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(chǎn)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(jù)。本文結(jié)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(jié),并對存在的問題提出相應的優(yōu)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(shù),保障崗位的安全生產(chǎn)。

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(chǎn)中,1～4號變換爐出口的具體變換氣參數(shù)見表2。

表2 變換爐出口變換氣參數(shù)

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(yè)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(zhì)的背景組分不同,并不一定都能適應[1]。因此,應根據(jù)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(xù)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(cè)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(jù)紅外線的吸收與吸光物質(zhì)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(jù)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(jù)工藝的實際參數(shù)配置相應的預處理裝置。

2 過程分析儀預處理裝置的優(yōu)化和應用

在正常的生產(chǎn)運行中,分析儀系統(tǒng)運行不穩(wěn)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?？偨Y(jié)故障原因后發(fā)現(xiàn)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(diào)整提高爐溫時,冷凝水極易進入分析儀氣室內(nèi),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(nèi),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(fā)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(nèi),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(nèi)未配置伴熱裝置,在冬季運行時,預處理裝置內(nèi)結(jié)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(yōu)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(yōu)點,分析儀樣氣通過針型閥調(diào)節(jié)后,冷凝罐內(nèi)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(jīng)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(nèi)。當冷凝水達到一定高度時,液位開關高點觸發(fā),電磁閥聯(lián)鎖打開,進行自動排水。當冷凝水低液位觸發(fā)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(nèi)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(nèi),放散樣氣進口位于氣液分離罐中部(見圖3),所產(chǎn)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(nèi)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(nèi)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(qū)域,所測量的介質(zhì)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(cè),避免伴熱管與裝置內(nèi)的柜體接觸,防止金屬熱傳導,造成內(nèi)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(chǎn)過程中的分析儀能否正常工作,應根據(jù)不同生產(chǎn)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(zhì)的選擇、樣氣介質(zhì)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(huán)節(jié)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(nèi)部及管線腐蝕和堵塞的物質(zhì),以及對測量有干擾的物質(zhì),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(huán)節(jié),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(wěn)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(nèi)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(zhì)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(chǎn)過程中,需要根據(jù)崗位的實際情況,制定相應的日常巡檢、維護內(nèi)容,并認真做好記錄,以便分析系統(tǒng)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(xiàn)的問題進行消除。由于分析儀的量程范圍不同、介質(zhì)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(xiàn)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(xiàn)的問題,保證檢修的質(zhì)量,確保在生產(chǎn)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(jié)語

在實際生產(chǎn)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(yōu)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(jié)。對于不同的工況、環(huán)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(fā),才能保障過程分析儀的可靠運行。