摘要:河南煤業(yè)化工集團中原大化公司煤化工50萬噸甲醇項目,甲醇裝置中05單元低溫甲醇洗用了一臺硫化氫分析儀,是Galvanic公司生產(chǎn)的902型硫化氫分析儀,它是用醋酸鉛紙帶法測量硫化氫含量的在線分析儀表。在線分析氣體中H2S含量,指導工藝操作;防止H2S泄露超標(H2S有劇毒,職業(yè)中毒限值為10ppmv)。用于降低生產(chǎn)過程中的風險,從而起到安全保護作用。
1、概述
河南煤業(yè)化工集團中原大化公司煤化工甲醇裝置中,合成氣凈化與甲醇合成單元,分別采用了德國魯奇公司低溫甲醇洗和丹麥托普索合成工藝的技術,均是目前世界上先進的工藝技術,具有自動化程度高、能耗低等特點。低溫濕洗原理是以拉烏爾定律和亨利定律為基礎,依據(jù)低溫狀態(tài)下的甲醇具有對H2S和CO2等酸性氣體的溶解吸收性大、而對H2和CO溶解吸收性小的特點,選擇性地脫除變換氣中的H2S和CO2等酸性氣體,從而達到凈化變換氣的目的。05單元低溫甲醇選用了一臺Galvanic公司生產(chǎn)的902型硫化氫分析儀,它采用醋酸鉛紙帶法測量硫化氫含量,用于在線分析氣體中H2S含量,指導工藝操作;防止H2S泄露超標(H2S有劇毒,職業(yè)中毒限值為10ppmv)。從而降低生產(chǎn)過程的風險,起到安全保護作用。
2、硫化氫分析儀測量原理及組成
2.1硫化氫分析儀測量原理
當恒定流量的氣體樣品從浸有醋酸鉛的紙帶上流過時,樣氣中的硫化氫與醋酸鉛發(fā)生化學反應生成硫化鉛褐色斑點,反應式如下: H2S+Pb(CH3COO)2→PbS+CH3COOH。
反應速率即紙帶顏色變暗的速率與樣氣中硫化氫濃度成正比,利用光點檢測系統(tǒng)測得紙帶變暗的平均速率,即可得知硫化氫含量。硫化氫分析儀每隔一段時間移動紙帶,以便進行連續(xù)測量,新鮮紙帶暴露在樣氣中的這段時間稱為測量分析周期時間(一般為3min左右)。
2.2硫化氫分析儀的組成
該硫化氫分析儀由樣氣處理系統(tǒng)、走紙系統(tǒng)、光電檢測系統(tǒng)、數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)等四部分組成。
① 樣品處理系統(tǒng):由過濾器、減壓閥、流量計、增濕器組成。旁路過濾器用于除塵和加快樣氣流動速度以減小分析滯后時間。減壓閥用于控制出口表壓在1.05×105Pa(15psig)。帶針閥的轉(zhuǎn)子流量計或臨界孔板用于控制樣氣流量,樣氣流量控制在100mL/min。增濕器用醋酸溶液使樣氣加濕,增濕器通常采用鼓泡器,樣氣經(jīng)醋酸溶液中鼓泡而增濕。也可采用滲透管結構,醋酸溶液滲透入管內(nèi)對樣氣加濕。醋酸溶液是冰醋酸(CH3COOH)加蒸餾水后制成的5%冰醋酸溶液。
② 走紙系統(tǒng):由紙帶密封盒、醋酸鉛紙帶、導紙輪、卷紙馬達和壓紙器組成。紙帶事先用5%醋酸鉛溶液浸泡,并在無H2S條件下干燥。
③ 光電檢測系統(tǒng):由樣氣室和光電檢測器組成。樣氣經(jīng)孔隙板上的孔隙與紙帶接觸。光電檢測器采用紅色發(fā)光二極管作為光源來照射紙帶,光探頭是一個硅光敏二極管,可將紙帶的明暗程度轉(zhuǎn)化成電信號,此電信號經(jīng)過傳感器放大電路放大成0~25mV信號。
④ 數(shù)據(jù)處理系統(tǒng):由微處理器、數(shù)字顯示器、打印機等組成。
3、系統(tǒng)軟件
硫化氫/總硫在線分析儀提供一套完整的軟件分析系統(tǒng),它是在Windows操作系統(tǒng)下安裝配套的軟件。經(jīng)I/O接口與計算機相連,軟件會自動尋找I/O接口中的新設備。當SF軟件安裝成功后,用戶就可以輕松的通過該軟件來設置分析儀內(nèi)部的各種系統(tǒng)參數(shù),包括設置硫化氫報警點,分析儀自動標定方式,LCD屏幕顯示內(nèi)容,取樣時間,故障分析等。
4、實例分析
醋酸鉛紙帶法H2S分析儀在一個測量分析周期時間(cycle time)內(nèi)光電檢測系統(tǒng)輸出信號的波形,其分析過程如下。
A—B段:電機運轉(zhuǎn),驅(qū)動紙帶進紙1/4英寸。
B—C段:采樣延遲時間(sampledelay),約l40s。在該時間段,參加反應的紙帶開始慢慢變黑,反應曲線呈現(xiàn)輕微的非線性關系。分析儀測得紙帶變暗過程呈非線性關系,認為測量結果不夠精確,因此無需更新顯示結果和分析儀輸出。但該測量結果仍可用于精確地預測樣氣濃度是否超過報警限。因此,在該時間段,每隔4s,分析儀計算出該時間段樣氣濃度的平均變化率和對應的硫化氫含量。如果含量超過報警限,分析儀將報警。報警時,分析儀只顯示測量到的最高實時數(shù)據(jù)。分析儀將一直處于預報警分析狀態(tài),直到硫化氫含量低于報警限。
C—D段:采樣時間(sampleinterval),30s。紙帶變黑速率在tl到t2時間段內(nèi)呈現(xiàn)線性關系。分析儀計算線性關系開始時刻tl處和采樣時間結束時刻t2處的紙帶黑度讀數(shù)。系統(tǒng)軟件根據(jù)兩個時間點的數(shù)據(jù)計算出紙帶變黑的速率,并換算成硫化氫濃度。
D—E段:分析儀將紙帶卷動進紙,新的一個測量分析周期重新開始。
5、安裝要求
該分析儀的安裝要求如下。
① 分析儀應安裝在沒有振動、壓力和溫度波動小的地方。
② 應盡量縮短從分析儀伸出的排放管長度,不應有直角拐彎。管道應有坡度下傾放置。
③ 分析儀安裝在機柜時,應留有一定空間,左側應留有約15 英寸的空間,用于打開面板安裝類型的紙帶防塵蓋。并應留有6 英寸的空間,用于排放管的連結。
④ 分析儀采用防爆外殼設計和防爆安全隔離電路。因此,在未切斷電源以前,不允許打開機蓋。
⑤ 如果沒有為分析儀配置樣氣系統(tǒng),用戶須提供能將壓力調(diào)節(jié)為10-20psig 的干凈氣體裝置。
6、故障分析及處理方法
6.1 紙帶斑塊形狀不成形,造成讀數(shù)不穩(wěn)定。
原因:(1)紙帶壓緊塊安裝不正確;(2)紙帶安裝不正確
處理方法:(1)確保紙帶壓緊塊壓在紙帶上;(2)取下紙帶,重新安裝。
6.2 紙帶斑點深淺不均勻,如上部或下部顏色更深,造成顏色不穩(wěn)定。
原因:紙帶壓緊塊安裝不正確。
處理辦法:松開紙帶壓緊塊的鎖緊螺釘,調(diào)整紙帶壓緊塊,使紙帶壓緊塊用力均勻,平穩(wěn)地壓在紙帶上。
6.3 紙帶斑點正常,讀數(shù)仍然不穩(wěn)定。
原因:(1)傳感器失效;(2)電纜與傳感器的連接松動;(3)氣流從排放管流入分析儀;(4)濕度過高,造成排放管結冰;
處理方法:(1)更換傳感器;(2)壓下電纜接頭,使連接緊密可靠;(3)檢查帶壓排放管是否工作正常;(4)確保排放管向下傾斜。
6.4 紙帶斑點重疊。
原因:(1)受紙輪松動;(2)斑塊顏色過淺;(3)步進電機工作不正常。
處理辦法:(1)擰緊受紙輪的制動螺釘;(2)增大空隙板的空隙尺寸;(3)更換電機。
6.5 紙帶斑塊間距不均勻
原因:聯(lián)軸器松動。
處理方法:擰緊聯(lián)軸器的制動螺釘。
6.6 采用已知濃度的標準氣進行標定時,紙帶斑塊顏色比正常情況變淺很多
原因:孔隙板的孔隙堵塞或不暢通。
處理方法:檢查并清洗孔隙板孔隙。
6.7 紙帶斑塊顏色過深
原因:孔隙板孔隙尺寸過大。
處理方法:更換安裝尺寸較小的孔隙板。
6.8 紙帶斑塊顏色過淺
原因:孔隙板孔隙尺寸過小。
處理方法:更換安裝尺寸較大的孔隙板。
6.9 總是存在無紙傳感器產(chǎn)生的報警
原因:(1)無紙傳感器失效;(2)安全隔離器失效。
處理方法:(1)檢查無紙傳感器;(2)更換安全隔離器。
6.10 4~20mA電流輸出與顯示值不一致
原因:量程設置不正確。
處理方法:確認正確的量程設置。
6.11 毫伏(mV)讀數(shù)隨時間向上移動
原因:孔隙板孔隙和樣氣室內(nèi)有塵埃堆積。
處理方法:清理孔隙板孔隙和樣氣室。
6.12 顯示屏顯示失真或無顯示
原因:存儲器(RAM)的數(shù)據(jù)出錯。
處理方法:將分析儀冷啟動。
6.13 指示誤差大
原因:增益沒調(diào)準。
處理方法:接上標準氣,反復調(diào)整增益,使表的指示與標準氣一致。
6.14 特殊情況,因我廠開車時,空氣中布滿硫化氫,致使整卷的紙帶在紙盒中顏色都變深,導致測量值偏大,整卷紙帶無法使用。
處理辦法:(1)凈化空氣,消除污染源;(2)對表進行改造,用純凈的壓縮氣一直吹掃紙帶盒,使紙帶盒內(nèi)氣壓略大于大氣壓,防止帶硫化氫的不潔空氣進入紙帶盒。
7、日常維護
分析儀表的正常穩(wěn)定運行與日常維護密切相關,主要的日常維護工作如下。
① 檢查樣氣壓力和流量是否在設定值,檢查過濾器濾芯,定期清洗或更換濾芯。
② 檢查紙帶是否快用完。紙帶大約每月更換一次。這與硫化氫濃度和需要響應時間有關。
③ 檢查紙帶傳送機構是否工作正常。
④ 檢查增濕器里醋酸溶液的液位,液位應該位于或接近紅線位置。
⑤ 檢查樣氣室是否有贓物和液體覆蓋。如果必要應清潔樣氣室。
⑥ 檢查紙帶上的斑塊。確保斑塊位于紙帶中央,而且邊緣清晰。如果邊緣斑塊模糊,需要調(diào)整壓緊塊,是紙帶和樣氣室之間的密封良好,這樣才會使斑塊邊緣輪廓清晰。
8、結束語
自從05單元低溫甲醇洗用硫化氫分析儀用于在線分析氣體中H2S含量以來,它對于指導工藝操作、防止H2S泄露超標、降低生產(chǎn)過程的風險,起到了安全保護作用。