李姍姍

(燕山石化運行保障中心儀表二部，北京 102500)

燕山石化乙烯裂解爐氧分析儀優(yōu)化改造

李姍姍

(燕山石化運行保障中心儀表二部，北京 102500)

本文針對燕山石化乙烯裝置裂解爐氧化鋯氧分析儀換型改造做了相關介紹。重點提出了改造中針對分析系統(tǒng)取樣方式、安全性能和檢驗方式幾個方面的改進。并根據(jù)工作經(jīng)驗總結(jié)了氧化鋯氧分析儀日常維護的注意事項和常見故障處理的方法。

氧化鋯氧分析儀 裂解爐 Servomex 2700

1 前言

爐膛氧和可燃氣含量的測量可為裂解爐的燃燒控制提供參考數(shù)據(jù)，在提高裂解爐燃燒效率和減少環(huán)境污染中起到很大的作用。燕山石化乙烯裝置裂解爐原氧分析儀存在測量數(shù)據(jù)波動較大的現(xiàn)象，無法給工藝提供平穩(wěn)可靠數(shù)據(jù)。在2012年進行優(yōu)化改造時，選用Servomex公司2700型氧分析儀。經(jīng)實際使用發(fā)現(xiàn)，其運行平穩(wěn)，故障率較低，能為裂解爐的燃燒控制提供更精準數(shù)據(jù)。

2 氧化鋯分析儀在裂解爐燃燒控制中作用簡介

氧化鋯氧分析儀是控制乙烯裂解爐經(jīng)濟燃燒中重要在線分析儀表，其主要作用是節(jié)能、減少環(huán)境污染和延長爐齡。在乙烯裂解爐燃燒控制中，若含氧量過低，燃料燃燒不充分，降低熱效率，同時產(chǎn)生的黑煙也會污染環(huán)境；若含氧量過高，雖可使燃料充分燃燒，過剩的空氣會帶走部分熱量，也會降低熱效率，而且過剩的氧會與燃料中的硫和煙氣中的氮氣反應，生成SO2、SO3、NOx等有害物質(zhì)污染環(huán)境[1]，也會對爐子有損害。測量可燃氣含量(主要是CO)，能更直觀的顯示燃料燃燒的狀況，為燃燒控制提供參考，保證燃料安全充分的燃燒。

3 氧化鋯氧分析儀的工作原理和結(jié)構(gòu)

在乙烯裂解爐中使用的是帶可燃氣體探頭的氧化鋯分析儀?？扇細怏w檢測器是利用可燃氣體與氧氣發(fā)生催化燃燒反應來測可燃氣含量，氧化鋯分析儀是利用氧化鋯濃差電池來測定氧含量的電化學分析儀。在高溫下，氧化鋯元件電極兩邊的氧含量不相等時，便形成氧濃差電勢[2]，其大小與氧濃度關系符合能斯特公式[3]。

氧化鋯氧分析儀由探頭裝置和控制單元組成。探頭裝置包括引射風取樣系統(tǒng)、加熱及測溫系統(tǒng)、可燃氣傳感器、氧傳感器以及探頭裝置的供電系統(tǒng)?？刂茊卧呻娫聪到y(tǒng)，控制系統(tǒng)，傳感器信號處理，模擬、報警輸出，顯示器及鍵盤操作系統(tǒng)組成。其主要作用是控制探頭內(nèi)部溫度，將檢測探頭的毫伏信號轉(zhuǎn)換為數(shù)值顯示和4～20mA輸出，并輸出一系列報警信號。

4 氧分析儀的優(yōu)化改造

4.1 改造前存在的問題

改造前的氧分析儀于2000年投用，使用時間較長，在當時是很先進的儀表，但隨著實際使用，暴露出很多不足。并且由于儀表的老化，故障率也越來越高。主要存在以下幾個問題：

(1)儀表指示值受爐膛溫度和煙氣流速的影響較大，易產(chǎn)生波動；

(2)在儀表校驗時，校驗過程比較慢，并且很難校準；

(3)取樣探管和保護套管間易積灰引起堵塞，導致樣品不能連續(xù)穩(wěn)定循環(huán)造成示值波動、反應遲緩；

(4)在開停爐過程中由于溫度大范圍變化，易導致鋯管因內(nèi)外電極熱膨脹系數(shù)不一致而損壞。

4.2 改造后的效果

經(jīng)過2012年換型改造后的儀表系統(tǒng)與原來儀表對比，主要在以下幾個方面有了改進：

(1)取樣方式的改進

原有樣氣取樣采用熱對流式[4]，樣氣在溫差作用下擴散進入檢測器，過程緩慢，很可能存在滯留。而且爐膛溫度和煙氣的流速會對樣氣的流通產(chǎn)生影響，容易造成測量波動。

新的氧表的取樣方式為引射風取樣，利用空氣射流抽提器將煙氣抽吸到檢測探頭處，然后再進行測量。氧化鋯探頭內(nèi)部氣路圖如圖1所示。干燥儀表風進入引射風/參比氣入口，一路作為參比氣進入鋯管參比端，另一路則經(jīng)過空氣射流抽提器進入爐膛，并在此處形成負壓區(qū)。在負壓作用下，樣氣運動到鋯管測量端，然后到可燃氣檢測器，最后進入爐膛。通過這種氣路方式，兩個檢測器處的氣路是流通的，由于有空氣作動力進行負壓抽吸，其流通速度很快。樣氣在鋯管處的流動方式如圖2所示，這就使鋯管測量端的樣氣不斷更新，不會產(chǎn)生滯留。

圖1 2700的氧化鋯探頭內(nèi)部結(jié)構(gòu)氣路圖

對比兩種取樣方式，新的氧表取樣的響應速度更快，更能保證樣品的代表性。且樣氣的流速由引射風的流速來控制，不受煙氣溫度和流速的影響，保證測量的穩(wěn)定性。運用反吹程序，反吹氣體可以從標準氣入口反吹采樣探管和過濾器，有效的預防其堵塞，這也解決了原儀表取樣探管容易堵塞的問題。

圖2 氧化鋯鋯管內(nèi)部氣體流路圖

(2)安全性的改進

出于安全性的考慮，新的氧表在兩個檢測器和爐膛間的管路上都加裝了阻火器(其位置見圖1)。當停爐后，爐內(nèi)有大量可燃氣時，由于檢測器探頭內(nèi)溫度很高，很容易引燃爐內(nèi)可燃氣，導致爐子爆炸。加裝了阻火器后，保證了爐子的安全，消除了一重大安全隱患。而這是原有儀表所沒有的。

(3)校驗方式的改進

原氧表的校驗是通過對電位器的調(diào)整來改變檢測器爐溫，從而使氧濃差電勢改變。爐溫的變化過程比較緩慢，從而造成分析儀讀數(shù)的穩(wěn)定性偏差，引起示值波動，且不容易校準。Servomex 2700型氧化鋯氧分析儀通過在放大電路中調(diào)整電勢的放大系數(shù)來校正指示值的，這種方法反應快速、準確，校驗效果更好。

4 投用和日常維護注意事項

在裂解爐氧分析儀的優(yōu)化改造后，使用效果良好。為了保證儀表的平穩(wěn)運行，在儀表投用和日常維護中要注意以下幾點：

(1)新上氧化鋯探頭需運行一天以上才能進行校準

新上氧化鋯探頭中存在一些水分或可燃性物質(zhì)，如果此時進行校準，在高溫條件下水分蒸發(fā)，可燃性物質(zhì)燃燒，消耗了參比端部分氧，造成氧含量測量值不準。需要等到水分和可燃物質(zhì)被新鮮空氣置換干凈后，才能使測量準確。

(2)在校驗分析儀時，選用標準氣需注意的問題

氧化鋯氧分析儀都是以新鮮干燥空氣作參考氣，校驗需用新鮮干燥空氣作量程氣，不能用鋼瓶空氣，因為兩者中的氧含量往往有差異。也不能選用純氮氣做零點氣，因為氧含量為零或接近零時，測量值呈嚴重的非線性，造成測量不準，一般選用含氧0.5%～2.5%的氣體作零點氣。

校驗可燃氣傳感器時，所用量程氣應以清潔干燥空氣作為平衡氣。因為可燃氣體檢測需要與氧氣發(fā)生反應，若校驗氣中氧氣含量過低或無氧氣，則會使校驗時測量值較低甚至為零。通常選用含1500×10-6的CO、干燥空氣做平衡氣的混合氣體為量程氣。

(3)在短期停爐檢修時不要停表

因為鋯管為陶瓷管，在停、起表過程中遇到急冷、急熱易使鋯管斷裂。鋯管上電極也會因與鋯管熱膨脹系數(shù)不同而脫落。并且，停表后傳感器易受潮，再次送電時易損壞檢測器。

5 常見故障處理方法

根據(jù)對此類氧化鋯氧表的維護及一些故障處理經(jīng)驗，總結(jié)出常見的幾類故障和處理方法：

(1)氧含量指示值偏高

當氧含量指示值偏高且無法校準時，可能原因是檢測器爐溫過低(<650℃)[5]，或者鋯管破裂漏氣。如果爐溫正常，應在工作溫度下測鋯管阻值，正常時約為50Ω，若大于100Ω[6]，此鋯管已無法使用，應進行更換。

(2)氧含量指示值偏低

儀表氧含量指示偏低，可能是爐溫過高(>750℃)；或者探頭過濾器堵塞使氣阻增大，影響被測氣體中氧分子的擴散速度。如果爐溫正常，需用儀表風反吹探頭(反吹氣與標準氣共用一個入口)，清洗過濾器，如無法疏通，則應更換過濾器。

(2)氧含量指示值波動或變化緩慢

氧含量指示波動大，可能是儀表內(nèi)部管線有泄漏，或是引射風的流量不穩(wěn)造成樣氣波動。否則需檢查樣品過濾管、內(nèi)部阻火器是否堵塞，傳感器探頭排氣孔有無限流等問題，這些也會造成樣氣流量不穩(wěn)或流量過低，使氧量指示波動或變化緩慢。

6.結(jié)束語

通過對裂解爐氧分析儀的優(yōu)化改造，新型的儀表運行平穩(wěn)，測量準確，儀表故障率明顯降低，大大降低了維護人員的工作量。若要使儀表長期平穩(wěn)運行，為工藝提供穩(wěn)定、可靠的數(shù)據(jù)，仍要靠我們?nèi)粘５挠眯木S護。

[1]王森，朱炳興.儀表工習題集.北京：化學工業(yè)出版社，2009：48.

[2]江光靈.在線分析儀表.北京：化學工業(yè)出版社，2006：53.

[3]石油化工設備維護檢修規(guī)程.北京：中國石化出版社，2004：122.

[4]2700燃氣分析儀操作手冊.北京科力通儀技術發(fā)展有限公司。

[5]2700燃氣分析儀操作手冊.北京科力通儀技術發(fā)展有限公司

[6]朱忠波.氧化鋯分析儀在生產(chǎn)過程中的應用及故障處理.黑龍江科技信息，2008，(1)：3.

Improvement of zirconia oxygen analyzer in ethylene unit of Yanshan petrochemical company.

Li Shanshan

(YanshanPetrochemicalcompanyofSINOPEC，Beijing102500，China)

This article introduces the improvent of zirconia oxygen analyzer in ethylene unit of Yanshan petrochemical company. It focuses on the sampling system, safety performance and the way of calibration.

zirconia oxygen analyzer;pyrolyzer; Servomex 2700

李姍姍，女，1986年出生，2009年畢業(yè)于中國石油大學(華東)自動化專業(yè)。同年參加工作，在燕山石化公司生產(chǎn)運行保障中心從事在線分析儀表運行與維護工作。

10.3936/j.issn.1001-232x.2015.04.008

2015-01-26