徐建峰 鄧 捷

內(nèi)蒙古包鋼鋼聯(lián)股份有限公司焦化廠 014010

OMA-3510硫比值分析儀的在線分析應(yīng)用與維護(hù)

徐建峰 鄧 捷

內(nèi)蒙古包鋼鋼聯(lián)股份有限公司焦化廠 014010

本文介紹了克勞斯硫磺回收工藝中尾氣在線分析的重要性，論述OMA-3510硫比值分析儀的檢測(cè)原理，分析了其常見問題及解決辦法。

在線分析；克勞斯反應(yīng)；硫比值（H2S/SO2）

前言

在線分析（On-line Anaylsis）是生產(chǎn)過程中直接對(duì)被控制產(chǎn)品的特性量值進(jìn)行檢測(cè)分析。對(duì)任何一套克勞斯制硫裝置而言，尾氣H2S/SO2在線分析儀都是重要部件。尾氣在線分析儀的主要功能是實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)尾氣中H2S和SO2的濃度比，指導(dǎo)克勞斯?fàn)t的配風(fēng)調(diào)節(jié)，提高克勞斯制硫裝置的工作效率，對(duì)于環(huán)境保護(hù)和提升企業(yè)的經(jīng)濟(jì)社會(huì)效益至關(guān)重要。

1 克勞斯硫磺回收工藝

克勞斯(Claus)法是一種比較成熟的多單元處理技術(shù)，是目前應(yīng)用最為廣泛的硫回收工藝。

克勞斯反應(yīng)是一種平衡過程，受到熱力學(xué)及化學(xué)反應(yīng)條件的限制，裝置硫轉(zhuǎn)化率還取決于克勞斯反應(yīng)所需H2S對(duì)SO2物質(zhì)的量比精確調(diào)節(jié)，因此為了使裝置實(shí)現(xiàn)高效能運(yùn)行，必須控制H2S和SO2的比率盡量地接近于2:1。

其工藝流程為自脫硫裝置來的酸性氣全部進(jìn)入克勞斯?fàn)t，H2S氣體在克勞斯?fàn)t中與理論量的空氣混合后進(jìn)行燃燒，其中的H2S有1/3可氧化成SO2，并與未氧化的H2S一起進(jìn)入轉(zhuǎn)化器，進(jìn)行催化轉(zhuǎn)化。為完成部分燃燒反應(yīng)，通入克勞斯?fàn)t的空氣需嚴(yán)格控制，這是克勞斯法的操作關(guān)鍵。燃燒產(chǎn)物中除SO2、水和氮外，還有少量由H2S直接分解而生成的單質(zhì)硫。為回收熱量，燃燒產(chǎn)物在進(jìn)入轉(zhuǎn)化器之前先經(jīng)廢熱鍋爐發(fā)生蒸汽。自轉(zhuǎn)化器出來的反應(yīng)產(chǎn)物進(jìn)入冷凝冷卻器，液態(tài)硫磺流至硫磺池。其化學(xué)反應(yīng)過程如下：

由此可見，控制好H2S和SO2的比值是提高硫轉(zhuǎn)化率的關(guān)鍵，當(dāng)H2S和SO2的配比（簡(jiǎn)稱硫比值）為2:1時(shí)，硫的轉(zhuǎn)化率最高。由于在反應(yīng)過程中還存在其它副反應(yīng)。因此，通過調(diào)節(jié)酸性氣體和空氣的配比可實(shí)現(xiàn)硫轉(zhuǎn)化率和回收率的最大化。

2 OMA-3510硫比值分析儀的檢測(cè)原理

2.1 檢測(cè)原理

目前，硫比值（H2S/SO2）分析儀通常都是檢測(cè)H2S和SO2的體積百分比濃度的基礎(chǔ)上，將兩者相除，以獲得該比值。檢測(cè)方法主要有氣相色譜法和紫外光度法兩種方法。

OMA-3510是先進(jìn)的紫外全光譜分析技術(shù)開發(fā)的新一代硫磺比值儀，它采用原位測(cè)量技術(shù)+全譜分析單元。采用全譜分析技術(shù)，有效避免COS、CS2、Sv對(duì)H2S、SO2測(cè)量的干擾；特殊設(shè)計(jì)的探頭無需捕霧器，不易堵塞，響應(yīng)時(shí)間也進(jìn)一步縮短；儀表安裝管道旁邊，采用軟連接，安裝/操作/維護(hù)方便。該硫磺比值儀的光學(xué)檢測(cè)原理如圖1所示。

圖1 OMA-3510硫磺比值儀檢測(cè)原理

光源發(fā)出的紫外光匯聚進(jìn)入光纖，通過光纖傳輸?shù)綔y(cè)量室，穿過測(cè)量室時(shí)經(jīng)樣氣吸收后，通過光纖傳輸?shù)焦庾V儀，在光譜儀內(nèi)部經(jīng)過光柵分光，由二極管陣列檢測(cè)器將分光后的光信號(hào)轉(zhuǎn)換為電信號(hào)，獲得氣體的連續(xù)吸收光譜信息。由于它采用二極管點(diǎn)陣檢測(cè)器檢測(cè)出吸收光譜中不同波長(zhǎng)的強(qiáng)度，通過數(shù)據(jù)處理計(jì)算出多種氣體組分濃度，提高了分辨率和檢測(cè)靈敏度，同時(shí)有效地消除了其他硫化物對(duì)測(cè)量的干擾。

2.2系統(tǒng)組成

OMA-3510分析儀主要由探頭、全譜分析單元和氣路控制單元三部分組成。全譜分析單元主要由光源、電源、光譜儀、接口板、液晶顯示部件、繼電器控制六個(gè)模塊組成。主要實(shí)現(xiàn)氣體濃度的測(cè)量分析、顯示和通信，以及電磁閥的控制。

光源采用脈沖式氙燈光源，提供氣體分析所需要的特定波段的紫外光源。光譜儀采用全息光柵分光技術(shù)，獲得經(jīng)被測(cè)氣體吸收后的光源光譜。液晶顯示部件實(shí)現(xiàn)了信號(hào)處理、數(shù)據(jù)計(jì)算和人機(jī)交互等功能。接口板提供分析儀的對(duì)外接口，實(shí)現(xiàn)與DCS系統(tǒng)連接。

圖2 探頭結(jié)構(gòu)圖

圖3 硫磺比值儀檢測(cè)值變化曲線

探頭由氣體室、除硫器、采樣管和冷凝棒組成，主要實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的采集和處理，并把它反饋到中央單元。探頭的結(jié)構(gòu)如圖2所示。

探頭伸入管道的長(zhǎng)度視具體項(xiàng)目而定，原則上不影響氣流流動(dòng)即可。注意：探頭下方的斜口一定要逆氣流方向安裝。

OMA-3510氣路共有3路入口，分別為：儀表風(fēng)入口、蒸汽入口和量程效準(zhǔn)氣入口，其中儀表風(fēng)經(jīng)過過濾減壓閥后分成三路進(jìn)入機(jī)箱，分別作為正壓防爆氣氣源，冷指氣及保護(hù)氣氣源，調(diào)零和抽吸氣氣源。共有5路氣路出口，全部由氣路控制單元連向探頭，管路內(nèi)分別流通：冷指氣，保護(hù)氣，抽吸氣，效準(zhǔn)及吹掃氣，伴熱氣。

2.3 使用

由圖3可見，H2S、SO2及H2S/SO2變化曲線。依據(jù)H2S/SO2趨勢(shì)，操作人員可及時(shí)調(diào)整進(jìn)入克勞斯?fàn)t的空氣量，使H2S和O2維持在合適的化學(xué)計(jì)量系數(shù)以使產(chǎn)生的尾氣中的兩種反應(yīng)物（H2S和SO2）都明顯出現(xiàn)并保持改良克勞斯工藝的2:1的比例，從而提高整個(gè)克勞斯制硫裝置的硫回收率，有效降低排放到大氣中的硫化物含量。

3 OMA-3510分析儀常見問題現(xiàn)象及解決辦法

3.1 當(dāng)H2S、SO2兩數(shù)值均長(zhǎng)時(shí)間為0時(shí)，可能原因?yàn)樘筋^堵塞或電磁閥泄露。解決辦法為：先進(jìn)入“手動(dòng)調(diào)零”菜單但并不點(diǎn)擊“開始調(diào)零”按鈕，幾分鐘后返回。然后關(guān)閉蒸汽和壓縮空氣的兩個(gè)球閥，觀察數(shù)值是否有變化，若兩個(gè)數(shù)值依然為0則證明探頭堵塞，此時(shí)需要疏通射流泵。若數(shù)值開始有變化且能恢復(fù)正常，但當(dāng)打開蒸汽或儀表風(fēng)球閥時(shí)幾分鐘后數(shù)據(jù)又回0，則說明電磁閥有內(nèi)漏，當(dāng)打開蒸汽球閥時(shí)為零則蒸汽電磁閥內(nèi)漏，反之為調(diào)零電磁閥內(nèi)漏。

3.2 若兩個(gè)數(shù)值出現(xiàn)亂跳的現(xiàn)象，即波動(dòng)幅度特別大，通過調(diào)風(fēng)等手段不能使其恢復(fù)正常。需拆下探頭上的光纖觀察是否有光發(fā)出，若無光發(fā)出則說明光路有故障，進(jìn)一步檢查光源及光纖。若光纖頭上有光發(fā)出則清潔光纖和透鏡并裝好后進(jìn)入“手動(dòng)反吹”菜單進(jìn)行兩次到三次手動(dòng)反吹，之后觀察是否數(shù)值恢復(fù)正常，若恢復(fù)正常需進(jìn)入“手動(dòng)調(diào)零”菜單兩分鐘后點(diǎn)擊開始調(diào)零按鈕。若不能恢復(fù)正常，需聯(lián)系工藝進(jìn)行采樣化驗(yàn)，確認(rèn)工況的實(shí)際情況，再作判斷。

3.3 系統(tǒng)長(zhǎng)時(shí)間無維護(hù)后可能由于光譜下降出現(xiàn)數(shù)值都有變化但比較異常，此時(shí)應(yīng)察看“組分參數(shù)”菜單中的零點(diǎn)系數(shù)一欄，零點(diǎn)系數(shù)偏差會(huì)比較大，此時(shí)需要維護(hù)透鏡。擦洗完透鏡后需要進(jìn)入“手動(dòng)調(diào)零”菜單并點(diǎn)“開始調(diào)零”按鈕。擦洗完透鏡后系統(tǒng)需要10到20分鐘的預(yù)熱數(shù)值才會(huì)恢復(fù)正常。

4 結(jié)語

在線分析得到的是實(shí)時(shí)的分析數(shù)據(jù)，能真實(shí)地反映生產(chǎn)過程的變化，通過反饋線路，可立即用于生產(chǎn)過程的控制和優(yōu)化。保證在線分析儀穩(wěn)定運(yùn)行的關(guān)鍵是日常維護(hù)中要做到細(xì)檢查、勤維護(hù)，及時(shí)發(fā)現(xiàn)問題，排除故障。

[1]樂嘉謙.儀表工手冊(cè).化學(xué)工業(yè)出版社，1998

[2]章順增.在線分析儀表維修工.化學(xué)工業(yè)出版社，2004

10.3969/j.issn.1001-8972.2013.06.016