漂白硫酸鹽化學木漿項目二氧化氯制備系統氫氣分析設計

摘 要：隨著社會的發展，企業節能減排、安全生產的要求日益重要，在線分析儀器在我國石油、化工、冶金等工業生產、環保、安全領域的使用量與重要性與日俱增。本文研究了二氧化氯制備系統中的在線氫氣分析成套系統的儀表選型，預處理系統設計、分析小屋設計。

關鍵詞：氫氣分析；分析成套；設計

一、工藝流程及要求

在氯酸鈉電解系統電解槽內通入直流電，Nacl溶液被電解，產生Naclo3，H2；過量H2中含氯，經堿洗后，通過一根25m高的排氣筒排放。

在排放口，設置H2分析，樣氣工藝條件如下：

位號：AT-102；

背景組份：H2：43%，N2：49%，CO2：1%，H2O：7%；

溫度：15-60℃；

壓力：0-1kpa。

由于氫氣的導熱系數與其它組分的顯著差異，本項目采用ABB EL3060+Caldos27熱導式分析儀表，配置合適的預處理系統，進行連續取樣分析，信號送入DCS指示。

分析小屋放置于裝置內，裝置防爆區域劃分為II區。

二、預處理系統方案設計

根據上述要求，設置預處理流程為：

被測氣體通過真空噴射泵JP1取樣，經探頭GP1引入到分析機柜；氣體通過旋風制冷（XF1，CC），除去水份后，通過紙過濾器AF1，送入分析儀AT-102進行分析，分析后氣體引至高處排放。

待測氣體從探頭GP1引入到分析機柜的管路采用蒸汽伴熱保溫HH1，采用輕伴熱，維持一定的溫度即可。

利用旋風制冷器XF1產生的冷凝介質，通入熱交換器CC，與被測氣體進行熱量交換，除去水份；熱交換器可拆卸更換，方便維護；熱交換器CC本體，設置溫度就地指示，方便直觀調節。旋風制冷器的冷端管路采用保冷處理。

由于樣氣管道壓力較小，系統采用真空噴射泵引流。

冷凝水采用氣動蠕動泵排水，通過定時器定時接通蠕動泵氣源，開啟蠕動泵，完成排水。

系統機柜外形尺寸為2100H×850W×750Dmm，材質為304不銹鋼；由于樣氣通過堿洗后，帶有微量堿液，所以氣體分析管路采用F46材質，耐強酸強堿，閥門組件采用316L材質。

三、分析小屋方案設計

分析小屋的大小為2500（L）×2000（W）×2700（H）mm，外墻采用1.5mm厚的不銹鋼板制作，內墻采用1.2mm厚鍍鋅板，內外墻之間采用阻燃性材料填充，厚度為75mm，內外墻及屋頂由п型鋼板拼裝鉚接。地板采用2mm厚花紋鋼板，防滑處理，底座用槽鋼焊接。小屋頂部四周配有起重用的吊耳，滿足4噸載荷要求。

門為外開單扇型，凈尺寸為2200（H）×900（W）mm，材質為噴塑鋼板。門上開一個500×500mm防爆玻璃夾絲安全玻璃制成的觀察窗，帶阻尼限位閉門器和推桿式逃生鎖，門外有鎖孔及把手。

小屋外部配有接線箱和鋼瓶固定架，此側采用向外延伸800mm的防雨檐，起擋雨和遮陽作用。分析儀殘氣放空總管引到小屋上方，并裝配防雨罩和阻火器。

分析小屋內部墻上留有備用插座，以利于維護時用電。分析小屋內外的各類電器儀表設備應有防爆安全認證，滿足Exd IICT4防爆要求。墻內所有小屋電纜采用穿鋼管方式鋪設。小屋的電源/信號接線端子數預留20%。

分析小屋設置了事故通風系統，平時換氣次數為6次/h，聯鎖時換氣次數為12次/h，風壓為100 Pa。可燃氣體為H2，比空氣輕，故風機設在墻體上部。防爆風機在室內外設手動控制開關，帶止回閥，防雨百葉及防蟲網。

小屋頂部設置 H2 氣體檢測器，旋光報警燈安裝在分析小屋外面。當檢測可燃氣體泄露，報警燈閃爍報警，同時風機全打開，進行通風。小屋內置防爆空調和暖氣系統，容量滿足小屋體積需求。

四、儀表選型

H2分析儀測量原理為熱導式，量程為0～100%，精確度≤ 1% F.S，輸出信號型式4～20 mA，測量池材料傳感器為金，氮氧化硅；樣氣室為耐酸鋼1.4305，電源等級為220VAC，50Hz，防爆等級為Ex de IICT4，電氣接口為2x1/2 NPT（F）；氣路接口￠6mm，H2分析儀Caldos27分析氣量最大為100 l/h。

渦流制冷器利用高速氣流，流入渦流室，高速旋轉，強大的離心力將氣流中高能量氣體分子與低能量分子分離開來，分別引出后，壓縮空氣被分成了低溫氣體和高溫氣體，低溫氣體用作熱交換器進行能量交換。

樣氣分子量2×43%+28×49%+44×1%+18×7%=16.28，取氫氣比熱容為14J/（g·℃），樣氣流量為100 l/h，從65度降到4度，需要制冷量為100/22.4×16.28×（65-4）×14=62067.5J。1Cal=4.184J，換算得14.834Kcal。選擇XFSW0609旋風制冷器，在6個大氣壓下，制冷功率大于105Kcal/h，完全滿足預處理要求。

真空發生器利用在不同輸入氣體壓力下獲得的真空度來引流，選用316L材質，H2分析儀Caldos27分析氣量最大為1.67 l/min，根據下表，選用XFD-03完全滿足要求。

五、結語

一套好的分析系統，需要從設計，采購，組裝，調試，維護所有方面做到精益求精，每一個環節都有他重要的一面，本篇文章僅是通過設計角度考慮系統需要哪些功能，以便從源頭解決問題，為日后的設備長期有效運行提供一個好的平臺。由于篇幅有限，對設計中需要計算的地方進行了簡化，內容僅供參考。

參考文獻：

[1] 樂嘉謙.儀表工手冊.化學工業出版社，1998，4.

[2] 劉慶先，歐陽琨.熱導式氫分析儀在加氫裝置上的應用.中國儀器儀表，2000，4.

作者簡介：楊春明，男，漢族，江蘇鹽城人，本科，化工儀表設計師。