淺析在線分析儀表的選用

（新疆天智辰業(yè)有限公司，石河子市，832000）王利超

淺析在線分析儀表的選用

（新疆天智辰業(yè)有限公司，石河子市，832000）王利超

研究了監(jiān)測對置四噴嘴水煤漿氣化水洗塔出口合成氣的相關(guān)技術(shù)手段。根據(jù)工藝控制必須不間斷對不同組分含量進(jìn)行監(jiān)測的要求，兼顧到具體的項目，闡述了在線分析儀表的選型、預(yù)處理系統(tǒng)等基本機(jī)制，然后，根據(jù)水洗塔出口合成氣具體工況，科學(xué)選定具有較高性價比的儀器，運行以后，合成氣體積分?jǐn)?shù)能夠通過DCS進(jìn)行顯示，從而為安全高效生產(chǎn)奠定了基礎(chǔ)。

在線分析儀表；合成氣；選擇；預(yù)處理

氣流床反應(yīng)器是對置四噴嘴水煤漿氣化的設(shè)備，其步驟如下：加壓以后的水煤漿輸送到氣化爐噴嘴和O2根據(jù)合適比例混勻，并將其噴到氣化爐之中，爐中條件是，，發(fā)生快速火焰型反應(yīng)（非催化性），科學(xué)合理的對氧量／水煤漿量進(jìn)行控制，將其中部分的煤氧化，從而生成了水煤氣。然后通過洗滌器、分離器、洗滌塔，最后得到合成氣（含有H2O）。

1 合成氣簡介

水煤漿氣化的主要原料是水煤漿與純O2，場所是氣流床反應(yīng)器，基本條件是加壓非催化，發(fā)生部分氧化反應(yīng)，得到粗煤氣，其有效組分為氫氣和一氧化碳，并且還存在二氧化碳，甲烷與水蒸氣等，在線分析儀表基本上用來分析一氧化碳、氫氣、二氧化碳、甲烷，響應(yīng)時間必須在十秒之內(nèi)。

2 儀表選擇

按照工藝需求來分析合成氣中各種氣體的含量。依據(jù)測量原理，選擇質(zhì)譜儀等各種儀表。通過質(zhì)譜儀來進(jìn)行，能夠在很短時間之內(nèi)獲得各種氣體體積分?jǐn)?shù)，同時具有相對較小的滯后時間，且能夠進(jìn)行補(bǔ)償與求解。通過氣相色譜儀能夠分析，但具有滯后性。不僅如此，后期色譜儀和質(zhì)譜儀需要進(jìn)行維護(hù)。選用若干臺紅外分析儀、加熱導(dǎo)式分析儀，前者用來對一氧化碳、二氧化碳、甲烷進(jìn)行測量，后者用來對氫氣進(jìn)行測量。前者的選擇性系數(shù)非常高，在混合氣中測量某種組分中非常適合，同時具有較高靈敏度、高精度響應(yīng)時間。我們單位開展的某個項目里面使用的儀器，能夠不間斷對各種氣體體積分?jǐn)?shù)進(jìn)行顯示。四個在線分析儀配置于特定的分析盤柜里面，還配備一個氣體預(yù)處理裝置。粗合成氣處在高溫高壓條件下，其中包含一定的灰，須通過降溫、減壓、除塵以后，到達(dá)分析室接著需要重新減壓，同時分配試樣，依次與四臺分析儀連接。不僅如此，補(bǔ)償計算需要在積累大量數(shù)據(jù)的前提條件下，發(fā)現(xiàn)相應(yīng)的公式。對于紅外分析儀（用來測定甲烷），利用眼睛其中甲烷體積分?jǐn)?shù)來加以求解，這樣獲得氣化爐的操作溫度，于是就能夠確定熱電偶測量的氣化爐溫度，從而能夠隨時了解氣化爐的工作情況，確保其處于良好狀態(tài)。

3 預(yù)處理系統(tǒng)

為保證儀器及時得到良好的工藝試樣，應(yīng)安裝相應(yīng)的預(yù)處理系統(tǒng)。在線分析儀表需要樣氣滿足嚴(yán)格的條件，其一定是潔凈、干燥、沒有腐蝕的氣體，這樣必須提前實施一定的預(yù)處理。儀表能否順利工作，不僅由其質(zhì)量所決定，而且還取決于預(yù)處理系統(tǒng)，其主要特征包括：運行周期長，無須過多的維護(hù)，保持樣氣組分固定。預(yù)處理步驟如下：將高壓高溫氣體從水洗塔頂部取出，先利用減壓閥對其進(jìn)行減壓，接著利用水封槽來加以洗滌、冷卻與穩(wěn)壓，接著通過脫硫劑實施脫硫處理，然后利用五氧化二釩或硅膠將其中水分除去，于是變成能夠進(jìn)行分析的氣體。具體主要包括以下內(nèi)容。

3.1 試樣提取

這一個環(huán)節(jié)必須確保試樣有說服力，同時在滿足平時分析需要的基礎(chǔ)上降低取樣量，經(jīng)由取樣系統(tǒng)以后無法造成其中組分及其含量的明顯改變。洗滌塔取樣裝置具體（見圖1），取樣點處在頂部合成氣出口管線上，組分里面的水蒸氣量相對偏高（大體上是百分之六十），同時，介質(zhì)里面存在著一定比例的固體顆粒（微塵、碳黑等，大致是）與副產(chǎn)物。

圖1 取樣裝置簡圖

3.2 試樣傳輸

該系統(tǒng)的功能是把試樣從取樣點送至過程分析儀表入口端。其傳輸時間是決定滯后性的關(guān)鍵所在，傳輸管線以直接達(dá)到分析儀為最佳，確保轉(zhuǎn)角與彎頭最小。項目試樣傳送管線主要使用管（材質(zhì)為不銹鋼，規(guī)格為）。因本項目處于氣溫較低的地方，合成氣里面包含水蒸氣大約百分之六十，須通過低壓蒸汽來加以保溫。不僅如此，傳輸管線需要盡量小，從而能夠降低延時。

試樣滯后時間是指分析儀響應(yīng)時間與系統(tǒng)滯后時間之和。就連續(xù)型分析儀表來說，對比來說，其分析時限往往都符合條件。所以，試樣從取樣點輸送至分析儀這個環(huán)節(jié)是其中的關(guān)鍵，涉及到處理試樣的每一流程，最大限度地降低延時。試樣系統(tǒng)滯后時間的求解具體能夠通過體積流量計來進(jìn)行：通過系統(tǒng)總?cè)莘e（V）除去體積流量（qv），就能夠得出傳送時間Tt。具體求解式子：

Tt=V/qv

V主要包括試樣處理部件與管線容積兩方面：V=πd2L/4+ΣVi（其中，d與L分別用來指代傳送管線內(nèi)徑與長度；Vi用來指代處理部件容積，i＝1，2，…，n）。那么有：Tt=πd2L/4qv，T2=ΣVi/qv，分別為經(jīng)過管線與處理部件的時間。

輸送當(dāng)中還面臨體積分?jǐn)?shù)變化滯后問題，按照其階躍變化時的一階滯后效應(yīng)，處理部件的傳送滯后時間非常高。所以，通過某經(jīng)驗系數(shù)來將T2= ΣVi/qv修正為T2=ΣVi/qv×3。

輸送當(dāng)中還面臨體積分?jǐn)?shù)變化滯后問題，在這里，阻容環(huán)節(jié)體積非常低，所以，通過某系數(shù)來修正T1=πd2L/4qv，由此得到T1=πd2L/4qv×（1.2～1.5）。

3.3 處理裝置

前處理單元實施初步處理，確保試樣滿足傳送條件，降低其滯后現(xiàn)象，降低預(yù)處理單元的壓力。預(yù)處理單元再次處理，提高試樣條件；安全泄壓、限流和流路切換，通常情況，同樣存在其中。在這里預(yù)處理系統(tǒng)應(yīng)當(dāng)具備以下基本條件：

第一，確保入儀表的試樣一致，也就是對壓力、溫度等的變化進(jìn)行抑制；

第二，最好是以最低滯后來完成試樣到分析儀表傳輸；

第三，經(jīng)由預(yù)處理系統(tǒng)以后，確保氣體性質(zhì)保持固定；

第四，為確保其可以持續(xù)運行，必須使其長期處于穩(wěn)定狀態(tài)。具體來說，一套完整的預(yù)處理系統(tǒng)主要涉及到以下幾方面內(nèi)容：取樣，過濾，調(diào)壓，調(diào)溫，處理有害組分，調(diào)流量等幾部分。甚至應(yīng)當(dāng)配置相應(yīng)的輔助環(huán)節(jié)，例如旁路系統(tǒng)、多點切換等。

3.4 分析儀表

按照具體的工藝要求來分析出口的合成氣里面各種氣體的體積，包括一氧化碳、二氧化碳、氫氣、甲烷。對于紅外氣體分析儀來說，其體現(xiàn)出諸多優(yōu)點，例如良好的穩(wěn)定性，相對較高的精度與靈敏度，迅速響應(yīng)，相對較寬的測量范圍，主要通過紅外線吸收原理發(fā)揮作用，一氧化碳、二氧化碳、甲烷三種氣體對紅外線具有吸收作用，吸收的紅外線能量與氣體的體積分?jǐn)?shù)呈線性相關(guān)。使用薄膜電容檢測器，具體來說，其電容器主要通過金屬薄膜片動極與定極構(gòu)成，接收氣室中氣體壓力由于紅外輻射能的作用發(fā)生改變的時候，就會促使動片發(fā)生移動，將待測組分體積分?jǐn)?shù)改變轉(zhuǎn)化為電容量的改變，在此基礎(chǔ)上，輸送到微處理器加以處理。對于熱導(dǎo)分析儀來說，其主要通過各種氣體在熱導(dǎo)速率上存在的差異來完成測量，氫氣具有相對偏高的熱導(dǎo)系數(shù)，當(dāng)待測氣體以不變的速度流到分析儀的時候，熱導(dǎo)池內(nèi)的鉑熱電阻絲阻值將隨之改變，經(jīng)由電路來放大信號、溫度補(bǔ)償、線性化后，把它轉(zhuǎn)變成測量值。

在線分析儀配備于氣化裝置現(xiàn)場，現(xiàn)場是防爆2區(qū)，配備了分析小屋，以此來創(chuàng)設(shè)有效的防護(hù)以及運行條件。在分析小屋之中配置上分析儀，這樣能夠集中管理儀表，并且為后期維護(hù)提供有利條件，小屋之中的電氣部件均為防爆型。其為框架結(jié)構(gòu)（通過型鋼焊接而成），雙層墻夾層帶保溫設(shè)計，內(nèi)嵌式滑架結(jié)構(gòu)，所使用到的材料都是不銹鋼質(zhì)地，其外邊配備防爆信號連接箱與電源箱，具備鋼瓶固定架（安全鏈），各取樣口和公用工程接口。其內(nèi)部配置了不同類型的儀表，預(yù)處理器、集氣盤、排放管，各種防爆裝置，例如照明、排氣扇、空調(diào)機(jī)等，另外，還配置了相應(yīng)的安全控制系統(tǒng)；當(dāng)小屋之中的毒害氣體、可燃?xì)怏w大于閾值下限的百分之十的時候，防爆排氣扇就會利用PLC聯(lián)鎖，對其中空氣進(jìn)行置換，將報警接點信號輸送到DCS，直到消除報警以后，風(fēng)機(jī)自動停轉(zhuǎn)。

4 結(jié)語

項目投運經(jīng)過1年以后，在線儀表分析系統(tǒng)保持良好的工作狀態(tài)，分析結(jié)果非?？煽俊⒎浅?zhǔn)確，需要相對較小的維護(hù)，對氣化爐的穩(wěn)定操作發(fā)揮著非常不錯的指導(dǎo)功能，為氣化爐的可靠工作創(chuàng)造了良好的條件。

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1008-0899（2016）08-0033-03