AMETEK 880-NSL硫磺比值分析儀在硫回收裝置中的應用

張振基，徐勇

(黔西縣黔希煤化工投資有限責任公司 , 貴州 畢節 551700)

0 引言

在克勞斯硫磺回收裝置中，H2S、SO2及H2S/SO2比值的含量是工藝控制的一項重要參數，能否準確測量上述氣體濃度成為考核整套裝置節能效率的重要指標之一，同時也對降低環境污染起到了至關重要的作用。由于在工業生產中，要求對被測氣體進行24h不間斷的測量，為了提高測量的準確性，因此，某公司在煤氣化裝置中配置了一臺多組分含量測量的紫外線氣體分析儀，對H2S、SO2、硫比值氣體進行實時在線測量，該公司根據所用氣體分析儀表所處的壞境要求，選用了AMETEK公司生產的氙燈光源，靈敏度高，穩定性好，壽命長，密封隔爆型的880-NSL型氣體紫外分析儀。

1 工作原理及常見分類

1.1 工作原理

該分析儀是多組分紫外分析儀，根據郎伯-比爾定律I=I0e-kcL

式中I為透射光光的強度，I0是入射光的強度，K為與物質在特定波長下的吸收系數。當光源、波長和樣品池厚度L確定后，它們就成了常數。這時透過樣品的光強度I僅與樣品中待測組分的濃度C有關。因此通過測量該物質吸收前、后的紫外光的強度的變化量，便可以測量出其組份含量。

圖1 多組分紫外分析儀原理示意圖Fig.1 Schematic diagram of multi-component UV lamps

1.2 紫外光度計常見類型

1）切光濾光式分析儀

圖2 切光濾光式分析儀原理示意圖Fig.2 Schematic diagram of qieguang-filter Analyzer

由電機帶動切光片交替切光，切光片上安裝兩個光柵濾光器，其中一個只讓被測氣體組分吸收波長的光通過，另一個只讓未被測量氣體吸收的某一波長的光通過，前者作為測量光路，后者作為參比光路。檢測器將接受的交替變化的光波信號轉變為交變電信號，檢測得到的交變電信號的振幅，與被測氣體組分濃度成正比[1]。

2）雙光路濾光式分析儀

圖3 雙光路濾光式分析儀原理示意圖Fig.3 Schematic diagram of dual optical filter-Analyzer

光源發出的紫外光經過濾光器后，只讓被測氣體組分吸收波長的光和參比波長的光通過，接著由半透明的反射鏡將光束分成兩路，一路穿過測量室，另一路經過參比室，分別照到各自的光電管上，通過檢測的信號強弱，計算得到氣體濃度。該分析儀可連續檢測氣體濃度。

3）分光式分析儀

分光式分析儀的光學組件由光源模塊、光室模塊和光電探測器組成。光源模塊由一個氙閃光燈，一個UV-遮斷過濾器，一個UV-級平行光透鏡組成。氣流光室由一個兩端由UV-級窗口封閉的125mm(5″)長度管以及用于樣本氣體輸入與排出的鉛管組成。光電探測器模塊由一個支持四個硅光電二極管的電路板組成，可對每一個光電二極管過濾，得到特定波長的光源。

與前兩種方式不同的是，分光式紫外線氣體分析儀采用光電二極管矩陣式接收器作為測量元件。光源放出的廣范圍紫外光，通過測量氣室，部分波長的光被測量氣體吸收，從測量室出來的光再經聚焦，照射在全息光柵上，然后反射到線性二極管檢測矩陣，通過檢測矩陣獲得的信號，計算得到被測組分濃度。該分析儀光路簡單，所需元器件少，單臺設備能夠同時提供多路組分信號。這也是本文所介紹分析儀的工作方式。

2 AMETEK 880-NSL 型分析儀的結構組成及工作過程

1）結構組成

克勞斯硫回收工藝生產裝置尾氣分析采用的880-NSL型分析儀，為分光式紫外線氣體分析儀，它主要由電腦控制箱，加熱箱，光度計組成，包括標準組件的光學系統。所有部件集成在公共基板上，設備整體直接安裝在管道上，樣品氣體直接從工藝管道中提取，并通過同一采樣探管返回到工藝管道中，避免了尾氣排放，節省了采樣管線及其保溫操作費用。

880-NSL 型尾氣分析儀安裝有凈化氣吹掃警報系統。內部安裝的不同壓力開關監視吹掃氣壓力，若吹掃氣壓不足時觸發報警。儀器啟動時，使用快速吹掃功能，進行箱內空氣置換。外部電源與信號接線盒，用于電源和信號連接。

圖4 AMETEK 880-NSL型尾氣分析儀結構及安裝示意圖Fig.4 AMETEK 880-NSL Exhaust gas Analyzer structure and installation diagram

圖5 AMETEK 880-NSL型尾氣分析儀工作流程示意圖Fig.5 AMETEK 880-NSL exhaust gas Analyzer workflow diagram

2）樣氣流路及工作過程

樣品氣體由儀器中的采樣探管直接從工藝管道中提取，通過DN25(1”)蒸氣加熱保溫球閥控制。樣氣通過吸氣器以大于2 L/min的速度經由探管，除霧器，樣氣管提取。探管與樣氣測量室中的氣體，由加熱箱中的電加熱維持恒溫(額定145℃)。除霧器通過將樣品氣體溫度降低到129℃的方式冷凝霧狀硫。除霧器的降溫由除霧器閥(SV2)將氣體注入到包含若干導熱片的除霧器周圍冷卻實現。除霧器中的氣體溫度以及測量室溫度，由Pt100鉑電阻溫度探測器(RTD)測量。測量室壓力數據通過壓力傳感器輸入到控制器中。測量后樣品氣通過探管周圍的環形孔返回工藝管道。分析儀通過關閉樣品氣進口閥和樣品返回閥(FV4和FV5)的方式，與工藝管道完全隔離。

當分析儀啟動后，開始凈化氣吹掃，樣氣電磁閥SV1打開，吸氣器開始在測量室中注入氣體。此氣流通過測量室流入到吸氣器中，同時反吹通過除霧器。在加熱箱上，測量室凈化氣管和吸氣器凈化氣管均采用加熱鋁管線圈，消除樣本流管道中硫的凝聚。

3 儀表投用、停用與主要注意事項

1）儀表箱內空氣清洗系統維持正壓，防止爆炸性和危險性氣體進入儀表箱。如果不能維持正壓，壓力開關動作，同時激活報警，警報繼電器觸點斷開。

進入儀表箱的儀表風壓力，通過1#調節器調節至0.14MPa(20 psi)左右。即使儀器斷電，也需保證該儀表風的壓力在0.14MPa (20psi)。調節3#壓力表，慢慢旋擰中間黑色旋鈕至2.5mbar壓力，用于保證電氣控制箱檢測室處于正壓通風狀態[2]。

圖6 儀表箱正壓通風流程示意圖Fig.6 Enclosures ventilation w ith positive pressure flow diagram

2）打開加熱箱門，用肥皂水或檢漏劑檢查管路連接件，確定沒有泄漏。為了使電氣外殼沖洗系統正常操作，建議擰緊所有門夾螺母，確保外殼門安全關閉。

3）確認上述操作正常無誤后，送電等待CELL TEMPERATURE （檢測室溫度）加熱至145℃，然后打開位于除霧器下面采樣閥和回樣閥。迅速關閉箱門，扣緊密封螺栓，減少散熱損失。

4）待cell temperature 溫升至145℃（大約需要30min）,分析儀由Zero cycle進入Sample cycle后，調節3#壓力表左側黑色旋鈕至0.04MPa(6psi)壓力，直到壓力表指針發生抖動為止，嚴禁將此壓力（測量室壓力）調得過高，否則會影響儀器使用效果。

5）880- NSL模擬量輸出范圍可進行完全編程。輸出接口1和2可使用高和低量程，并可自動調整。例如：假設H2S(%v)數據連接至輸出接口1，兩個可編程量程如下：

低：0.0至0.5(%v)

高：0.0至1.0(%v)

注意：取消量程自動調整并在顯示屏顯示H2S，SO2讀數后，需將顯示屏顯示讀數與控制室信號核對，即輸出4～20mA的對應關系，以免儀表測量值與DCS顯示值不對應。

6）停用880-NSL尾氣分析儀時，首先切斷電源，然后依次關閉采樣閥和回樣閥，不關儀表風。

4 光室零點偏移和校準

周期性地將每一光度計通道的背景光量歸零十分必要。分析儀光室用不吸收介質（通常為儀表空氣或氮氣）沖洗，測量每個通道的偏移值，測量出的各通道偏移值將一直儲存在設備中，直到下次零點檢測，該偏移值將用來標準化每個光電二極管的零點吸光率。

為了保證光度計分析的準確度，須對光室零點進行周期性檢驗。880-NSL設置有一個校準過濾器，以模擬所有光電二極管通道的吸光率。校準期間，校準過濾器鏡片在分析定時器的7，8和13期間，被螺線管旋轉進光通道，此時吸光率即可被測量并顯示。

典型校準周期包括一個光室沖洗期間，光度計歸零，標準化校準，過濾器吸光率測量，量程調整，返回正常操作。

5 故障及處理

1）工藝指示偏低，標定后繼續使用

后來出現“LOW LIGHT LEVEL”錯誤信息，懷疑光室被污染，卸下光室終端配件，通入儀表空氣頂開兩端鏡片，用綢布蘸酒精清洗窗口，更換“O”型環和聚四氟乙烯墊圈，重新安裝光室，擰緊終端配件，重新投用后錯誤信息消失，指示恢復正常。

2）發生H2S指示0.1%、SO2指示為零現象

與工藝操作人員核實，確認尾氣檢測指示有誤。關閉回樣閥，關閉采樣閥，光室壓力升至0.2MPa(30psi)。打開采樣閥，氣室壓力值迅速從0.2MPa(30psi)降到0.12MPa(18psi)以下。再關閉采樣閥，打開回樣閥，壓力僅略微下降，懷疑樣氣管線堵塞。從光室后逐段拆開檢查，發現采樣閥后的回樣管堵塞。將該段不銹鋼管拆下來用火烤加熱，流出液態硫磺。分析其原因：可能是硫回收裝置

5）可同時進行煙霧、火焰探測。

6）視角范圍較大，相同探測距離條件下較三波段探測器探測面積更大。

7）夜間在無紅外補光的環境下，分布智能圖像型火災探測器能有效檢測火焰。

8）在有較強光源干擾的情況下，分布智能圖像型火災探測器能有限識別火焰并進行報警。

通過圖像型火災探測器與三波段火焰探測器進行測試對比，圖像型火災探測器具有可視化監控，即時確認，可同時進行煙霧、火焰的探測，探測距離遠（探測能力與距離成線性反比，優于三波段火焰探測器），耐環境性能好等特點，相對于100000m3（直徑80m）和500 00m3（直徑60m）等較大的罐區用分布智能圖像型火災探測器更有利于油罐的火災探測。

[1]Zhgang Liu，George Hadjisopbocleous，Guofeng Ding and Choonsiong Lim，VIDEO IMAGE FIRE DETECT ION SYSTEM FOR PROTECTION OF AIRCRAFT HANGARS AND LARGE INDUSTRIAL APPLICATIONS，FS-WORLD Fire &Safety Magazine，Special Edition for SUPDET 2011.

[2]Robert Elliott.VIDEO IMAGE DETECTION REVIEW，FSWORLD Fire &Safety Magazine，Special Edition for SUPDET 2011.

[3]ANSI/FM 3260，Am erican National Standards Institute，Radiant Energy-Sensing Fire Detectors for Automatic Fire Alarm Signaling，2004 ed.

[4]Gottuk，D., Video Im age Detection System Installation Performance Criteria，Fire Protection Research Foundation Report，OCT.2008.

[5]張啟波，袁風麗，付鈺.大型浮頂油罐的危險性分析及安全對策[J].中國安全生產科學技術，2012,6.