關于分析小屋前/預處理系統在神華煤制氫的初期應用與維護

岳陽長煉機電工程技術有限公司鄂爾多斯分公司 涂 剛

關于分析小屋前/預處理系統在神華煤制氫的初期應用與維護

岳陽長煉機電工程技術有限公司鄂爾多斯分公司 涂 剛

神華煤制油公司煤制氫裝置使用了多臺分析儀表，我們承擔著其分析儀表的維護工作，而分析儀表的維護工作關鍵在于其前處理和預處理系統，其前處理和預處理系統的設計的好壞在于其是否擁有在不影響將要分析的氣體組分的情況下徹底凈化該樣品氣的能力，全文講述的正是因為廠家原來設計的不合理導致了維護過程中各種各樣問題頻繁發生，針對這些問題我們對其進行一系列改造的過程。

前處理與預處理系統；取樣管；射流泵；旋風空氣冷卻器；過濾

在神華煤制氫裝置的分析儀表的維護過程當中，分析儀表的狀況頻發，時常因為一些原因導致分析儀表進水、取不到樣品氣或者是樣品氣流通的渠道不通等等故障，所以我們希望借由我們自己的改造能夠解決這些問題，降低分析儀表需要維護的程度。

神華煤制氫105與106兩套裝置一起使用了十座分析小屋，共計32臺氣體分析儀表（分別為十臺西門子磁氧分析儀O6、兩臺西門子熱導分析儀C6、十六臺西門子紅外分析儀U6、四臺西門子過程氣相色譜分析儀MAXUMⅡ），使用了22套前處理與預處理系統（這些分析小屋的前處理和預處理系統均由國內某公司所設計和施工安裝的）。在維護過程中，我們發現分析儀表本身基本不會出現什么大的問題，分析儀表的維護重點在其前處理與預處理系統，下面也就分析儀表的前處理與預處理系統的情況做一下講解。

煤制氫裝置分析小屋使用的這些前處理與預處理系統的作用不盡相同，主要目的是對取得的樣品氣進行調溫/調壓，在不影響所要分析的氣體組分含量的情況下過濾掉樣品氣當中的雜質性氣體、粉塵與水分等，使得進入分析儀表的樣品氣潔凈的同時，其溫度、壓力和流量均符合該分析儀表的要求。雖然如此，但是因為所取的樣品氣的不同，所以對于不同的分析儀表所配備的前處理和預處理系統仍然存在些許的差別。

105/106煤制氫裝置的1#和2#分析小屋的取的樣品氣的類型與環境相同，所以其前處理與預處理系統基本一致；3#分析小屋所取得的樣品氣因為溫度高、壓力大且粉塵含量大等特點，所以它對于前處理和預處理系統的要求更高一些；4#分析小屋所取得的樣品氣因為容易結晶，要求前處理與預處理系統擁有良好的過濾能力的同時要求伴熱良好；5#分析小屋所取的樣品氣比較潔凈，所以一般的前處理與預處理系統即可滿足要求。在這些分析小屋當中：4#分析小屋在天氣變涼時，加強伴熱并且加強過濾后，需要維護的程度很低；5#分析小屋基本上為免維護；只有1#、2#、3#分析小屋狀況頻發，維護量相當大，問題基本上就出在其前處理與預處理系統，其中1#與2#分析小屋情況一致，所以以下就1#和3#分析小屋的前處理和預處理系統進行具體描述。

1#分析小屋的工藝背景：1#分析小屋需要分析的樣品氣來自磨煤工序的熱風爐，在熱風爐燃燒完后的惰性氣會被送往磨煤機和煤粉儲倉循環，這就要求惰性器中氧含量低于8%。出于安全考慮，整個環境為微負壓。

1#分析小屋正是提取熱風爐燃燒后的惰性氣體進行氣體含量分析。為了從這個微負壓環境中取得樣品氣，廠家原設計為采用一個射流泵來制造負壓抽樣品氣（射流泵是利用水流在高速流過狹小空間時，會在壓縮處產生一定的負壓的原理來制造的）。抽取的樣品氣將與水流一起進入洗滌罐，樣品氣經過清水洗滌之后，從上部出去，分兩路：一路經由一個轉子流量計后放空；一路經過濾器過濾水分之后，去往旋風空氣冷卻器。經過旋風空氣冷卻器調整溫度并再次濾水之后，再經轉子流量計調整流量到20ml/min后送入分析儀表分析。

我們在實際的使用過程當中發現有以下情況：

1）工藝惰性氣體當中粉塵含量和水分含量較大，伸入工藝管道取樣的探頭為圓柱形的不銹鋼管，其取樣管線相當長，長達五十幾米，極易堵塞。

2）工藝提供的水，水壓非常不穩，在1bar～5bar之間來回波動，水溫也過高，一般情況下軍大于40℃，并且水中攜帶有煤灰、鐵銹等雜質。

3）工藝提供的水的溫度過高，基本上大于40℃。

4）工藝給提供的水源壓力在1bar～5bar之間波動，波動很大。

正因為上述問題造成了以下影響：

1）因為樣品氣中含水含粉塵多，使取樣管線出現經常性的堵塞，導致抽不進氣或者抽進空氣，又因為管線位置很高，根本不方便與清理和維護。

2）射流泵節流孔經常堵塞，導致抽不上樣品氣。

3）水壓波動過大，導致洗滌罐經常漫灌和空罐，漫灌將直接導致分析儀表進水，空罐則使得無樣品氣進表，樣品氣在途中就都被卸放掉了。

4）水溫高使得T形過濾器內積水過多，而T形過濾器排水有限，如此一來T形過濾器就不過氣了，水便通過旋風空氣冷卻器被壓到了分析儀表內部，導致儀表內進水，造成損壞。

5）原設計的總排放線為一根1/2”的不銹鋼管，在實際情況下，排氣的阻力很大，分析完了的氣體因不能及時被排除，而導致反竄回來，儀表再次分析，不僅影響測量結果，同時也損壞儀表。

通過一段時間的應用與維護，我們想了一些辦法就以上的問題在廠家原設計的前處理與預處理系統的基礎上進行了改造。

首先，從取樣探頭開始，我們將原來的取樣探頭進行了改造，在原來圓柱形的探頭頭部上切去了一個45°的角，在安裝時將其斜坡面背對流向，這樣極大的減少了進入取樣管線的粉塵含量，加上定時對取樣管線進行氮氣吹掃，大大減少了取樣管堵塞的可能性。

針對工藝水的問題，我們多次與工藝交涉，但是工藝并未能從根本上解決什么問題，僅工藝水帶雜質的問題得到了緩解，所以我們考慮從前處理與預處理系統下手對其進行改造，使其影響最小化。我們經過研究發現，通過調整穩壓罐內的溢流管的長度可以調控洗滌罐與穩壓罐的水位，于是我們縮短了其溢流管長度，讓它們的水位均維持在4/7左右。水位現在已經能夠穩住了。

關于水溫過高，導致T形過濾器積水堵塞的問題，我們經過檢查了解到：T形過濾器因為采用纖維濾芯，吸水性能好，能夠有效地吸收流經它的樣品氣當中的水分，但是其排水性能不好，一旦流經它的樣品氣當中水分含量過高，在纖維濾芯吸飽水后，就會堵塞其空隙，阻止樣品氣傳導，而且過濾器本身的排水性能也很差，吸收的水分也不能及時排出。但是旋風空氣冷卻器的排水性能就相對要強得多，所以我們將其進氣的順序進行了調整，讓樣品氣先進旋風空氣冷卻器，將樣品氣進行冷卻，沉積下來的冷凝液及時隨下方管道排出了，然后冷卻后的樣品氣進T形過濾器過濾掉樣品氣中僅存的一點水分后，送分析儀表進行分析。如此一改能夠將樣品氣當中攜帶的大量水分在旋風空氣冷卻器就被排掉，極大緩解了T形過濾器的壓力，不僅解決了間接進水的問題，還極大減少了對T形過濾器的清理維護工作。

另外，針對水氣共排導致分析完了的樣品氣不能及時排除且憋壓后回流的問題，我們也想辦法對其進行了改動。既然水氣同排時不能及時排出，水讓氣造成了憋壓，那我們就讓水氣分開排放，排水走水管線，排氣走氣管線。水與氣單獨進行排放，便有效解決了這一問題。

經對105/106煤制氫裝置1#、2#分析小屋實施了這一系列的改造措施，故障率較以前下降了九成，維護起來比以前更加輕松。

3#分析小屋的問題比起1#、2#小屋來要大得多，只是因為它所要分析的樣品氣的壓力很高，所以不需要用水，也省去了抽氣的設備。3#分析小屋有兩臺色譜分析儀、一臺磁氧分析儀和兩臺紅外分析儀。它的主要任務就是分析氣化爐出口合成氣的成分及其含量，而當中尤以檢測CO2和CH4的含量最為重要，它直接影響著氣化爐的負荷大小和合成氣的質量。我們所取的樣品氣正為氣化爐出口合成氣，所以該樣品氣具有以下特點：1） 該樣品氣壓力很高，正常生產時，其壓力約為3.5Mpa；2）該樣品氣溫度高，正常生產時溫度在150℃附近；3）該樣品氣中含有大量水分；4）該樣品氣夾帶的粉塵含量大；5）同時該樣品氣中氣體成分多而且復雜（主要為60%CO和30%CH4，還有少量的CO2、H2S、COS等氣體）。

廠家在為3#分析小屋所設計的前處理和預處理系統將實際的工況考慮得過于簡單，過于理想化，使得3#分析小屋不具備投用條件，具體原因有以下幾點：首先，壓力控制不下來，使得后續壓力也過高，導致分析儀表不能夠正常運行，甚至會損壞分析儀表；其次，其過濾措施僅使用一個小管道用的金屬片式過濾器，過濾效果不好的同時還容易堵塞，且不方便進行清理和維護；第三，合成氣當中含水過多，但是該前處理和預處理系統沒有排水的設備，僅在最后進分析儀表前加了一個纖維濾芯的過濾器，只能吸收氣體水分的能力有限，也沒有排放通道，根本起不到排水的效果，3#分析小屋當中氣相色譜分析儀的色譜柱對于樣品氣中的水分與粉塵特別敏感，一旦受到污染，便不能對樣品氣進行正確的分析。

我們在仔細研究3#分析小屋的這些問題之后，進行了以下改造。

首先，針對源頭，取樣部分。之前，我們已經將取樣探頭切削掉了一個45°的斜角，在此基礎上，我們又在斜坡面一側的后部，人為鉆出一排小孔，因為該取樣探頭的安裝方式為水平安裝，所以在打了小孔之后取進的樣品氣中大量的水分中的一大部分會從小孔流出，有效的減少了樣品氣的帶水量和粉塵量。

其次，我們在樣品氣進入前處理與預處理系統前加裝了一節緩沖管線（一節自制的盤管），緩沖一部分樣品氣的壓力，其后又加了一個手閥，通過反復的測試我們最后決定將閥門開度保持在30%左右，這樣在保證取樣及時有效的情況下又有效限制了樣品氣的壓力與流量。方便了之后設備的調控。在緩沖管后，經過閥門的限流，減壓閥的減壓，壓力基本穩定在1bar左右。

此外因為缺少材料的原因，我們只得使用兩個互為備用的常規減壓過濾器替換了原來的金屬片式過濾器，因為常規減壓過濾器下方的筒體可以盛裝一定量的液體，加上探頭的改造使得含水量已經大大減少了，所以每兩天定時排放一次，定期清理一下濾芯即可，樣品氣再往后走，我們又在當中增加了兩個U形彎，將U形彎底部均接至總排放管上，在這一節管道上還安裝了一個閥門。通過減壓過濾后的樣品氣在U形彎處再次經過調壓與排水之后，再經過兩個纖維濾芯的過濾器過濾之后，已經相當干凈。

通過這一系列改造不僅克服了樣品氣高溫高壓的影響，同時有效地過濾了合成氣當中的水分與粉塵，3#分析小屋已由原來的不具備投用條件到現在已經可以正常使用了，雖然其初次過濾裝置還有待改進。

從最開始神華煤制氫各個分析小屋的投用情況來看，均出現了各種各樣的問題。我們從發現這一系列問題到基本解決這些問題的過程當中學到了很多東西，我們知道要想維護好分析儀表就必須有良好的前處理與預處理系統，所以我們所進行的一系列改造也旨在加強其前處理和預處理系統的處理能力。只有分析儀表的前處理與預處理系統足夠完善了之后，分析儀表才能實現真正的零維護，我們也會朝著這個目標努力，所以現在我們仍然在對它們進行著新的改造，相信不久就能實現對它們的免維護。

［1］神華煤制氫裝置所用分析小屋儀表資料.

［2］西門子U6和O6氣體分析儀表手冊.