婁承

(中國天辰工程有限公司，天津 300400)

在某煤化工項目的煤氣化裝置中采用8臺氣化爐，為了更好地檢測氣化爐合成氣的各組分含量，在8臺氣化爐各自的洗滌塔出口設置了在線分析儀表，用于合成氣中H2，CO，CO2，CH4，O2，H2S等的實時分析檢測。分析儀表的選型設置是否更可靠、更合理、更經濟，是保證煤氣化裝置正常生產測量的關鍵。

文中提出了兩種分析儀表的選型方案，通過對比兩種方案在使用和維護過程中會產生的問題以及各自的優(yōu)缺點、投資估算等，以提供最佳的選型方案。

1 分析儀表選型方案

1)基于紅外分析儀表等的傳統(tǒng)方案。在氣化爐水洗塔合成氣出口設置了8臺雙通道紅外分析儀表、8臺單通道紅外分析儀表、8臺熱導分析儀表、8臺電化學微量氧分析儀表，實現合成氣中H2，CO，CO2，CH4，O2的測量。

2)基于質譜儀的選型方案。在氣化爐水洗塔合成氣出口設置2臺質譜儀，實現水洗塔出口合成氣H2，CO，CO2，CH4，O2的測量，其中1臺測量1～4號爐，另外1臺測量5～8號爐，并且可實現冗余設置。

2 兩種選型方案對比分析

2.1 使用和維護過程對比

2.1.1 紅外分析儀方案

該方案采用4個分析小屋、16臺紅外分析儀、8臺熱導氫分析儀、8臺氧分析儀，儀表數量較多，僅分析了CO，CO2，H2，CH4，O2，在使用和維護過程中會產生如下問題：

1)在紅外區(qū)域，水有連續(xù)吸收光譜的特征，由于洗滌塔出口合成氣中的水體積分數在50%～60%，如果預處理系統(tǒng)除水不干凈，水氣進入紅外分析儀，將造成紅外分析儀出現線性偏移，測量結果出現嚴重偏差；嚴重時會造成儀表檢測器及光源污染，導致分析儀產生故障。

2)由于儀表臺件數及種類繁多，儀器使用的參比氣量較大，公用工程復雜，很大程度上加劇了后期的維護量。如果按3個月進行一次儀表的量程校驗和零點校驗，32臺儀表的一個校驗周期也需約1個月時間，并且后期會不斷地消耗參比氣，帶來維護成本及維護量的增加。

3)由于每臺儀表都有一定的滯后時間，如果采用紅外分析，不能保證儀表測量的同步性，測量結果可能不是同一工況的狀態(tài)，因此會對工藝操作造成干擾。

4)采用紅外分析儀不能實現冗余，1臺儀表出現故障，會對工藝操作造成影響。

5)大量的備品備件，增加了后期備品備件的管理工作及維護成本。

6)由于被測介質中H2S的體積分數較高，現有的預處理系統(tǒng)尚無法連續(xù)、完全地除去介質中的H2S，采用電化學式的8臺微量氧分析儀易被腐蝕，因此無法實現O2的在線連續(xù)監(jiān)測。

2.1.2 質譜儀方案

該方案采用2個分析小屋、2臺質譜儀，其中質譜儀冗余配置，每臺質譜儀不僅完成CO，CO2，H2，CH4和O2的實時監(jiān)測分析，也可實現全組分分析。

1)合成氣中的水體積分數對質譜儀不會造成影響，該方案既可以保證質譜儀的連續(xù)測量，也可以保證工藝正常操作。

2)2臺質譜儀冗余配置，保證質譜儀連續(xù)監(jiān)測工藝工況，使裝置的安全可靠性得到巨大提升。

3)質譜儀不需要載氣及參比氣，降低了維護量及維護成本。

4)質譜儀的校驗周期為6個月或更長，降低了后期的維護量。

5)2臺質譜儀所需的備品備件較少，很大程度上降低了后期的維護成本及管理工作。

6)由于質譜儀不需要載氣和參比氣，分析小屋所涉及的供電、載氣輸送等一系列問題的復雜性也會降低。

2.2 兩種方案綜合對比

基于紅外分析儀表等的傳統(tǒng)方案與基于質譜儀的方案各有特點，通過分析兩種方案的優(yōu)缺點，并估算兩者的投資費用。兩種方案的優(yōu)缺點比較見表1所列，綜合對比情況見表2所列。

表2 兩種方案綜合對比

續(xù)表2

2.3 質譜儀方案的優(yōu)勢

質譜儀能夠快速、準確、靈活地分析多個流路及多個組分的氣體，它采用磁扇掃描原理實現對多種氣體體積分數的檢測，主要工作原理： 由快速進樣系統(tǒng)導入氣體分子試樣，經過離子源將該試樣轉為離子態(tài)片段或氣體離子，然后按照試樣離子的質荷比不同，經過磁扇區(qū)時實現分離；被選定的離子進入檢測器；檢測器的輸出信號經過板載微處理器轉換，最終輸出的信號表征樣氣中各個組分的體積分數。在整個分析過程中，質譜儀工作在真空狀態(tài)，該真空系統(tǒng)由兩部分組成： 由選裝機械泵提供的初級真空和由渦輪分子泵提供的高度真空。

同時，質譜儀隨機配置軟件包，為在線分析系統(tǒng)提供了1套直觀的、信息豐富的、靈活的操作視窗，確保能夠通過計算機遠程初始化；顯示分析結果及系統(tǒng)診斷結果；也可以完全脫機獨立運行。

3 結束語

綜上所述，基于2臺質譜儀加2個分析小屋的新方案，一次性投資少；同時，由于該方案儀表數量少，維護工作量得到了較大程度的下降；在分析結果方面，該方案可以進行全組分分析，且精度、準確性和可靠性更高，和單表模式相比反應時間更快，能夠更好地反映裝置的真實情況。因此，基于質譜儀的方案更經濟、更合理，為日后類似項目分析儀表方案的選擇應用提供參考。