過程分析儀的維護與應用

張 成,張開然,張曉偉

(安徽晉煤中能化工股份有限公司, 安徽臨泉 236400)

在合成氨裝置中,變換崗位是一個非常重要的單元,它的主要任務是將來自氣化單元的粗煤氣通過變換爐進行CO深度變換,生成合成氨所需的H2,制得合格的變換氣送往甲醇洗單元。為此,變換爐出口CO過程分析儀的準確測量在生產中特別重要,它直接反映了變換爐的反應程度,為操作人員的可靠操作提供了依據。本文結合變換工藝的實際情況,從分析儀的選型、預處理裝置的改進、日常維護3個方面進行分析、總結,并對存在的問題提出相應的優化措施,以保障過程分析儀的長周期可靠運行,為操作人員提供可靠的測量參數,保障崗位的安全生產。

1 過程分析儀的選型

某變換單元采用4臺絕熱變換爐,按設計院控制要求,變換爐出口CO工藝控制指標見表1。

表1 變換爐出口CO工藝控制指標

在實際正常生產中,1～4號變換爐出口的具體變換氣參數見表2。

表2 變換爐出口變換氣參數

過程分析儀的種類較多,有紅外線氣體分析儀、熱導式分析儀、電化學式分析儀、工業色譜儀等類型,這些分析儀的專用性強,每種分析儀的適用范圍都是有限的。同一類分析儀,即使測量范圍相同,但是由于待測介質的背景組分不同,并不一定都能適應[1]。因此,應根據工藝的控制指標,從分析儀的量程、線性偏差、靈敏度、響應時間等方面綜合進行考慮,既能避免選型不當造成成本浪費,又能滿足工藝要求。

隔爆型紅外線氣體分析儀的工作原理為:將待測的氣體連續不斷地通過一定長度和容積的容器,從容器可以透光的兩個端面中的一個端面一側入射一束紅外光,然后在另一個端面測定紅外線的輻射強度,然后依據紅外線的吸收與吸光物質的濃度成正比就可知道被測氣體的濃度[2]。

為保證分析儀的線性度,根據工藝的控制指標,1～4號變換爐分別選擇了量程范圍為0～50%、0～10%、0～2%、0～2%的隔爆型紅外線氣體分析儀。在過程分析儀表線性偏差、靈敏度、響應時間等性能指標均滿足工藝指標要求的基礎上,同時要求分析儀供應廠家根據工藝的實際參數配置相應的預處理裝置。

2 過程分析儀預處理裝置的優化和應用

在正常的生產運行中,分析儀系統運行不穩定,導致儀表人員維護量增大,也不利于工藝人員的安全操作。總結故障原因后發現分析儀主要存在以下問題:(1)分析儀預處理帶水量大,尤其在工藝大幅度調整提高爐溫時,冷凝水極易進入分析儀氣室內,造成分析儀故障,同時,頻繁更換變色硅膠,造成維護成本增加。(2)分析儀廠家在配置預處理裝置時存在缺陷,未有脫硫裝置和精過濾器,導致硫化物和細微顆粒進入分析儀氣室內,造成分析儀氣室污染,使分析儀測量不準確。原分析儀預處理流程見圖1。(3)分析儀預處理放散氣體排放存在一定困難,放散氣體排入地溝時,易造成爆燃及人身中毒事故的發生,存在重大的安全隱患;放散氣體排入高處泄放口時,放散氣體中帶有的飽和水蒸氣冷凝到排放管內,導致氣體無法排出,造成分析儀測量滯后。(4)分析儀預處理裝置內未配置伴熱裝置,在冬季運行時,預處理裝置內結冰,導致分析儀無法正常工作。

圖1 分析儀預處理示意圖

針對上述存在的問題,逐項進行了優化改進,具體改進措施為:(1)設計了1套自動冷凝排水裝置,并交由設備廠家制造后安裝(見圖2)。冷凝罐的頂部和底部為圓弧形設計,具有承載壓力大、快速集聚水滴排放的優點,分析儀樣氣通過針型閥調節后,冷凝罐內的壓力保持在0.15 MPa左右,樣氣通過取樣進口管線插入冷凝罐底部,在冷卻的同時向上穿過上方的2層柵板塔盤,在離心力的作用下進一步除水除塵,樣氣經過2層柵板塔盤后進入冷凝罐頂部,從頂部中心的樣氣出口送至分析儀廠家配套的預處理裝置,同時,冷凝下來的水滴聚集在冷凝罐內。當冷凝水達到一定高度時,液位開關高點觸發,電磁閥聯鎖打開,進行自動排水。當冷凝水低液位觸發時,電磁閥關閉。改進后,分析儀樣氣中的冷凝水基本上能夠全部排出,殘余的水蒸氣由原配套的預處理裝置去除。(2)由于樣氣中的硫化物和細微顆粒通過冷凝的方法是無法處理的,因此,在原預處理不銹鋼干燥罐的出口增加了2個脫硫罐。脫硫罐內放有脫硫劑,便于吸收硫化物。同時,為避免細微顆粒對分析儀氣室造成污染,在分析儀的進口增加了1個0.2 μm的精過濾器,以有效濾除樣氣中的細微顆粒。(3)將分析儀放散樣氣通過取樣管引入自制的氣液分離罐內,放散樣氣進口位于氣液分離罐中部(見圖3),所產生的液體聚積在氣液分離器底部,巡檢人員每天上午定時將排污閥打開,冷凝水從罐內排出,氣體通過冷凝罐頂部排放至高處。改進后,既解決了放散樣氣帶水無法排出的問題,又消除了一項重大安全隱患。(4)由于分析儀預處理裝置內未配置伴熱,導致分析儀樣氣在冬季時凍住,使過程分析儀無法及時測量。考慮到該崗位為防爆區域,所測量的介質成分又多為CO和H2,選擇電伴熱存在一定的安全隱患。因此,使用蒸汽伴熱,將蒸汽伴熱管彎成盤管狀固定在預處理裝置的后側,避免伴熱管與裝置內的柜體接觸,防止金屬熱傳導,造成內部的儀器損壞。同時,新增的2個冷凝罐、樣氣管、排污管等也都進行保溫伴熱,不留死角,改進后保證了分析儀氣路的流暢,使分析儀在冬季能夠準確及時地測量。

圖2 自動冷凝排水裝置

圖3 氣液分離器

生產過程中的分析儀能否正常工作,應根據不同生產工藝的特點,合理配置分析儀的預處理裝置,取樣器方向的安裝、導壓管材質的選擇、樣氣介質的除水和除塵、樣氣流量的控制、樣品的污染物排放、保溫設備的防護等每一個環節都是非常重要的,它為分析儀的可靠測量提供了條件。為此,對分析儀的安裝、預處理裝置的選用也都提出了要求:(1)取樣點具有代表性,與工藝管道或設備流體組分和含量相符合;(2) 取樣管盡可能短,避免測量滯后;(3)除去樣品中造成儀器內部及管線腐蝕和堵塞的物質,以及對測量有干擾的物質,使處理后的樣品清潔干凈,溫度、壓力、流量均符合分析儀工作的要求[3]。只有這些條件都滿足了,分析儀才能夠準確、及時地測量。

3 過程分析儀的運行維護

在分析儀的運行中,其運行維護是一個非常重要的環節,日常巡檢、定期校驗、大修檢查等都是不可缺少的,只有這些維護做好了,分析儀才能長周期穩定運行。本文從以下3個方面,對分析儀的運行維護作簡要概述。

3.1 日常巡檢

分析儀的日常檢查維護是儀表巡檢人員的一項重要工作,每天至少巡檢2回。在巡檢過程中,除了檢查預處理裝置管道的壓力、溫度、流量,以及分析儀的自身運行情況外,具體的巡檢內容還因分析儀的原理不同、工藝成分不同而各有差異,如變換單元工藝介質中帶有水蒸氣、硫化物、細微顆料等成分,在日常的巡檢維護中,就需要對冷凝罐定期排水,更換干燥劑和脫硫劑,檢查過濾器、伴熱、各接頭是否漏氣等情況[4]。在實際的生產過程中,需要根據崗位的實際情況,制定相應的日常巡檢、維護內容,并認真做好記錄,以便分析系統的運行狀況。

3.2 定期校驗

過程分析儀的定期校驗是分析儀可靠運行的保障,常量分析儀每月至少校驗1次。通過對分析儀的校驗可以檢查出其零點漂移、量程漂移、線性偏差等情況,并及時對出現的問題進行消除。由于分析儀的量程范圍不同、介質成分不同,其標準氣的成分也是不同的,因此在校驗的過程中必須合理選擇,對所使用的標準氣、載氣情況進行檢查,與校驗情況一起做好記錄,對標準氣過期、壓力不足等現象,及時申報計劃進行采購,以保證分析儀能夠正常校驗。

3.3 大修檢查

對于易沖刷、腐蝕、堵塞等惡劣工況,在裝置大修期間,需要對取樣器、管線、根部閥、安全閥等重要部位進行認真檢查,及時消除出現的問題,保證檢修的質量,確保在生產過程中分析樣氣暢通無阻、無泄漏。大修期間的檢查維護是過程分析儀長周期運行的一項重要保障,它為日常的檢查維護提供了基礎,消除了日常維護所不能解決的問題。

4 結語

在實際生產運行過程中,影響過程分析儀可靠運行的因素多種多樣,本文只是從變換單元分析儀的選型、預處理裝置的優化應用、運行維護3個方面進行了簡單概述,對影響分析儀可靠運行的因素進行了總結。對于不同的工況、環境等造成分析儀可靠運行的因素也都是不同的,必須從實際情況出發,才能保障過程分析儀的可靠運行。