硫磺尾氣分析儀的安裝及應用

高建防(武漢檢安石化工程有限公司 維護公司，武漢 430082)

硫磺尾氣分析儀的安裝及應用

高建防
(武漢檢安石化工程有限公司 維護公司，武漢 430082)

介紹了硫磺尾氣分析儀在中國石化股份有限公司武漢分公司的應用，對尾氣分析儀系統的基本組成、工作原理進行了分析，著重分析了尾氣分析儀采樣系統的結構組成、采樣方法、工作參數，針對實際應用過程中所遇到的樣氣不能順利采出、溫度達不到儀表正常工作要求、維護頻繁、維護后加熱時間長等問題，提出了加裝返回側線、增加反吹蒸汽及伴熱蒸汽的改進措施。依據廠商提供的參數對儀表加熱能力不足的問題，提出了改進方案。通過對日常維護中常用的溫度、壓力等參數及其反應出的儀表工作狀態進行了介紹，對典型故障的處理方法進行了總結。

硫磺尾氣分析儀 采樣系統 溫度影響 伴熱蒸汽

在硫磺回收裝置中，燃燒爐中空氣量與酸氣量之比稱為風氣比。在燃燒爐中一部分H2S與空氣中O2反應生成SO2，還有一部分H2S與SO2一起形成尾氣的主要部分進入轉化器，在轉化器內，H2S和SO2按摩爾比2∶1進行反應。因此，風氣比應保證尾氣中H2S∶SO2比在2∶1左右。控制風氣比對以低溫克勞斯尾氣處理工藝為主體的硫磺裝置有非常重要的意義。當風量相差5%時，硫回收率將由99%降至95%。為此，中國石化股份有限公司武漢分公司于2008年引進BRM-942-TGX硫磺尾氣分析儀，對尾氣中H2S和SO2氣體的體積分數檢測。筆者根據該分析儀在安裝和使用過程中的經驗進行分析總結，為今后更好地應用比值分析儀提供參考。

1 主要特點

1) 創新的濾光及檢測技術。該分析儀為多組分紫外分析儀，采用創新的全息濾光技術及先進的CCD面陣光敏檢測器技術，結合寬頻譜、長壽命紫外光源，消除了傳統的濾光片+點檢測器方法在檢測中無法避免的組分干擾問題，提高了分析儀檢測精度。

2) 先進的工業計算機控制。該分析儀采用工業計算機程序控制系統，可自動執行所有的運行、維護、自診斷故障處理及校準等步驟，顯示屏可顯示多種參數及工藝趨勢圖，同時可進行診斷及設置。

3) 獨特的氣電分離設計。該分析儀將系統分為取樣檢測及控制顯示兩部分，兩者之間用電纜和光纜連接，徹底消除了由于氣路發生泄漏對分析儀電子器件造成的腐蝕。

4) 專利設計的取樣技術。該分析儀采用專利技術的取樣管，將傳統的蒸汽伴熱方法和空氣冷卻一起與專用的溫度傳感器結合使用，使單質硫凝結成液態硫后滴回主管路，用以解決堵塞問題。

2 結構及工作原理

該分析儀可分為采樣系統、測量模塊及計算機數據處理模塊三個部分，結構如圖1所示。

圖1 硫磺分析儀結構示意

2.1采樣系統

采樣系統采用一種特定規格的同心多層探針將試樣從過程管道的中心點提取，系統共有5層管路： 由外往里，最外層是蒸汽夾套管，用以通0.3 MPa蒸汽對采樣系統保溫；第2層是試樣氣返回層，上下法蘭連接處開有一個彎月形連接缺口，動力抽吸泵的抽吸風及分析完后的試樣氣通過該層返回工藝管道；第3層是試樣氣通道，試樣氣通過該層進入分析儀，在該層出口處安裝了1只Pt100熱電阻，用來測量進入分析箱的試樣氣的溫度；第4層、第5層是冷卻風返回及進入層，用以對試樣氣進行冷卻，通過冷卻風的引入與停止來控制進入分析儀的試樣氣溫度。

試樣氣從工藝管道中心取出，在上升過程中降溫到129 ℃，在該溫度下，液態硫有最好的流動性，從而使試樣氣中的單質硫冷卻為液態，在重力作用下返回到工藝過程中，又不使試樣氣中的氣態水凝結成液態水分進入測量室，因為冷凝析出的液態水會污染測量室隔窗，遮住光路造成分析儀無法測量。除去單質硫后的試樣氣經過一個60 μm的過濾器過濾后進入測量室。測量后的氣體與動力抽吸泵的動力空氣混合后，由返回管路返回到工藝管道外層，隨工藝尾氣流向下游，保證不影響試樣氣的成分。

2.2測量模塊

成長是一個蛻變的過程，美國著名文藝評論家艾布拉姆斯對成長小說下的定義是:“成長小說的主題是主人公思想和性格的發展，敘述主人公從幼年開始所經歷的各種遭逢，主人公通常要經歷一場精神上的危機，然后長大成人并認識到自己在人世間的位置和作用。”

測量模塊由試樣室、光纖、電加熱器、動力抽吸泵、壓力變送器、熱電阻等組成。電加熱器將試樣室加熱到150 ℃，動力抽吸泵由儀表風驅動。紫外光由光纖引入試樣室，照射試樣后由光纖引入數據處理模塊的分光計。壓力變送器用于測量試樣室的壓力，該壓力對分析采樣系統的故障有重要參考。

2.3數據處理模塊

數據處理模塊由紫外光源、分光計、數據采集板、數據輸出板、計算機等組成。紫外光源發出紫外光，經光纖照射試樣后包含試樣信息的紫外光送到分光計，分光計將光信號轉換成電信號由數據采集板采集，送計算機進行數據處理，處理后的控制信號由數據輸出板輸出。

3 實際應用中存在的問題及解決方案

該系統采用微計算機用于低層系統控制和信號處理，具有良好的穩定性。要保證儀器長期穩定的運行，在安裝過程中除滿足技術要求外，還需要注意以下問題。

3.1安裝位置

為了保證正確的分析結果，取源部件的安裝位置應選在壓力穩定、能靈敏反映真實成分的管線上以及具有代表性的被分析介質的位置。比值分析儀安裝位置宜選擇在尾氣分液罐之后，而不是在一反之前緣由如下：

1) 經過反應器后的尾氣中的H2S/SO2比值比較真實，而一反前由于有少量的H2S裂解，使總的風氣比略低于化學計算的要求。加之過程氣硫轉化率不高，硫回收率低，過程氣在反應器中會繼續反應。

2) 反應環境下，一反前面有成分復雜的有機硫，會轉化成無機硫，儀器要實現對有機硫分析的功能，可能需要更多的費用。在一反后面分析具有工藝靈敏度高，同時消除了微量氧的影響等(氧氣在微觀上也可有氧化H2S反應)。

3) 分析條件需要清除硫蒸氣組分，一反前過程氣中硫蒸氣較多，采樣口易堵塞，處理難度很大。

另外，要注意在滿足上面條件下比值分析儀要盡量靠近尾氣分液罐，這樣可以減少系統滯后，提高控制品質。

3.2溫度低的解決方案

為了保證采樣系統出口溫度降低到129 ℃，采樣系統設計為外部用蒸汽保溫，內部中心區用冷卻風冷卻的結構，在蒸汽與冷卻風的相互作用下來保證試樣氣的溫度，比值分析儀通過控制冷卻風的引入與停止來控制分析儀入口的溫度，以達到分析儀對試樣氣溫度的要求。該公司硫磺裝置尾氣分液罐后試樣氣溫度在160 ℃左右，由于現場條件限制，采樣系統長度為2.4 m(根據相關資料的建議0.5 m為佳)。加之在“試樣氣通道”與“加熱蒸汽夾套”之間還有樣氣返回管路，且返回氣是儀表風與試樣氣的混合氣，因而試樣氣返回管路返回氣的溫度一般比試樣的溫度低很多，該溫度將影響試樣氣的溫度。在2.4 m長的采樣系統管路條件下，實際進入分析箱的試樣氣的溫度已在80 ℃左右，低于硫磺的熔點119 ℃。因此，根據實際情況采用1.0 MPa蒸汽伴熱,以便能給采樣系統提供更大的熱量，使試樣氣滿足所需溫度。

在采用1.0 MPa蒸汽伴熱后，采樣系統出口溫度提升到105 ℃左右，依然滿足不了129 ℃的要求，儀表系統出現故障報警，處于反吹狀態，不能正常測量，同時采樣系統容易被硫磺堵塞。因為105 ℃條件下沒有液態水，不會對測量窗產生污染，所以對于故障報警筆者降低了報警閾值使儀表開始工作，對于硫磺堵塞采樣系統的問題，采用以下兩種方法解決：

1) 對于采樣管路沒有完全堵死的情況，采用定期用蒸汽進行反吹。

2) 對于采樣管路完全堵死的情況，蒸汽無法流動，不能直接反吹，對于該情況，增加了1條蒸汽線與采樣系統中冷卻風管路(即采樣系統第四、第五層)相連，這樣可以直接加熱采樣管路的管壁使硫磺融化，再用蒸汽對采樣管路直接吹掃，此時吹掃蒸汽又可以加熱冷卻風管路，使蒸汽吹掃過程中滯留在冷卻風管路中的凝結水汽化為蒸汽，加之系統正常工作后，試樣氣管路溫度達到105 ℃，所以殘留在冷卻風管路中的蒸汽凝結水被加熱到100 ℃以上變為水蒸氣，不會再影響試樣氣的溫度及冷卻系統的工作。

清理測量室隔窗時會使測量模塊溫度下降到70 ℃以下，試樣氣中含有的水分凝結成液態水，再次污染試樣室隔窗，所以正常采樣前儀表會自動把試樣加熱到設定溫度以上，加熱時間為2～3 h，影響裝置的平穩操作。為縮短加熱時間，需要在測量模塊上增加1個加熱模塊。查閱說明書，加熱控制模塊負載能力為1100 W，增加加熱模塊后總功率為800 W，加熱控制模塊是可以承受的。而且，增加加熱模塊后，在冬季0 ℃條件下可以使測量室溫度達到140 ℃以上，加熱時間縮短為30～60 min，基本滿足了工藝要求。

3.3返回流路不暢的解決方案

如果試樣氣返回流路不通暢會影響動力抽吸泵的工作，導致檢測室不能形成相對負壓，使試樣氣不能進入檢測室，因而在安裝時墊片絕對不能阻礙試樣氣彎月形返回口。適合的墊片與細致的安裝是保證不堵塞開口又不造成對外泄漏的關鍵。在實際使用中還有一種情況值得注意，即當工藝管道壓力較大時，相當于動力抽吸泵的背壓較大，此時動力抽吸泵流速變低，無法抽出試樣氣，儀表無法正常工作。筆者采用了在動力抽吸泵出口加裝三通，將返回氣引入低壓管線的方法解決該問題。

3.4適當保護

該硫磺尾氣分析儀具有良好的性能，但在實際安裝過程中，安裝了防雨棚以保護儀表不受雨、雪的直接侵害及太陽直射。如條件允許，在正常使用時最好將屏幕調暗一些，以保護屏幕。適當的保護會減小維護量，同時為平時巡檢帶來方便。

4 日常維護

該硫磺尾氣分析儀的日常維護量較小，一般每周巡檢1～2次，巡檢時主要觀察儀表顯示屏幕上測量室溫度、壓力及吸收光譜曲線。溫度變化可顯示儀表加熱模塊的工作狀況，當溫度偏低時可用手持式紅外測溫儀測量各個加熱模塊的溫度。測量室壓力可判斷動力抽吸泵的工作狀態以及取樣管路、返回管路是否有堵塞現象。日常巡檢中應記錄該壓力數值，當測量室壓力與工藝管道壓力基本相等或測量室壓力大于工藝管道壓力時，表明動力抽吸泵、取樣管路及返回管路需要清理和反吹維護。當測量室壓力遠小于平時記錄數值時，可能是采樣管路堵死，可以用前文提及的“采樣管路完全堵死”的情況來處理，該處理方式比較簡單、安全、快捷。在巡檢時還要注意觀察吸收光譜曲線，反吹時的吸收光譜曲線如果與參比曲線相差太大，則需要清理測量室玻璃或更換濾光液。清理測量室玻璃后要通過調整光纖位置及光圈大小以調整吸收光譜曲線，使之與參比曲線基本一致，然后對儀表進行優化、校零即可投用。

5 結束語

經過上述的安裝及逐步改進，硫磺尾氣分析儀在該公司從不可用到可以較長時間平穩運行。該分析儀在結構設計上有一定的優越性，滿足了克勞斯硫磺回收裝置對H2S/SO2參數快速、準確的測量要求，為工廠的尾氣排放達標起到積極的作用。由于現場條件的限制，該公司采用了較長的采樣系

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InstallationandApplicationofSulphurTailGasAnalyser

Gao Jianfang

(Maintenance Department, Wuhan Jian’an Petro-Chemical Engineering

Co.Ltd., Wuhan, 430082, China)

The application of sulphur tail gas analyzer in Sinopec Wuhan Brach is introduced. The basic configuration of the analysis system and working principle of the exhaust gas analyser are discussed. Sampling system configuration, sampling methods, working parameters of the tail gas analyser are stressed. Focus on actual problems in application that the sample gas can’t be taken smoothly, the temperature can’t reach to the instrument normal work requirement, frequent maintenance, long heating time after maintenance, the improvement measurement of installing return line, increasing reverse blowing steam and tracing steam are put forward. According to the problem of insufficient heat capacity for the instrument, improvement measurements are proposed. The measurements for typical breakdown are summarized based on the introduction for the parameters of temperature and pressure used in daily maintenance and the reflected instrument working condition.

sulphur tail analyser; sampling system; temperature influence; tracing steam

稿件收到日期：2013-05-15，修改稿收到日期2013-06-20。

高建防(1968—)，男，湖北武漢人，現就職于武漢檢安石化工程有限公司維護公司，從事分析儀表安裝、維護與檢修工作。

TH834

B

1007-7324(2013)05-0061-03