2) 對采樣導(dǎo)流管進行改造。把導(dǎo)流管中間部位進行開孔，這樣增大了導(dǎo)流管內(nèi)的前后壓差，提高了煙氣的流通速度。

·改造效果：

改進方案實施后，該檢測系統(tǒng)連續(xù)運行了11個月，故障率有很大降低，催化裂化再生器煙氣氧含量分析儀維護工作量大的問題得到一定解決，過濾器堵塞問題得到部分解決，但仍然有堵塞現(xiàn)象。

·經(jīng)驗總結(jié)：

由于一催化煙氣中含粉塵顆粒物較多，腐蝕性較強，需要對氧化鋯分析儀進行特殊改造，從而減少維護率，經(jīng)過兩次改造，故障率高的問題雖得到一定解決，但過濾器仍有堵塞，夏天時需要一季度進行一次疏通，而冬天更加頻繁需要一個月去疏通氧化鋯過濾器，一催化煙道是正壓型，所以在拆卸過程中存在風(fēng)險，而對于老區(qū)二催化裝置將原有直插型氧化鋯改造成外排式氧化鋯，改造后運行正常且故障率低，由于工況和一催化有相同之處，對于二催化的成功的改造可借鑒到一催化的改造中，將問題徹底解決。預(yù)計在2015年大修時進行改造。

2.2 老區(qū)二催化氧化鋯過濾器堵塞故障率高

老區(qū)二催化裝置采用的是湖北荊州的直插型氧化鋯，過濾器經(jīng)常堵塞，經(jīng)常指示偏低。

·原因分析：

二催化煙氣中含有大量的催化劑粉末和腐蝕性高溫氣體，加上并沒有反吹系統(tǒng)，造成過濾網(wǎng)經(jīng)常堵塞。過濾網(wǎng)堵塞會造成煙氣無法進入，使得氧化鋯指示偏低。

·改造方案：

由于二催化煙氣也是正壓，在二催化氧化鋯的引流管和法蘭間裝一個80的閘板閥，這樣可以使得在進行氧化鋯維護作業(yè)時，防止高溫介質(zhì)噴出給人員造成傷害。同時在插入的氧化鋯探頭附近接一個管子，可以將引流管中的微量煙氣排出，使得引流管中的煙氣流通更迅速，氧化鋯分析儀實時性好，靈敏度高。

·改造效果：

經(jīng)過改造后，二催化氧化鋯過濾堵塞情況徹底解決，夏天幾乎不需要周期性疏通過濾器，在二催化氧化鋯故障時維護更加安全放心，工作效率也大大提高。

2.3 氧化鋯部分安裝位置在爐頂不便于維護

老區(qū)12臺氧化鋯，新區(qū)共14臺氧化鋯，全廠總共有26臺氧化鋯。在維護過程中需要對氧化鋯進行斷電及上電操作，而氧化鋯供電開關(guān)位于機柜間，由于氧化鋯一般安裝在爐頂，距地面都有30～40 m高，斷電及上電操作極為不方便。

·改進方案：

在現(xiàn)場氧化鋯氧分析儀旁，安裝防爆電源開關(guān)，將氧化鋯供電線路通過防爆開關(guān)進入氧化鋯氧分析儀，實現(xiàn)防爆電源開關(guān)控制氧化鋯分析儀斷電及上電。

·實施效果：

對老區(qū)所有氧化鋯氧分析儀進行改造，實現(xiàn)所有老區(qū)氧化鋯氧分析儀防爆電源開關(guān)的安裝，使氧化鋯氧分析儀的維護更加方便，同時減少作業(yè)人員工作量，也降低了作業(yè)的過程中可能出現(xiàn)的風(fēng)險，避免意外的發(fā)生。

在對老區(qū)的改造收到很好的效果后，在后面計劃在2015年大檢修實現(xiàn)對新區(qū)所有的氧化鋯分析儀加防爆電源開關(guān)的改造。

3 總結(jié)

通過對氧化鋯進行改造，總結(jié)的經(jīng)驗是：

氧化鋯在煉油廠使用是非常普遍的。氧化鋯的廠家有很多（蘭州富士、荊州天翔、英國弗林頓、羅斯蒙特），氧化鋯的種類也有很多（直插式、抽出式、墻掛式），同時在工作中發(fā)現(xiàn)氧化鋯的安裝方式嚴(yán)重影響著氧化鋯的運行，所以氧化鋯的選型和安裝方式對于氧化鋯的正常運行尤為重要。

氧化鋯的安裝方式要根據(jù)工藝環(huán)境的不同做相對應(yīng)的改造，使氧化鋯維護更加方便，提升工作效率，并在改造中總結(jié)經(jīng)驗。

·根據(jù)一催化裝置和二催化裝置安裝的氧化鋯工作環(huán)境的相似性，通過對二催化的氧化鋯成功改造的經(jīng)驗，推廣到一催化氧化鋯的改造，使一催化的氧化鋯故障率降低。

·同時在老區(qū)實現(xiàn)氧化鋯二次表旁邊防爆開關(guān)的安裝，便于工作人員維護，降低由于氧化鋯一般安裝在爐頂從而工作中頻繁爬上爬下的風(fēng)險性，提高工作效率，并將此推廣到新區(qū)。

在以后有新上的裝置新上的氧化鋯，根據(jù)以往改造經(jīng)驗避免走彎路，為氧化鋯更好的運行，做好充分準(zhǔn)備。

[1]王森,符青靈.儀表工試題集—在線分析儀表分冊:2版[M].北京,化學(xué)工業(yè)出版社，2006,3：50-82.

[2]王森.在線分析儀器手冊 [M].北京,化學(xué)工業(yè)出版社，2008,9.

[3]王森.儀表工手冊:2版[M].北京,化學(xué)工業(yè)出版社,2009,3.