梁昌莉 ,常 偉

（獨(dú)山子石化公司 煉油廠儀表車(chē)間, 新疆 獨(dú)山子 833699）

0 引言

氧化鋯分析儀對(duì)煙氣中的氧含量進(jìn)行測(cè)量，發(fā)揮節(jié)能、減少環(huán)境污染和延長(zhǎng)爐齡的作用。鍋爐中當(dāng)鼓風(fēng)量過(guò)大時(shí)，煙氣中過(guò)?？諝饬科螅瑹煔庋鹾科?，雖可使燃料充分燃燒，但過(guò)?？諝鈳ё叩臒崃慷?，導(dǎo)致熱效率降低，同時(shí)過(guò)量的氧與燃料中的硫及煙氣中的氮?dú)庠诟邷叵律蒘O2、SO3和NOX一類(lèi)的有害物質(zhì)污染環(huán)境。當(dāng)鼓風(fēng)量偏低時(shí)，煙氣氧量低，雖然過(guò)?？諝馍偈古艧煋p失減少，但因燃料不能充分燃燒，也導(dǎo)致熱效率降低，同時(shí)煙囪冒黑煙，對(duì)環(huán)境也造成較大污染?？梢?jiàn)，要使鍋爐熱效率高污染小，必須控制空氣過(guò)剩系數(shù)，這需要利用氧化鋯分析儀將煙氣氧含量控制在合理的范圍內(nèi)，另一方面，鍋爐處于經(jīng)濟(jì)燃燒狀態(tài)，煙氣中的SO2、SO3和NOX量低，減少了鍋爐尾部腐蝕，從而延長(zhǎng)爐齡。

獨(dú)山子煉油廠老區(qū)、新區(qū)共有27臺(tái)氧化鋯，有4種不同的型號(hào)，分別來(lái)自蘭煉富士、羅斯蒙特、英國(guó)佛林頓和湖北荊州這4個(gè)廠家。由于現(xiàn)場(chǎng)工況各有千秋，在氧化鋯投用運(yùn)行過(guò)程中，需要根據(jù)裝置的不同進(jìn)行改造，從而降低氧化鋯的維護(hù)率。

1 氧化鋯氧分析儀工作原理及分類(lèi)

1.1 氧化鋯探頭的結(jié)構(gòu)及工作原理[1]

圖1 氧化鋯探頭結(jié)構(gòu)示意圖Fig1.Schematic diagram of zirconia probe structure

如圖1所示，被測(cè)氣體煙氣從左側(cè)進(jìn)入氧化鋯管中的氧電池，而參比氣體（空氣）則從右側(cè)通入，當(dāng)進(jìn)入的空氣壓力大于煙氣壓力時(shí)，氧分子電離成氧離子后從空氣中擴(kuò)散到煙氣中，在750°C左右的高溫中，在鉑電極的催化作用下，氧化鋯管內(nèi)氧電池的空氣側(cè)發(fā)生還原反應(yīng)。

空氣一側(cè)的鉑電極由于大量給出電子而帶正電，成為氧濃差電池的正極或陽(yáng)極。這些氧離子進(jìn)入電解質(zhì)后，通過(guò)晶體中的空穴向前運(yùn)動(dòng)到達(dá)左側(cè)的鉑電極，在氧電池的進(jìn)煙氣一側(cè)發(fā)生氧化反應(yīng)，

煙氣一側(cè)的鉑電極由于大量得到電子而帶負(fù)電，成為氧濃差電池的負(fù)極或陰極。這樣在兩個(gè)電極上由于正負(fù)電荷的堆積而形成一個(gè)電勢(shì)，稱之為氧濃差電勢(shì)。通過(guò)能斯特方程式計(jì)算出所測(cè)煙氣中氧的含量。

2 氧化鋯氧分析儀運(yùn)行中存在的問(wèn)題及改造

2.1 一催化氧化鋯鋯頭過(guò)濾網(wǎng)經(jīng)常堵塞

老區(qū)一催化裝置，前期使用的是南京天辰電器儀表廠的TCZ-1型分體式煙氣氧分析儀。氧化鋯鋯頭過(guò)濾網(wǎng)經(jīng)常堵塞。在使用1年過(guò)程中，過(guò)濾網(wǎng)更換了2次，加熱絲燒斷1次，電極接觸不良1次，二次表無(wú)輸出1次，設(shè)備故障頻繁，維護(hù)量很大。

2.1.1 初步改造

·原因分析：

由于煙氣中含有大量的催化劑粉末和腐蝕性高溫氣體，造成過(guò)濾網(wǎng)經(jīng)常堵塞，過(guò)濾網(wǎng)堵塞，煙氣無(wú)法進(jìn)入，加上測(cè)量的是高溫?zé)煔?，從而影響到加熱絲以及電極的工作性能，故障率高。

·初步改造方案：

為了解決過(guò)濾器堵塞的問(wèn)題，我們選用導(dǎo)流式探頭，使用湖北荊州生產(chǎn)的帶引流管的YHG-98BJ型氧化鋯分析儀。一方面通過(guò)引流管可以減少作用于鋯頭處的煙氣灰塵，另一方面可以減少煙氣中的腐蝕氣體對(duì)鋯頭的直接腐蝕。

·改造后存在的問(wèn)題：

投用后，發(fā)現(xiàn)儀表測(cè)量指示滯后，測(cè)得的數(shù)據(jù)不及時(shí)準(zhǔn)確，達(dá)不到服務(wù)生產(chǎn)的目的。

2.1.2 進(jìn)一步改改造

·原因分析：

出于經(jīng)濟(jì)方面的考慮，為了節(jié)省投資，決定利用原有的氧化鋯氧分析儀，只在引流管上做文章。經(jīng)過(guò)多次測(cè)試、分析認(rèn)為，導(dǎo)致氧化鋯氧分析儀不反應(yīng)或反應(yīng)滯后的根本原因在于煙氣在鋯頭處不流動(dòng)或流動(dòng)緩慢。

·改造方案：

1) 增大采樣導(dǎo)流管的直徑，即從40 mm增加到50mm，材質(zhì)從普通鋼管改為不銹鋼管。這樣不但可增加流通面積和煙氣的流量，防止導(dǎo)流管堵塞，而且提高了材質(zhì)的防腐性能。

2) 對(duì)采樣導(dǎo)流管進(jìn)行改造。把導(dǎo)流管中間部位進(jìn)行開(kāi)孔，這樣增大了導(dǎo)流管內(nèi)的前后壓差，提高了煙氣的流通速度。

·改造效果：

改進(jìn)方案實(shí)施后，該檢測(cè)系統(tǒng)連續(xù)運(yùn)行了11個(gè)月，故障率有很大降低，催化裂化再生器煙氣氧含量分析儀維護(hù)工作量大的問(wèn)題得到一定解決，過(guò)濾器堵塞問(wèn)題得到部分解決，但仍然有堵塞現(xiàn)象。

·經(jīng)驗(yàn)總結(jié)：

由于一催化煙氣中含粉塵顆粒物較多，腐蝕性較強(qiáng)，需要對(duì)氧化鋯分析儀進(jìn)行特殊改造，從而減少維護(hù)率，經(jīng)過(guò)兩次改造，故障率高的問(wèn)題雖得到一定解決，但過(guò)濾器仍有堵塞，夏天時(shí)需要一季度進(jìn)行一次疏通，而冬天更加頻繁需要一個(gè)月去疏通氧化鋯過(guò)濾器，一催化煙道是正壓型，所以在拆卸過(guò)程中存在風(fēng)險(xiǎn)，而對(duì)于老區(qū)二催化裝置將原有直插型氧化鋯改造成外排式氧化鋯，改造后運(yùn)行正常且故障率低，由于工況和一催化有相同之處，對(duì)于二催化的成功的改造可借鑒到一催化的改造中，將問(wèn)題徹底解決。預(yù)計(jì)在2015年大修時(shí)進(jìn)行改造。

2.2 老區(qū)二催化氧化鋯過(guò)濾器堵塞故障率高

老區(qū)二催化裝置采用的是湖北荊州的直插型氧化鋯，過(guò)濾器經(jīng)常堵塞，經(jīng)常指示偏低。

·原因分析：

二催化煙氣中含有大量的催化劑粉末和腐蝕性高溫氣體，加上并沒(méi)有反吹系統(tǒng)，造成過(guò)濾網(wǎng)經(jīng)常堵塞。過(guò)濾網(wǎng)堵塞會(huì)造成煙氣無(wú)法進(jìn)入，使得氧化鋯指示偏低。

·改造方案：

由于二催化煙氣也是正壓，在二催化氧化鋯的引流管和法蘭間裝一個(gè)80的閘板閥，這樣可以使得在進(jìn)行氧化鋯維護(hù)作業(yè)時(shí)，防止高溫介質(zhì)噴出給人員造成傷害。同時(shí)在插入的氧化鋯探頭附近接一個(gè)管子，可以將引流管中的微量煙氣排出，使得引流管中的煙氣流通更迅速，氧化鋯分析儀實(shí)時(shí)性好，靈敏度高。

·改造效果：

經(jīng)過(guò)改造后，二催化氧化鋯過(guò)濾堵塞情況徹底解決，夏天幾乎不需要周期性疏通過(guò)濾器，在二催化氧化鋯故障時(shí)維護(hù)更加安全放心，工作效率也大大提高。

2.3 氧化鋯部分安裝位置在爐頂不便于維護(hù)

老區(qū)12臺(tái)氧化鋯，新區(qū)共14臺(tái)氧化鋯，全廠總共有26臺(tái)氧化鋯。在維護(hù)過(guò)程中需要對(duì)氧化鋯進(jìn)行斷電及上電操作，而氧化鋯供電開(kāi)關(guān)位于機(jī)柜間，由于氧化鋯一般安裝在爐頂，距地面都有30～40 m高，斷電及上電操作極為不方便。

·改進(jìn)方案：

在現(xiàn)場(chǎng)氧化鋯氧分析儀旁，安裝防爆電源開(kāi)關(guān)，將氧化鋯供電線路通過(guò)防爆開(kāi)關(guān)進(jìn)入氧化鋯氧分析儀，實(shí)現(xiàn)防爆電源開(kāi)關(guān)控制氧化鋯分析儀斷電及上電。

·實(shí)施效果：

對(duì)老區(qū)所有氧化鋯氧分析儀進(jìn)行改造，實(shí)現(xiàn)所有老區(qū)氧化鋯氧分析儀防爆電源開(kāi)關(guān)的安裝，使氧化鋯氧分析儀的維護(hù)更加方便，同時(shí)減少作業(yè)人員工作量，也降低了作業(yè)的過(guò)程中可能出現(xiàn)的風(fēng)險(xiǎn)，避免意外的發(fā)生。

在對(duì)老區(qū)的改造收到很好的效果后，在后面計(jì)劃在2015年大檢修實(shí)現(xiàn)對(duì)新區(qū)所有的氧化鋯分析儀加防爆電源開(kāi)關(guān)的改造。

3 總結(jié)

通過(guò)對(duì)氧化鋯進(jìn)行改造，總結(jié)的經(jīng)驗(yàn)是：

氧化鋯在煉油廠使用是非常普遍的。氧化鋯的廠家有很多（蘭州富士、荊州天翔、英國(guó)弗林頓、羅斯蒙特），氧化鋯的種類(lèi)也有很多（直插式、抽出式、墻掛式），同時(shí)在工作中發(fā)現(xiàn)氧化鋯的安裝方式嚴(yán)重影響著氧化鋯的運(yùn)行，所以氧化鋯的選型和安裝方式對(duì)于氧化鋯的正常運(yùn)行尤為重要。

氧化鋯的安裝方式要根據(jù)工藝環(huán)境的不同做相對(duì)應(yīng)的改造，使氧化鋯維護(hù)更加方便，提升工作效率，并在改造中總結(jié)經(jīng)驗(yàn)。

·根據(jù)一催化裝置和二催化裝置安裝的氧化鋯工作環(huán)境的相似性，通過(guò)對(duì)二催化的氧化鋯成功改造的經(jīng)驗(yàn)，推廣到一催化氧化鋯的改造，使一催化的氧化鋯故障率降低。

·同時(shí)在老區(qū)實(shí)現(xiàn)氧化鋯二次表旁邊防爆開(kāi)關(guān)的安裝，便于工作人員維護(hù)，降低由于氧化鋯一般安裝在爐頂從而工作中頻繁爬上爬下的風(fēng)險(xiǎn)性，提高工作效率，并將此推廣到新區(qū)。

在以后有新上的裝置新上的氧化鋯，根據(jù)以往改造經(jīng)驗(yàn)避免走彎路，為氧化鋯更好的運(yùn)行，做好充分準(zhǔn)備。

[1]王森,符青靈.儀表工試題集—在線分析儀表分冊(cè):2版[M].北京,化學(xué)工業(yè)出版社，2006,3：50-82.

[2]王森.在線分析儀器手冊(cè) [M].北京,化學(xué)工業(yè)出版社，2008,9.

[3]王森.儀表工手冊(cè):2版[M].北京,化學(xué)工業(yè)出版社,2009,3.