摘 要：隨著社會(huì)的發(fā)展，企業(yè)節(jié)能減排、安全生產(chǎn)的要求日益重要，在線分析儀器在我國(guó)石油、化工、冶金等工業(yè)生產(chǎn)、環(huán)保、安全領(lǐng)域的使用量與重要性與日俱增。本文研究了二氧化氯制備系統(tǒng)中的在線氫氣分析成套系統(tǒng)的儀表選型，預(yù)處理系統(tǒng)設(shè)計(jì)、分析小屋設(shè)計(jì)。

關(guān)鍵詞：氫氣分析；分析成套；設(shè)計(jì)

一、工藝流程及要求

在氯酸鈉電解系統(tǒng)電解槽內(nèi)通入直流電，Nacl溶液被電解，產(chǎn)生Naclo3，H2；過量H2中含氯，經(jīng)堿洗后，通過一根25m高的排氣筒排放。

在排放口，設(shè)置H2分析，樣氣工藝條件如下：

位號(hào)：AT-102；

背景組份：H2：43%，N2：49%，CO2：1%，H2O：7%；

溫度：15-60℃；

壓力：0-1kpa。

由于氫氣的導(dǎo)熱系數(shù)與其它組分的顯著差異，本項(xiàng)目采用ABB EL3060+Caldos27熱導(dǎo)式分析儀表，配置合適的預(yù)處理系統(tǒng)，進(jìn)行連續(xù)取樣分析，信號(hào)送入DCS指示。

分析小屋放置于裝置內(nèi)，裝置防爆區(qū)域劃分為II區(qū)。

二、預(yù)處理系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)

根據(jù)上述要求，設(shè)置預(yù)處理流程為：

被測(cè)氣體通過真空噴射泵JP1取樣，經(jīng)探頭GP1引入到分析機(jī)柜；氣體通過旋風(fēng)制冷（XF1，CC），除去水份后，通過紙過濾器AF1，送入分析儀AT-102進(jìn)行分析，分析后氣體引至高處排放。

待測(cè)氣體從探頭GP1引入到分析機(jī)柜的管路采用蒸汽伴熱保溫HH1，采用輕伴熱，維持一定的溫度即可。

利用旋風(fēng)制冷器XF1產(chǎn)生的冷凝介質(zhì)，通入熱交換器CC，與被測(cè)氣體進(jìn)行熱量交換，除去水份；熱交換器可拆卸更換，方便維護(hù)；熱交換器CC本體，設(shè)置溫度就地指示，方便直觀調(diào)節(jié)。旋風(fēng)制冷器的冷端管路采用保冷處理。

由于樣氣管道壓力較小，系統(tǒng)采用真空噴射泵引流。

冷凝水采用氣動(dòng)蠕動(dòng)泵排水，通過定時(shí)器定時(shí)接通蠕動(dòng)泵氣源，開啟蠕動(dòng)泵，完成排水。

系統(tǒng)機(jī)柜外形尺寸為2100H×850W×750Dmm，材質(zhì)為304不銹鋼；由于樣氣通過堿洗后，帶有微量堿液，所以氣體分析管路采用F46材質(zhì)，耐強(qiáng)酸強(qiáng)堿，閥門組件采用316L材質(zhì)。

三、分析小屋方案設(shè)計(jì)

分析小屋的大小為2500（L）×2000（W）×2700（H）mm，外墻采用1.5mm厚的不銹鋼板制作，內(nèi)墻采用1.2mm厚鍍鋅板，內(nèi)外墻之間采用阻燃性材料填充，厚度為75mm，內(nèi)外墻及屋頂由п型鋼板拼裝鉚接。地板采用2mm厚花紋鋼板，防滑處理，底座用槽鋼焊接。小屋頂部四周配有起重用的吊耳，滿足4噸載荷要求。

門為外開單扇型，凈尺寸為2200（H）×900（W）mm，材質(zhì)為噴塑鋼板。門上開一個(gè)500×500mm防爆玻璃夾絲安全玻璃制成的觀察窗，帶阻尼限位閉門器和推桿式逃生鎖，門外有鎖孔及把手。

小屋外部配有接線箱和鋼瓶固定架，此側(cè)采用向外延伸800mm的防雨檐，起擋雨和遮陽(yáng)作用。分析儀殘氣放空總管引到小屋上方，并裝配防雨罩和阻火器。

分析小屋內(nèi)部墻上留有備用插座，以利于維護(hù)時(shí)用電。分析小屋內(nèi)外的各類電器儀表設(shè)備應(yīng)有防爆安全認(rèn)證，滿足Exd IICT4防爆要求。墻內(nèi)所有小屋電纜采用穿鋼管方式鋪設(shè)。小屋的電源/信號(hào)接線端子數(shù)預(yù)留20%。

分析小屋設(shè)置了事故通風(fēng)系統(tǒng)，平時(shí)換氣次數(shù)為6次/h，聯(lián)鎖時(shí)換氣次數(shù)為12次/h，風(fēng)壓為100 Pa。可燃?xì)怏w為H2，比空氣輕，故風(fēng)機(jī)設(shè)在墻體上部。防爆風(fēng)機(jī)在室內(nèi)外設(shè)手動(dòng)控制開關(guān)，帶止回閥，防雨百葉及防蟲網(wǎng)。

小屋頂部設(shè)置 H2 氣體檢測(cè)器，旋光報(bào)警燈安裝在分析小屋外面。當(dāng)檢測(cè)可燃?xì)怏w泄露，報(bào)警燈閃爍報(bào)警，同時(shí)風(fēng)機(jī)全打開，進(jìn)行通風(fēng)。小屋內(nèi)置防爆空調(diào)和暖氣系統(tǒng)，容量滿足小屋體積需求。

四、儀表選型

H2分析儀測(cè)量原理為熱導(dǎo)式，量程為0～100%，精確度≤ 1% F.S，輸出信號(hào)型式4～20 mA，測(cè)量池材料傳感器為金，氮氧化硅；樣氣室為耐酸鋼1.4305，電源等級(jí)為220VAC，50Hz，防爆等級(jí)為Ex de IICT4，電氣接口為2x1/2 NPT（F）；氣路接口￠6mm，H2分析儀Caldos27分析氣量最大為100 l/h。

渦流制冷器利用高速氣流，流入渦流室，高速旋轉(zhuǎn)，強(qiáng)大的離心力將氣流中高能量氣體分子與低能量分子分離開來(lái)，分別引出后，壓縮空氣被分成了低溫氣體和高溫氣體，低溫氣體用作熱交換器進(jìn)行能量交換。

樣氣分子量2×43%+28×49%+44×1%+18×7%=16.28，取氫氣比熱容為14J/（g·℃），樣氣流量為100 l/h，從65度降到4度，需要制冷量為100/22.4×16.28×（65-4）×14=62067.5J。1Cal=4.184J，換算得14.834Kcal。選擇XFSW0609旋風(fēng)制冷器，在6個(gè)大氣壓下，制冷功率大于105Kcal/h，完全滿足預(yù)處理要求。

真空發(fā)生器利用在不同輸入氣體壓力下獲得的真空度來(lái)引流，選用316L材質(zhì)，H2分析儀Caldos27分析氣量最大為1.67 l/min，根據(jù)下表，選用XFD-03完全滿足要求。

五、結(jié)語(yǔ)

一套好的分析系統(tǒng)，需要從設(shè)計(jì)，采購(gòu)，組裝，調(diào)試，維護(hù)所有方面做到精益求精，每一個(gè)環(huán)節(jié)都有他重要的一面，本篇文章僅是通過設(shè)計(jì)角度考慮系統(tǒng)需要哪些功能，以便從源頭解決問題，為日后的設(shè)備長(zhǎng)期有效運(yùn)行提供一個(gè)好的平臺(tái)。由于篇幅有限，對(duì)設(shè)計(jì)中需要計(jì)算的地方進(jìn)行了簡(jiǎn)化，內(nèi)容僅供參考。

參考文獻(xiàn)：

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[2] 劉慶先，歐陽(yáng)琨.熱導(dǎo)式氫分析儀在加氫裝置上的應(yīng)用.中國(guó)儀器儀表，2000，4.

作者簡(jiǎn)介：楊春明，男，漢族，江蘇鹽城人，本科，化工儀表設(shè)計(jì)師。