三催化装置在线仪表5000 系列PY-GAS采样系统的改造

邹杰华

（锦州石化公司 辽宁 锦州 121000）

1 再生系统分析仪采样系统现状

三催化再生系统分析仪采样系统共有两套，经常出现采样管线堵塞无法采样、脱水效果差造成分析仪进水和采样管线冻堵、分析仪损坏、样品管线腐蚀断裂等多种故障。在2007年11 月安装于一再的采样系统更是出现无法采出样品的故障。 针对上述情况经过我们长时间在现场观察研究，并查阅大量资料终于找出问题的所在，关键在于这两套采样系统处理粉尘、水分和S 的效果不好，从而导致了样气夹带很多杂质进入采样管线和分析仪，造成了众多故障的发生。 由于原有两套采样系统一套已经不能使用了， 另一套也接近报废，所以在报请公司领导确认后又购置了两套美国THERMO 公司生产的5000 系列PY-GAS 采样系统。 并于2008 年4 月三催化装置大修期间将两套系统安装到现场。 但是在5 月份投入生产使用后，样品处理效果依然不是很理想。 而且也使三催化装置再生系统的生产经常处于无监控运行状态。

2 5000 系列PY-GAS 采样系统不正常运行故障原因的查找、检修及恢复使用

2.1 系统故障原因查找

质检部在线仪表站组织所有技术人员放开手脚对该仪器展开了“大会诊”。 从该仪器的安装现场以及最基础的仪器使用手册开始着手。整套5000 系列PY-GAS 采样系统如图1所示。

图1

从图中我们可以得出工艺样品是如何被采样系统处理纯净后采出的。 这套系统全部为机械结构，整个样品处理采出是一个非常复杂的过程。 样品从工艺管线中因为压力的原因自动上升到PY-GAS 采样系统中，采样器中填充有许多过滤物件，在采样器的上部安装有一套制冷系统。 该制冷系统将自动上升的样品冷却，使样品中的水分脱掉，而采样器中的过滤物件在样品经过时将样品中的粉尘过滤掉，这样纯净的样品就从工艺管线中采出了。 在样品被采出的同时粘附在过滤物件上的粉尘以及少量的腐蚀性物质由于采样系统下部通入到达顶部的蒸汽被冷却后的冷凝水往下流的时候带了下来，达到了自清洗的功能。 在样品出口处还有一套温度控制器，该控制器主要控制样品出口温度低于30℃，一旦出口温度高于30℃，系统就会自动切断样品出口，样品就无法采出。 此时样品制冷系统就会不停的对样品进行制冷，直到出口温度低于30℃时样品出口阀门自动打开。 如果该套系统经常这样来回开关样品出口阀门，那就导致在线分析仪无法连续分析数据，还会经常出现报警现象，生产上也就不能平稳操作。

根据实际情况分析看出，造成故障的原因就在于样品出口的温度经常超温。 在继续查找技术资料和现场仔细勘察后发现该套系统的下方蒸汽入口处还有一个温度控制点，该控制点的温度高低直接影响到了样品出口处的温度。 那么如何控制住该点的温度就是关键所在，而影响该点温度过高的原因就在于进入采样系统的蒸汽压力过高和蒸汽量过大。 该套系统要求的蒸汽进入压力为15-40psig,而现场工艺只能提供压力超过140psig 的蒸汽。 只有把蒸汽压力降到系统要求的压力才能保证该点温度不会超过控制要求，那么解决蒸汽压力问题就是解决系统不能正常工作的关键所在。

2.2 系统故障检修

在确定了仪器故障点后，质检部相关领导和技术人员立即投入到降低蒸汽压力的工作中去。 首先考虑的是用何种方法来实施， 一般情况下管线气体降压均采用减压阀来实现。但是要降压的介质是高温蒸汽， 一般的减压阀都耐不住高温，若是购置耐高温减压阀一时半会儿根本实现不了。 若是把蒸汽关闭则该套系统的自清洗功能就废除了，那么用不了多久这套系统就会因为催化剂粉尘的堵塞和腐蚀性物质的腐蚀而报废。 于是在生产不能缺少分析数据的情况下，质检部相关人员决定用限流降压孔板来实现对蒸汽的控制，但是对于现场直径只有6mm 的管道来说根本没有现成的孔板可以使用。 唯一的办法就是自己制作两个符合要求的孔板。 制作孔板需要许多现场技术参数以及复杂的计算才能实现制作出来的孔板能够满足现场的技术要求。 技术人员先从蒸汽着手，工程上应用的水蒸汽大多处于刚刚脱离液态或离液态较近，它的性质与理想气体大不相同，应视为实际气体。 水蒸汽的物理性质较理想气体要复杂的多，故不能用简单的数学式加以描述。 饱和水蒸汽密度是温度或压力的一元函数，即

借助饱和水蒸汽密度表进行函数拟合，得到符合精度要求的解析式来计算饱和水蒸汽的密度。 过热水蒸汽情况比较复杂，其密度为温度、压力的二元函数，即

经过人们长期的探索， 工业上最常用的是压力低于16.65MPa，温度低于600℃范围的过热蒸汽和饱和蒸汽，属于IAPWS-IF97 公式的第2 区， 因此我们只需利用2 区提供的方程组进行计算即可。 以下是第2 区计算蒸汽比容的公式：

式中：p 为压力，MPa；v 为比体积，m3／kg；T 为温度，K；R为水物质气体常数，0.461 526 kJ·kg-1·K-1；ni，Ii，Ji为公式系数，可由数据表提供。 由此可计算出工业常用范围内水蒸汽的密度为：

由于重量等于密度乘以重力加速度g， 所以密度和重度有下列关系：

再根据流体力学中的伯努利方程式和连续性方程式推导出来的流量基本方程式求出孔板开孔情况：

式中：a——流量系数，它与孔板的雷诺数Re、空口截面积与管道截面积之比m 有关；

ε——膨胀系数，不可压缩的流体ε=1；

F0——孔板的开孔面积；

g——重力加速度；

ΔP——节流孔板前后的压力差。

Q——蒸汽的流量

r——蒸汽的重度

由此可见，当式中Q、a、ε、ΔP、r 一定时，孔板的开孔面积F0就可得出， 在经过简单计算就可以得到孔板的开孔直径了。

在得到关键数据后（孔板开孔直径为1.2mm），根据数据自己动手制作了两个限流降压孔板。

3 结论

在经过整整三个多月时间的研究、探索、检修和考察，两套5000 系列PY-GAS 采样系统终于又一次站到了它该在的岗位上。 这个项目的圆满完成主要解决了以下三个问题：

3.1 首先为三催化装置的生产操作提供了一个依据，生产操作可以根据5 套分析仪所提供的分析数据进行控制副回路对副风进行控制并与主回路形成串级对主风进行主风量和蒸汽量调节从而维持烧焦的强度。

3.2 其次质检部在充分发挥技术优势的同时几乎未花一分钱的情况下就为公司保证了两套采样系统的正常运行，节约了近60 万元的新设备购置费用。

3.3 另有在该采样系统的后部有五套在线分析仪，如果采样系统送出来的样品中含有较多的杂质就会损坏五套在线分析仪。

［1］张玉秀，编.化工仪表及自动化[M].化学工业出版社.

［2］仪表技术规范[Z].锦州石化公司.

［3］陈清山，刘烜伟，编译.最新世界CMOS 数字集成电路及互换手册:日本[M].中南工业大学出版社.

［4］陈清山，陈燕科，编译.最新世界集成模数和数模转换器及接口器手册：日本[M].中南工业大学出版社.