劉長(zhǎng)海

（山西晉煤華昱煤化工有限責(zé)任公司，山西 晉城 048000）

在線分析儀表的安全穩(wěn)定運(yùn)行，許多情況下與分析儀表本身無(wú)關(guān)，往往取決于樣品處理系統(tǒng)的完善度及其可靠性。以航天粉煤加壓氣化爐為例，多數(shù)項(xiàng)目的在線分析儀運(yùn)行普遍不好，其中樣品處理系統(tǒng)的問(wèn)題比分析儀多得多，因樣品處理不到位造成分析儀更換部件的項(xiàng)目不在少數(shù)，樣品處理系統(tǒng)的維護(hù)量遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)分析儀本身。

1 樣品處理定義

樣品處理系統(tǒng)是將一臺(tái)或多臺(tái)在線分析儀器與源流體排放點(diǎn)連接起來(lái)的系統(tǒng)，其作用是保證分析儀在最短的滯后時(shí)間內(nèi)得到有代表性的樣品，樣品的狀態(tài)適合分析儀所需要的操作條件。

樣品處理系統(tǒng)包括樣品提取、樣品傳輸、樣品處理、樣品排放四大基本功能。

樣品處理通常在取樣點(diǎn)和分析儀附近，為了便于區(qū)分通常將前者稱為前級(jí)處理單元，把后者稱為主處理單元。前級(jí)處理單元對(duì)取出的樣品進(jìn)行初步處理，使樣品適宜傳輸，縮短樣品的傳輸滯后，減輕主處理單元的負(fù)擔(dān)，如減壓、降溫、除塵、除水等；主處理單元對(duì)樣品進(jìn)一步處理和調(diào)節(jié)，如溫度、壓力、流量和精細(xì)過(guò)濾、除濕干燥、取出有害物等，安全泄壓和流路切換等。

2 航天粉煤氣化合成氣在線分析處理系統(tǒng)實(shí)例

航天粉煤加壓氣化爐，利用純氧和少量水蒸氣為氣化劑，高壓CO2或N2輸送煤粉，由特制的粉煤燒嘴送入高溫高壓的氣化室完成氣化反應(yīng)，生成以CO和H2為主要成分的合成氣。氣化室多余的熱量由水冷壁吸收產(chǎn)生中壓蒸汽，煤中的灰分形成熔渣和飛灰與高溫合成氣一同進(jìn)入激冷室進(jìn)行降溫分離后排出氣化爐，合成氣經(jīng)合成氣洗滌塔洗滌后送出氣化裝置，并在出界區(qū)前對(duì)合成氣氣體成分進(jìn)行取樣分析，粗合成氣高溫、高壓、高含水且高粉塵含量，其工作壓力為3.9MPa、溫度205℃。項(xiàng)目采用在線色譜分析儀、紅外分析儀對(duì)合成氣進(jìn)行分析，其樣品處理系統(tǒng)采用如圖1所示的處理方法。

圖1 原樣品處理系統(tǒng)圖Fig.1 Diagram of the original sample processing system

圖2 改進(jìn)后的樣品處理系統(tǒng)圖Fig.2 Diagram of the improved sample processing system

如圖1所示，第1步：取樣。首先，經(jīng)過(guò)取樣根部閥將合成氣送至前級(jí)處理單元（也稱預(yù)處理器），經(jīng)盤(pán)管（Tube Coil）式水冷器（HE）將合成氣的溫度降至60℃以下，冷卻水為0.4MPa的脫鹽水，出入口差壓保持在0.2MPa以上；第2步：合成氣出水冷器再經(jīng)氣液分離器（DV）進(jìn)行初級(jí)除塵除水，底部F口定期排污，側(cè)面G口連續(xù)排污；第3步：初級(jí)除塵出水后經(jīng)過(guò)T型過(guò)濾器過(guò)濾，再經(jīng)過(guò)背壓式減壓閥（PR）將樣品壓力降至0.2MPa；第4步：減壓后的樣品氣送至主處理單元（也稱處理器）進(jìn)行再次處理。首先，處理器設(shè)置了泄壓裝置，其次設(shè)置一個(gè)快速樣品回路用來(lái)快速取氣；第5步：進(jìn)一步旋風(fēng)制冷（AC）將樣品溫度降至5℃～10℃，最后經(jīng)過(guò)纖維可視過(guò)濾器再經(jīng)流量計(jì)調(diào)節(jié)進(jìn)入儀表分析。

3 在線分析儀預(yù)處理存在的不足

上述設(shè)計(jì)已具備較為完善樣品處理功能，涵蓋冷卻，初級(jí)除塵除水，減壓，樣品進(jìn)一步冷卻，快速回路，精密過(guò)濾，安全泄壓等主要功能，但仍存在缺陷與不足，具體如下：

①氣化剛出來(lái)的合成氣含灰分較高，經(jīng)較細(xì)的1/4”取樣管進(jìn)入冷卻器（HE）后，容易造成冷卻器及取樣管堵塞；②氣液分離器（DV）側(cè)面快速排水排氣回路（G接口）共用一根總排火炬管，截止閥（NV）前無(wú)止回閥。當(dāng)兩臺(tái)爐分析運(yùn)行時(shí)，如果一臺(tái)分析取樣壓力高于另一臺(tái)，容易造成分析氣體串氣，使兩臺(tái)爐分析的結(jié)果一致并可能造成另一臺(tái)低壓的分析儀表進(jìn)水損壞，或一臺(tái)爐突然意外停車(chē)時(shí)，維護(hù)人員未來(lái)得及停表，造成火炬氣中的水分進(jìn)入儀表處理系統(tǒng)中致使儀表?yè)p壞；③預(yù)處理減壓后的快速排水排氣回路位于旋風(fēng)制冷器（AC）之前，并非下方，這樣旋風(fēng)制冷器的水并不能完全排除，必須定期人工排除，這樣蒸發(fā)的水汽就可能進(jìn)到后方，影響測(cè)量指示；④表前纖維過(guò)濾器下方無(wú)排水收集裝置，當(dāng)過(guò)濾棉吸水飽和時(shí)，水汽可能進(jìn)入儀表，影響儀表測(cè)量；⑤未考慮阻水措施；⑥分析小屋低于火炬總管的情況下，當(dāng)樣品因堵塞壓力低或樣品減壓后壓力過(guò)低時(shí)，旋風(fēng)制冷器的排水會(huì)存在阻力，造成排水不暢；當(dāng)進(jìn)樣壓力低于火炬壓力與火炬管內(nèi)水柱壓力之和后，分析儀表就會(huì)進(jìn)水。

4 樣品處理系統(tǒng)的可靠性優(yōu)化改進(jìn)

為了合成氣在線分析儀的穩(wěn)定運(yùn)行，研究如下：①增加雙回路金屬直通過(guò)濾器，前后使用可靠閥門(mén)進(jìn)行切斷，經(jīng)過(guò)濾器過(guò)濾上方取樣，出口加裝限流孔板排放到火炬；②氣液分離器（DV）快速排氣排水回路截止閥（NV）前增加止回閥；③減壓后的快速排水排氣回路改至旋風(fēng)制冷器的下方；④在表前纖維過(guò)濾器下方增加自動(dòng)疏水裝置；⑤在纖維過(guò)濾器后方增加一個(gè)精密阻濕過(guò)濾器；⑥如果小屋低于火炬管，需在小屋低處增加自動(dòng)儲(chǔ)排水處理系統(tǒng)，保證去火炬的管子里無(wú)液柱形成，具體實(shí)施方案如圖2所示。

優(yōu)點(diǎn)：①增加雙回路過(guò)濾器，防止取樣管線冷卻器堵塞，過(guò)濾器可定期清理；②雙回路過(guò)濾器可來(lái)回切換，方便維護(hù)，延長(zhǎng)運(yùn)行時(shí)間；③過(guò)濾器到火炬小流量排放，可實(shí)現(xiàn)過(guò)濾器的自潔功能、樣氣的減壓功能；④氣液分離器（DV）快速排氣排水旁路增加止回閥，防止火炬的氣體及液體返回儀表及防止兩臺(tái)爐的樣氣串氣，影響儀表準(zhǔn)確測(cè)量或損壞儀表；⑤將減壓后的快速排氣排水回路改至旋風(fēng)制冷器的下方，可及時(shí)將旋風(fēng)制冷器冷卻下來(lái)的水汽排至火炬，防止氣體帶至管路后方；⑥在纖維過(guò)濾的下方增加自動(dòng)疏水裝置，可有效防止因纖維過(guò)濾棉吸水飽和后，水無(wú)法排出進(jìn)入儀表的現(xiàn)象出現(xiàn)，增加儀表的安全性，也可有效避免因維護(hù)不到位造成水汽進(jìn)表的現(xiàn)象發(fā)生；⑦在纖維過(guò)濾器后方增加一個(gè)精密阻濕過(guò)濾器，水飽和后會(huì)自動(dòng)阻斷樣氣回路，保障儀表安全；⑧受空間的限制，小屋必須安裝在火炬管的下方時(shí)，應(yīng)考慮增加自動(dòng)儲(chǔ)排水處理系統(tǒng)，從開(kāi)始設(shè)計(jì)初為小屋的穩(wěn)定運(yùn)行提供條件。

5 其它注意事項(xiàng)及維護(hù)

分析儀表的穩(wěn)定運(yùn)行，不僅需要完善的樣品處理方案，也離不開(kāi)維護(hù)人員的精心維護(hù)和細(xì)節(jié)上的注意。本樣品系統(tǒng)的使用應(yīng)注意以下幾點(diǎn)：①初級(jí)過(guò)濾器的過(guò)濾精度不易過(guò)高，過(guò)濾顆粒大小不易過(guò)小，應(yīng)保證50um左右即可，過(guò)小會(huì)增加過(guò)濾器的負(fù)擔(dān)且減少過(guò)濾的連續(xù)使用時(shí)間，過(guò)大會(huì)增加后續(xù)處理的負(fù)擔(dān)，易造成后續(xù)管路堵塞；②過(guò)濾后方孔板前后可增加旁路，可定期大流量沖刷過(guò)濾器的污垢，延長(zhǎng)過(guò)濾器在線使用時(shí)間；③水冷器內(nèi)部的盤(pán)管不易過(guò)小，過(guò)小口徑的盤(pán)管會(huì)增加樣品傳輸?shù)淖枇?，易造成冷卻器堵塞，3/8”的英制管較好；④氣液分離器（DV）的排水閥不易過(guò)大，也不易過(guò)小，過(guò)大的開(kāi)度易造成合成氣浪費(fèi)且后續(xù)取樣壓力提不上來(lái)，過(guò)小的開(kāi)度會(huì)造成冷凝所產(chǎn)生的水不能完全及時(shí)排除，從而將水帶入主處理單元，增加主處理單元壓力，主處理單元的除水能力較弱，過(guò)多的水易進(jìn)入儀表，進(jìn)而會(huì)造成儀表?yè)p壞，增加維護(hù)成本；⑤旋風(fēng)制冷器快速回路的管路要暢通，不能堵塞，這是主處理單元的重要除水管路，也是整個(gè)系統(tǒng)除水的最后保證；⑥當(dāng)遇到多臺(tái)裝置的分析儀表在一個(gè)分析小屋或多臺(tái)分析儀表共用一套排放系統(tǒng)的時(shí)候，從工藝、設(shè)計(jì)、集成商應(yīng)考慮足夠的防串防回流措施。

6 結(jié)束語(yǔ)

在線分析儀表在化工生產(chǎn)中越來(lái)越重要，樣品處理系統(tǒng)對(duì)在線分析儀表的穩(wěn)定運(yùn)行起著至關(guān)重要的作用，項(xiàng)目通過(guò)對(duì)設(shè)計(jì)樣品處理的方案分析及多家化工廠的運(yùn)行情況，對(duì)樣品處理系統(tǒng)進(jìn)行優(yōu)化，提高了樣品處理系統(tǒng)的可靠性，保證在線分析儀表的安全穩(wěn)定運(yùn)行。