在線碳氫分析儀在純氧曝氣池中的應用

劉 芯，叢靈前，高曉華，易 峰，阿力瑪斯·阿不都哈力力

（中石油獨山子石化公司 信息網絡公司 乙烯儀表車間，新疆維吾爾自治區 獨山子 833600）

本廠的污水處理裝置主要處理來自乙烯新區和煉油新區的污水?，F主要對在線碳氫分析儀在污水處理裝置的使用情況進行說明。通過完善在線分析儀表系統，提高在線分析儀表的運行質量，從而為裝置操作奠定了良好基礎，提高了污水排放合格率。

1 工藝簡述

污水的工藝處理過程主要包括：均質調節、隔油、中和、一級氣浮、二級氣浮、純氧曝氣、沉淀、LINPROR 氧化池，處理合格的水排放到凈化水庫。其中，純氧曝氣池利用微生物除去污水中大部分有機物和部分氨氮，是污水處理裝置的核心單元[1]。

圖1 在線碳氫分析儀在純氧曝氣池的控制示意圖Fig.1 Control diagram of online hydrocarbon analyzer in pure oxygen aeration tank

2 在線碳氫分析儀的應用

純氧曝氣池內工藝要求氧含量為55%～65%，在這種富氧環境下一定濃度的可燃氣體會對純氧曝氣池造成危險。為了防止可燃氣體進入純氧曝氣池造成危險，根據TUV（Technischer Uberwachungd-Verein）的安全規定，在含油污水曝氣池和含鹽污水曝氣池第一段分別設置在線碳氫分析儀，分別監測池內可燃氣含量，屬于聯鎖控制儀表。

2.1 在線碳氫分析儀在純氧曝氣池中的作用

當曝氣池內烴含量超過25%LEL 濃度時，在線碳氫分析儀聯鎖供氧管道上的調節閥1 關閉，尾氣排放管道上的調節閥2 打開，事故通風機啟動，用大量的空氣吹掃氣室，同時給DCS 發出警報。

當烴含量達到50%LEL 濃度時，調節閥1 關閉，調節閥2 調整到開啟的最大位置，啟動事故通風機，將大量的空氣鼓入曝氣池，使池內的氣體連同烴類氣體一起置換排出，同時曝氣機聯鎖停機，在烴類氣體濃度低于25%LEL時，恢復正常生產。

2.2 在線碳氫分析儀工作原理

曝氣池上的在線碳氫分析儀采用德爾格公司的紅外式可燃氣體探測器，該探測器用于連續監測含烴易燃氣體和蒸汽。測量原理基于濃度與被測氣體紅外線吸收量的相關性。待檢測氣體經過燒結材料擴散進測量試管防爆外殼，發射器發出的寬頻帶光穿過檢測管中的氣體，經試管壁反射，從此處直接射到雙元件檢測器的透光窗上。檢測器的一個通道用于測量試管（測量通道）的氣體依賴型光輸出，另一個通道用作參考。測量信號與參考信號比，用于確定試管中的氣體濃度。

圖2 在線碳氫分析儀的原樣品預處理系統Fig.2 Sample pretreatment system of online hydrocarbon analyzer

2.3 預處理系統的設計與改造

由于曝氣池內氣體壓力基本接近于大氣壓力，所以取樣系統需要抽吸泵，將樣品抽吸到在線碳氫分析儀表系統。同時，曝氣池內樣品的濕度為95%左右，需要除去被測樣品中的水分，因為樣品中的水分會對紅外式分析儀表造成以下危害：①樣品中存在水分會吸收紅外線，從而給測量造成干擾；②當水分冷凝在晶片上時，會產生較大的測量誤差[2]。所以該預處理系統主要由兩部分組成：樣品抽吸設施和樣品冷凝設施。

2.3.1 預處理系統的設計

將在線碳氫分析儀的樣品預處理系統以及儀表本機集成到一個儀表箱內，如圖2 所示。

從圖2 中可以看到，在線碳氫分析儀的樣品預處理系統主要包括以下部件：取樣泵M1、射流熱交換器（即冷凝器E1）、過濾器FL1、三通球閥、流量計FM1、蠕動泵M2 等。

通過取樣泵，將樣品從曝氣池抽吸到預處理系統中，樣品從頂部進入射流熱交換器，先在中間的內管中初步冷卻，再在外面的環管中深度冷卻，樣品與冷卻塊達到充分換熱[2]，冷凝出來的液體在重力作用下向下流淌，在射流熱交換器的底部設置一個蠕動泵，將冷凝后的液體及時抽吸到表箱外部，并保證氣體管路的密封[3]；經過射流熱交換器的樣品從其頂部再進入過濾器進一步去除水分和其他雜質，然后經過一個三通球閥（選擇樣品氣和標準氣）進入流量計，最后進入分析儀進行測量。

由于該儀表對于曝氣池的安全生產十分重要，所以需要每天檢查樣品預處理中樣品流量計的流量，每周定期檢查取樣泵和蠕動泵的運行情況，每季度定期校驗在線碳氫分析儀。

2.3.2 預處理系統的改造

在日常維護中，經常出現一些問題，使得儀表人員維護量很大，碳氫分析儀不能連續正常地投用，主要包括以下情況：

1）取樣泵的故障概率很高，運行過程中經常出現以下故障：①隔膜損壞；②電動隔膜泵在運轉，但流量過低；③隔膜泵電機溫度較高等故障，嚴重影響碳氫分析儀的正常取樣。

2）射流交換器和原來的過濾器并不能完全將樣品中的水分除盡，或多或少的水分進入碳氫分析儀，造成檢測器損壞。

鑒于機械泵的故障率高和更換備件的數量多等問題，對取樣方式重新做了評估和設計，分析了噴射泵取樣的可行性：①只要動力源穩定，文丘里抽吸的方式會保證樣品的連續性，而作為動力源的壓縮空氣是由空壓站供給，穩定性可以保證；②噴射泵結構簡單，沒有任何零部件，采用不銹鋼材質，不會因為樣品和環境因素造成泵體的損壞，可靠性高；③壓縮空氣作為噴射泵的動力源，會與樣品進行混合，因而將噴射泵放置于碳氫分析儀檢測室之后，壓縮空氣經噴射泵后，在噴射泵的腔體內形成低壓區，從而把低壓樣品吸入，作為背景氣進入碳氫分析儀，根據紅外吸收波普判斷，儀表風不會對碳氫分析造成干擾；④通過調節動力源的壓力，就能控制樣品的吸入量，達到升壓穩壓的目的，保證樣品壓力、流量的穩定[2]。

通過分析，采用噴射泵取樣的方式是可行的，因此對樣品的取樣方式進行了改造。對于過濾器，選取了具有可視功能的33G 過濾器，能直觀反映樣品的待液情況和更方便的排放凝液。改造后的預處理系統如圖3 所示。

從圖3 中可知，噴射泵的進口連接壓縮空氣，吸氣口連接紅外傳感器的根部。經過減壓閥減壓后的壓縮空氣作為動力源進入噴射泵的吸入腔體，形成低壓區，產生足夠的吸力使得工藝氣流經冷凝器、過濾器和流量計進入紅外傳感器完成測量。

圖3 改造后的樣品預處理系統Fig.3 Sample pretreatment system after modification

3 結論

改造后的預處理系統得到了純凈、連續、穩定的樣品，減少了儀表的故障率，增強了系統的可靠性，延長了碳氫分析儀的運行周期，為工藝的可靠運行提供了保障。