可自動(dòng)吹掃校準(zhǔn)紫外二氧化硫在線分析儀的應(yīng)用

相 亮

（中國(guó)石化集團(tuán)南京化學(xué)工業(yè)有限公司，江蘇南京210048）

隨著國(guó)家環(huán)保要求越來(lái)越高，對(duì)化工裝置尾氣SO2濃度控制更為嚴(yán)格。紫外SO2在線分析儀是測(cè)量尾氣SO2濃度的關(guān)鍵儀器。由于氣體組分復(fù)雜、儀器工作環(huán)境差，在運(yùn)行過(guò)程中，隨著時(shí)間積累，大部分紫外在線氣體濃度分析儀光學(xué)窗口會(huì)被污染，零點(diǎn)量程參數(shù)會(huì)發(fā)生偏移，造成測(cè)量結(jié)果有偏差。因此，需要通過(guò)定期手動(dòng)調(diào)校的方法以保證儀表測(cè)量的準(zhǔn)確性。調(diào)校過(guò)程費(fèi)時(shí)費(fèi)力，客戶希望能開(kāi)發(fā)出一種能自動(dòng)校準(zhǔn)的紫外SO2在線分析儀。

1 分析儀工作原理

可自動(dòng)吹掃校準(zhǔn)紫外SO2在線分析儀采用紫外吸收光度法工作原理[1]，紫外光在氣體或溶液中的吸收遵從比爾定律：

式中：I——吸收后光的強(qiáng)度；

I0——物質(zhì)濃度為零（即不存在吸收物質(zhì)）

時(shí)光的強(qiáng)度；

A——被測(cè)介質(zhì)的濃度，mg/m3；

L——工作氣室的長(zhǎng)度，cm；

K——與物質(zhì)及波長(zhǎng)有關(guān)的常數(shù)。

由于特定物質(zhì)對(duì)不同波長(zhǎng)的紫外光的吸收是不一樣的。利用比爾定律選擇一個(gè)SO2吸收較大的紫外波長(zhǎng)作為測(cè)量波長(zhǎng)。該波長(zhǎng)紫外光被SO2氣體吸收后在檢測(cè)端得到吸收后的光強(qiáng)I。同時(shí)選擇一個(gè)SO2不吸收的紫外波長(zhǎng)作為參比波長(zhǎng)，該波長(zhǎng)紫外光幾乎不被SO2氣體吸收，這樣在檢測(cè)端可以得到不被吸收的光強(qiáng)即I0。在工作氣室的長(zhǎng)度L及常數(shù)K確定的情況下，根據(jù)比爾定律就可以測(cè)出被測(cè)介質(zhì)濃度A。

2 分析儀結(jié)構(gòu)組成

分析儀主要由光源、測(cè)量池、檢測(cè)器、計(jì)算機(jī)控制部分等組成，其結(jié)構(gòu)組成示意見(jiàn)圖1。

樣氣流過(guò)測(cè)量池時(shí)，由紫外光源發(fā)出的紫外光通過(guò)測(cè)量池到達(dá)檢測(cè)器。測(cè)量波長(zhǎng)中一部分紫外光在通過(guò)樣氣時(shí)，被樣氣中的二氧化硫吸收。而參比波長(zhǎng)的紫外光在通過(guò)樣氣時(shí)，沒(méi)有被樣氣中的二氧化硫吸收。這2路光通過(guò)各自的光學(xué)濾光片到達(dá)光電接收二極管。測(cè)量、參比光學(xué)濾光片只能透過(guò)相對(duì)應(yīng)的283.3 nm（SO2氣體吸收光譜）和358.3 nm（SO2氣體不吸收光譜）特定波長(zhǎng)的紫外光。分析儀通過(guò)分別測(cè)量參比和測(cè)量通道的光強(qiáng)信號(hào)，利用比爾定律計(jì)算出被測(cè)SO2介質(zhì)濃度。

2.1 光源

與市場(chǎng)上常見(jiàn)的氫燈、氘燈、汞燈相比，氙燈是一種新穎的紫外光源，具有發(fā)光效率高、強(qiáng)度大、光譜范圍寬的優(yōu)點(diǎn)。國(guó)外已有專門(mén)針對(duì)紫外光應(yīng)用而設(shè)計(jì)的紫外增強(qiáng)型頻閃氙燈，為此選用頻閃氙燈作為分析的紫外光源[2]。

2.2 測(cè)量池

測(cè)量池體采用不銹鋼材料制作，是光路和氣路交匯的地方，紫外光通過(guò)石英窗進(jìn)入測(cè)量池，在測(cè)量池中的被測(cè)氣體吸收相應(yīng)波長(zhǎng)的紫外光，被吸收后的紫外光再透過(guò)石英窗到達(dá)檢測(cè)組件。測(cè)量池外圍輔以恒溫加熱系統(tǒng)，將被測(cè)氣體加熱至120 ℃以上以去除水分、酸霧的影響。SO2傳感系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意見(jiàn)圖2。

2.3 檢測(cè)器

檢測(cè)器由濾光片、硅光電二極管組成，二者固定在光電二極管座上。濾光片包括參比濾光片和測(cè)量濾光片2組，分別通過(guò)參比紫外波長(zhǎng)和測(cè)量紫外波長(zhǎng)。經(jīng)過(guò)濾光后的光強(qiáng)由硅光電二極管進(jìn)行采樣，輔以整形放大電路將信號(hào)送入計(jì)算機(jī)處理系統(tǒng)進(jìn)行計(jì)算處理。

圖2 SO2傳感系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意

2.4 計(jì)算機(jī)控制部分

計(jì)算機(jī)控制部分將檢測(cè)器傳來(lái)的參比和測(cè)量信號(hào)經(jīng)計(jì)算機(jī)處理，算出對(duì)應(yīng)的濃度信號(hào)，信號(hào)送至液晶屏顯示，并輸出4～20 mA的電流信號(hào)，同時(shí)控制恒溫加熱系統(tǒng)和自動(dòng)吹掃系統(tǒng)按設(shè)定的時(shí)序進(jìn)行工作。

3 自動(dòng)吹掃調(diào)校系統(tǒng)

在計(jì)算機(jī)控制部分控制下，自動(dòng)吹掃調(diào)校系統(tǒng)按設(shè)定的時(shí)序周期自動(dòng)分時(shí)完成零點(diǎn)氣體、量程氣體對(duì)分析儀進(jìn)行吹掃。其結(jié)構(gòu)示意如圖3所示。

圖3 自動(dòng)吹掃調(diào)校系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意

自動(dòng)吹掃調(diào)校系統(tǒng)設(shè)置了樣氣測(cè)量、零點(diǎn)氣體吹掃、量程氣體吹掃3種工作時(shí)序。

在樣氣吹掃工作時(shí)序，樣氣進(jìn)口管道接通現(xiàn)場(chǎng)工藝管道，中央處理單元控制打開(kāi)樣氣進(jìn)口控制閥F1，關(guān)閉零點(diǎn)氣體控制閥F2、量程氣體進(jìn)口控制閥F3、吹掃氣體控制閥F4、抽氣泵B1，打開(kāi)樣氣出口控制閥F5。工藝樣氣經(jīng)由樣氣進(jìn)口控制閥F1、四通接頭、分析儀進(jìn)口管道進(jìn)入分析儀進(jìn)行測(cè)量。樣氣流過(guò)分析儀后通過(guò)分析儀出口管道、樣氣出口控制閥F5回歸工藝系統(tǒng)。

在零點(diǎn)氣體吹掃工作時(shí)序，零點(diǎn)氣體進(jìn)口管道接通零點(diǎn)氣體氣源，中央處理單元控制打開(kāi)零點(diǎn)氣體進(jìn)口控制閥F2，關(guān)閉樣氣進(jìn)口控制閥F1、量程氣體進(jìn)口控制閥F3、樣氣出口控制閥F5，導(dǎo)通抽氣泵B1，打開(kāi)吹掃氣體出口控制閥F4。零點(diǎn)氣體經(jīng)由零點(diǎn)氣體進(jìn)口控制閥F2、四通接頭、分析儀進(jìn)口管道進(jìn)入分析儀進(jìn)行零氣吹掃。零點(diǎn)氣體吹掃分析儀后通過(guò)分析儀出口管道、吹掃氣體出口控制閥F4送入工藝系統(tǒng)。

在量程氣體吹掃工作時(shí)序，量程氣體進(jìn)口管道接通量程氣體氣源，中央處理單元控制打開(kāi)量程氣體進(jìn)口控制閥F3，關(guān)閉樣氣進(jìn)口控制閥F1、零點(diǎn)氣體進(jìn)口控制閥F2、樣氣出口控制閥F5，導(dǎo)通抽氣泵B1，打開(kāi)吹掃氣體出口控制閥F4。量程氣體經(jīng)由量程氣體進(jìn)口控制閥F3、四通接頭、分析儀進(jìn)口管道進(jìn)入分析儀進(jìn)行量程氣體吹掃。量程氣體吹掃分析儀后通過(guò)分析儀出口管道、吹掃氣體出口控制閥F4送入工藝系統(tǒng)。

在零點(diǎn)氣體吹掃和量程氣體吹掃過(guò)程中，系統(tǒng)自動(dòng)校準(zhǔn)零點(diǎn)和量程參數(shù)，其工作周期由用戶通過(guò)軟件設(shè)置。整個(gè)吹掃過(guò)程在5 min左右完成，基本不影響分析儀的測(cè)量。

4 現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)行情況

山東某廢酸裂解裝置尾吸塔出口原先安裝的SO2濃度分析儀不具備自動(dòng)調(diào)校功能，在運(yùn)行過(guò)程中由于工藝氣體中水含量較高，預(yù)處理不完全，受水分的影響測(cè)量信號(hào)波動(dòng)較大，基本上3 d左右需要手動(dòng)校正一次，嚴(yán)重影響了儀器的正常測(cè)量，不能及時(shí)準(zhǔn)確指導(dǎo)生產(chǎn)。

該裝置更換使用具備自動(dòng)吹掃校準(zhǔn)功能的紫外SO2在線分析儀，經(jīng)組裝測(cè)試后進(jìn)行了現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)，分析儀按照程序設(shè)定，每12 h進(jìn)行一次吹掃調(diào)校工作?，F(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)數(shù)據(jù)見(jiàn)表1。

由表1可見(jiàn)：在半個(gè)月連續(xù)運(yùn)行期間，該分析儀測(cè)量誤差最大為量程的-2.6%，達(dá)到分析儀設(shè)定的五級(jí)（量程5%）標(biāo)準(zhǔn)，分析儀測(cè)量準(zhǔn)確。分析儀運(yùn)行期間不再需要進(jìn)行零點(diǎn)量程校正，達(dá)到了自動(dòng)調(diào)校目的，省去了人工校準(zhǔn)步驟，實(shí)現(xiàn)了長(zhǎng)時(shí)間連續(xù)測(cè)量的目的。

表1 紫外SO2在線分析儀現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量數(shù)據(jù)

到目前為止，分析儀在現(xiàn)場(chǎng)已連續(xù)運(yùn)行一年多時(shí)間，期間測(cè)量值穩(wěn)定、準(zhǔn)確，達(dá)到了自動(dòng)校正的目的。

5 結(jié)語(yǔ)

現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)行表明，具有自動(dòng)吹掃調(diào)校功能的紫外SO2在線分析儀精確度高、無(wú)需人工校準(zhǔn)，保證了硫酸尾氣SO2濃度的連續(xù)準(zhǔn)確測(cè)量，該儀表值得在行業(yè)內(nèi)推廣使用。