干熄焦循環(huán)氣體分析系統(tǒng)應(yīng)用

謝明強(qiáng)，張 林

（1.天華化工機(jī)械及自動(dòng)化研究設(shè)計(jì)院有限公司，甘肅蘭州 730060；2.山東省濟(jì)南市韓莊鎮(zhèn)郗山村微山縣同泰焦化有限公司，山東濟(jì)南 277602）

干熄焦循環(huán)氣體分析系統(tǒng)應(yīng)用

謝明強(qiáng)1，張 林2

（1.天華化工機(jī)械及自動(dòng)化研究設(shè)計(jì)院有限公司，甘肅蘭州 730060；2.山東省濟(jì)南市韓莊鎮(zhèn)郗山村微山縣同泰焦化有限公司，山東濟(jì)南 277602）

介紹了干熄焦循環(huán)氣體中的主要檢測(cè)成分，檢測(cè)的原理，裝置組成，及使用中遇到的故障和處理辦法。

干熄焦；循環(huán)氣體；預(yù)處理；分析儀；故障處理

干熄焦CDQ（coke dry quenching）即干法熄焦，是目前國(guó)內(nèi)煉焦企業(yè)廣泛應(yīng)用的一項(xiàng)先進(jìn)的熄焦工藝。其工藝流程是：高溫的紅焦自干熄爐頂部裝入，低溫惰性循環(huán)氣體由風(fēng)機(jī)鼓入干熄爐冷卻段紅焦層內(nèi)，吸收紅焦顯熱，冷卻后的焦炭（低于200℃）從干熄爐底部排出，從干熄爐環(huán)形煙道出來(lái)的高溫惰性氣體流經(jīng)干熄焦鍋爐進(jìn)行熱交換，鍋爐產(chǎn)生蒸汽，冷卻后的惰性氣體由循環(huán)風(fēng)機(jī)再次鼓入干熄爐，惰性氣體在封閉的系統(tǒng)內(nèi)循環(huán)使用[1]。

在干熄焦工藝中，采用工業(yè)N2的惰性氣體中含有少量的O2，而循環(huán)氣體的負(fù)壓段會(huì)有少量空氣進(jìn)入，隨著循環(huán)過(guò)程的進(jìn)行，循環(huán)氣體中的H2、CO等可燃?xì)怏w成分就會(huì)逐漸上升。正常生產(chǎn)時(shí)，由于循環(huán)系統(tǒng)是一個(gè)密閉的管道，惰性氣體中O2含量較低，不會(huì)引發(fā)危險(xiǎn)；但當(dāng)設(shè)備出現(xiàn)漏點(diǎn)或是有異常情況時(shí)，O2在循環(huán)氣體中的濃度會(huì)升高，達(dá)到爆炸極限就會(huì)發(fā)生重大危險(xiǎn)。因此，及時(shí)、準(zhǔn)確地監(jiān)測(cè)循環(huán)氣體中H2、O2、CO的濃度，對(duì)保證干熄焦安全生產(chǎn)意義重大。另循環(huán)氣體中CO2含量的變化對(duì)H2含量分析有干擾，需要對(duì)CO2含量進(jìn)行測(cè)量，用于對(duì)H2分析儀的測(cè)量值修正。河南中鴻集團(tuán)煤化有限公司焦化廠使用艾默生在線氣體分析儀對(duì)循環(huán)氣體中的H2、O2、CO、CO2含量進(jìn)行在線分析，滿足了干熄焦生產(chǎn)的需要。

1 分析裝置構(gòu)成

干熄焦循環(huán)氣體分析裝置主要由樣氣采集、預(yù)處理、氣體分析儀、標(biāo)定及吹掃組成。

1.1 樣氣采集和處理

在線氣體分析儀器一般要求提供不含油、不含水、不含有粉塵、不含有腐蝕性成分的干凈、干燥的樣氣，但工業(yè)管道的樣氣無(wú)法直接達(dá)到儀表的要求，需要樣品預(yù)處理系統(tǒng)來(lái)滿足在線分析儀器的測(cè)量要求。

在樣氣采集點(diǎn)的選擇上，從混合良好的湍流位置上取樣，可取得代表性的樣氣。循環(huán)氣體自干熄爐入口處采集，通過(guò)噴射泵的引射作用將低壓樣氣帶入樣氣預(yù)處理中，經(jīng)水洗罐中與除鹽冷卻水混合、凈化、降溫后，從頂部進(jìn)入氣液分離器，在這里進(jìn)行氣液分離后再進(jìn)入旋風(fēng)制冷器，用儀表風(fēng)冷卻降溫后進(jìn)入排凝器中，過(guò)濾完分三路分別進(jìn)入H2、O2、CO和CO2分析儀中進(jìn)行分析，整套裝置被安裝于一個(gè)分析柜內(nèi)。其工藝流程圖見(jiàn)圖1：

2 分析儀測(cè)量原理

2.1 熱導(dǎo)分析儀

圖1 樣氣采集和處理工藝流程

熱導(dǎo)分析儀是利用各種物資導(dǎo)熱性能不同，通過(guò)測(cè)量混合氣體導(dǎo)熱率的變化來(lái)分析的儀器。一熱敏電阻垂直懸掛在一個(gè)導(dǎo)熱性能良好的圓筒形金屬殼體的中心，在殼體的兩端有氣體進(jìn)出口，兩端通以恒定電流加熱，電阻上單位時(shí)間內(nèi)所產(chǎn)生的熱量是定值。當(dāng)待測(cè)氣體以緩慢的速度通過(guò)池室時(shí)，電阻絲上的熱量將會(huì)由氣體以熱傳導(dǎo)的形式傳給池壁。當(dāng)氣體的傳熱速率與電流在電阻絲上的發(fā)熱率相等時(shí)（這種稱熱平衡），電阻絲的溫度就會(huì)穩(wěn)定在某一個(gè)數(shù)值上，這個(gè)平衡溫度決定了電阻絲的阻值。如果混合氣體中待測(cè)組分的濃度發(fā)生改變，則氣體的熱導(dǎo)率也隨之變化，導(dǎo)致熱平衡發(fā)生相應(yīng)的改變從而影響電阻絲的阻值產(chǎn)生相應(yīng)變化，實(shí)現(xiàn)氣體熱導(dǎo)率與電阻絲阻值之間變化量的轉(zhuǎn)化，氫氣的含量就可通過(guò)測(cè)量熱敏電阻阻值的變化來(lái)確定[2]。

2.2 順磁氧分析儀

循環(huán)氣體中的氧含量是利用氧分子獨(dú)特的順磁效應(yīng)進(jìn)行測(cè)量。磁效應(yīng)的氧分析檢測(cè)有多種形式，本裝置的分析儀使用的是磁力機(jī)械式氧分析器。在一個(gè)密閉的氣室中，裝有兩對(duì)磁場(chǎng)強(qiáng)度相反的非均勻磁極。當(dāng)待測(cè)氣體通過(guò)磁場(chǎng)時(shí)，氧分子的順磁特性使O2匯集在磁場(chǎng)中的最強(qiáng)部分。受力件受到氧分壓的影響，偏離原來(lái)的平衡位置，使得光電元件上接收到的光能量出現(xiàn)差值，輸出毫伏級(jí)電壓信號(hào)，電壓的變化正比于磁場(chǎng)中的O2的含量。

2.3 紅外分析儀

紅外分析儀用于循環(huán)氣體中CO 和CO2的檢測(cè)。其原理是：紅外光源產(chǎn)生的紅外光通過(guò)切光片變成周期性斷續(xù)的光通過(guò)兩個(gè)不同的氣室，參比氣室完全密封并充有氮?dú)?，特定波長(zhǎng)的光通過(guò)無(wú)衰減；測(cè)量氣室通過(guò)待測(cè)樣氣后，待測(cè)組分吸收了一部分光輻射，其到達(dá)檢測(cè)器的光輻射變小。微流量檢測(cè)器檢測(cè)到這種壓力差轉(zhuǎn)換成一個(gè)交流的電信號(hào)，通過(guò)電路板將其轉(zhuǎn)化成待測(cè)氣體的濃度。

3 標(biāo)定及吹掃

干熄焦工藝中的循環(huán)氣體中含有易燃易爆氣體，且與生產(chǎn)裝置掛連鎖，及時(shí)、準(zhǔn)確的檢測(cè)對(duì)裝置的安全生產(chǎn)非常重要。為確保氣體分析儀測(cè)量的精度及長(zhǎng)期穩(wěn)定工作，分析系統(tǒng)遵循以下設(shè)計(jì)：

1）分析儀零點(diǎn)、量程的標(biāo)定是系統(tǒng)的測(cè)量精度的保證，采用電磁閥與PLC結(jié)合的自動(dòng)標(biāo)定系統(tǒng)，能及時(shí)克服各種突發(fā)狀況，遠(yuǎn)程滿足標(biāo)定的需求，保證了系統(tǒng)檢測(cè)的及時(shí)、準(zhǔn)確。

2）循環(huán)氣體中含有大量的粉塵、水等，長(zhǎng)期運(yùn)行中易聚集，集結(jié)，堵塞管路。定時(shí)利用高于4km的氮?dú)庾詣?dòng)反吹取樣管道，以保證管路的通暢；吹掃時(shí)送一路信號(hào)給控制室，以告知此時(shí)正在吹掃管路。

3）高溫的循環(huán)氣體在相對(duì)較冷的探頭表面有水析出，受潮的粉塵集結(jié)在探頭上，極易引起探頭堵塞，影響測(cè)量。定期用中溫中壓蒸汽對(duì)取樣探頭進(jìn)行人工吹掃，消除集結(jié)的粉塵，周期為1周。

4 分析柜的保溫正壓

1）為防止樣氣在輸送過(guò)程中產(chǎn)生冷凝堵塞管路，在整個(gè)取樣點(diǎn)到分析柜取樣管道上要進(jìn)行蒸汽伴熱保溫。

2）為防止氣候環(huán)境對(duì)分析裝置的影響，分析柜內(nèi)采用蒸汽伴熱，使測(cè)量及時(shí)有效。

3）為防止周?chē)臍怏w進(jìn)入分析柜，與易燃易爆氣體混合，采用正壓系統(tǒng)，及時(shí)的隔絕空氣的進(jìn)入，保證分析裝置的安全。

5 常見(jiàn)故障及處理

1）水通過(guò)取樣管回流至循環(huán)氣體管道。原因引射泵的三通處堵塞，水和攜帶樣氣的蒸汽無(wú)法通過(guò)，水壓又高于蒸汽壓力，導(dǎo)致水流倒灌。將引射泵疏通，故障未再次出現(xiàn)。

2）標(biāo)定正常后紅外氣體分析儀CO含量仍然顯示負(fù)值。原因是樣氣中有水的存在，吸收了部分能量，導(dǎo)致樣氣中CO含量偏低。處理方法：用干凈、干燥的氮?dú)獯祾吖苈?，查看預(yù)處理管道是否堵塞，檢查旋風(fēng)制冷器的溫度是否在合適范圍。

3）H2分析儀分析數(shù)據(jù)不準(zhǔn)確。H2分析中，樣氣存在的CO2對(duì)H2測(cè)量有干擾，首先判定CO/CO2紅外分析儀分析數(shù)據(jù)是否準(zhǔn)確。處理方法：首先用標(biāo)氣來(lái)判斷CO/CO2表的好壞，然后再用N2吹掃管路，消除跑冒滴漏；通入樣氣觀察數(shù)據(jù)是否準(zhǔn)確。

4）CO、CO2表滿量程，造成氣體分析不準(zhǔn)。原因是用于吹掃CO、CO2表的壓縮空氣質(zhì)量不合格，造成感光膜片功能下降。處理方法：更換吹掃CO、CO2表的氣體，改用高純N2吹掃，經(jīng)過(guò)一段時(shí)間使用觀察，效果良好。壓縮空氣裝過(guò)濾器使其干凈無(wú)塵，滿足儀表要求。

5）旋風(fēng)制冷器的溫度在不同的季節(jié)有不同的要求：當(dāng)室外溫度低于0℃時(shí)，應(yīng)減少甚至關(guān)閉旋風(fēng)制冷器的儀表空氣；當(dāng)溫度高于10℃時(shí)，加大儀表空氣的進(jìn)氣量。

6 結(jié)束語(yǔ)

在線分析裝置自投用以來(lái)，循環(huán)氣體中H2、O2、CO、CO2的濃度檢測(cè)及時(shí)準(zhǔn)確，確保了干熄焦裝置安全平穩(wěn)地運(yùn)轉(zhuǎn)。該分析系統(tǒng)的取樣預(yù)處理結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、故障率低、維修方便，保證了循環(huán)氣體分析的連續(xù)可靠。

[1] 潘立慧，魏松波.干熄焦技術(shù)[M].北京：冶金工業(yè)出版社，2005.

[2] 王森，董鎮(zhèn)，郭肇新，等.在線分析儀表儀器手冊(cè)[M].北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2008.

Application of CDQ Cycle Gas Analysis System

Xie Ming-qiang，Zhang Lin

The main detection components，the principle of detection，the composition of the device and the failure and treatment in the use of the CDQ cycle are introduced.

dry coke quenching；circulating gas；pretreatment；analyzer；fault handling

TQ520.5

B

1003–6490（2017）03–0063–02

2017–02–22

盧玉芝（1971—），女，山東博興人，工程師，主要研究方向石油鉆井采油技術(shù)。

收稿日期：2017–03–10

作者簡(jiǎn)介： 謝明強(qiáng)（1984—），男，陜西漢中人，工程師，主要從事分析儀表設(shè)計(jì)應(yīng)用工作。