OMA-3510硫比值分析仪的在线分析应用与维护

徐建峰 邓 捷

内蒙古包钢钢联股份有限公司焦化厂 014010

OMA-3510硫比值分析仪的在线分析应用与维护

徐建峰 邓 捷

内蒙古包钢钢联股份有限公司焦化厂 014010

本文介绍了克劳斯硫磺回收工艺中尾气在线分析的重要性，论述OMA-3510硫比值分析仪的检测原理，分析了其常见问题及解决办法。

在线分析；克劳斯反应；硫比值（H2S/SO2）

前言

在线分析（On-line Anaylsis）是生产过程中直接对被控制产品的特性量值进行检测分析。对任何一套克劳斯制硫装置而言，尾气H2S/SO2在线分析仪都是重要部件。尾气在线分析仪的主要功能是实时监测尾气中H2S和SO2的浓度比，指导克劳斯炉的配风调节，提高克劳斯制硫装置的工作效率，对于环境保护和提升企业的经济社会效益至关重要。

1 克劳斯硫磺回收工艺

克劳斯(Claus)法是一种比较成熟的多单元处理技术，是目前应用最为广泛的硫回收工艺。

克劳斯反应是一种平衡过程，受到热力学及化学反应条件的限制，装置硫转化率还取决于克劳斯反应所需H2S对SO2物质的量比精确调节，因此为了使装置实现高效能运行，必须控制H2S和SO2的比率尽量地接近于2:1。

其工艺流程为自脱硫装置来的酸性气全部进入克劳斯炉，H2S气体在克劳斯炉中与理论量的空气混合后进行燃烧，其中的H2S有1/3可氧化成SO2，并与未氧化的H2S一起进入转化器，进行催化转化。为完成部分燃烧反应，通入克劳斯炉的空气需严格控制，这是克劳斯法的操作关键。燃烧产物中除SO2、水和氮外，还有少量由H2S直接分解而生成的单质硫。为回收热量，燃烧产物在进入转化器之前先经废热锅炉发生蒸汽。自转化器出来的反应产物进入冷凝冷却器，液态硫磺流至硫磺池。其化学反应过程如下：

由此可见，控制好H2S和SO2的比值是提高硫转化率的关键，当H2S和SO2的配比（简称硫比值）为2:1时，硫的转化率最高。由于在反应过程中还存在其它副反应。因此，通过调节酸性气体和空气的配比可实现硫转化率和回收率的最大化。

2 OMA-3510硫比值分析仪的检测原理

2.1 检测原理

目前，硫比值（H2S/SO2）分析仪通常都是检测H2S和SO2的体积百分比浓度的基础上，将两者相除，以获得该比值。检测方法主要有气相色谱法和紫外光度法两种方法。

OMA-3510是先进的紫外全光谱分析技术开发的新一代硫磺比值仪，它采用原位测量技术+全谱分析单元。采用全谱分析技术，有效避免COS、CS2、Sv对H2S、SO2测量的干扰；特殊设计的探头无需捕雾器，不易堵塞，响应时间也进一步缩短；仪表安装管道旁边，采用软连接，安装/操作/维护方便。该硫磺比值仪的光学检测原理如图1所示。

图1 OMA-3510硫磺比值仪检测原理

光源发出的紫外光汇聚进入光纤，通过光纤传输到测量室，穿过测量室时经样气吸收后，通过光纤传输到光谱仪，在光谱仪内部经过光栅分光，由二极管阵列检测器将分光后的光信号转换为电信号，获得气体的连续吸收光谱信息。由于它采用二极管点阵检测器检测出吸收光谱中不同波长的强度，通过数据处理计算出多种气体组分浓度，提高了分辨率和检测灵敏度，同时有效地消除了其他硫化物对测量的干扰。

2.2系统组成

OMA-3510分析仪主要由探头、全谱分析单元和气路控制单元三部分组成。全谱分析单元主要由光源、电源、光谱仪、接口板、液晶显示部件、继电器控制六个模块组成。主要实现气体浓度的测量分析、显示和通信，以及电磁阀的控制。

光源采用脉冲式氙灯光源，提供气体分析所需要的特定波段的紫外光源。光谱仪采用全息光栅分光技术，获得经被测气体吸收后的光源光谱。液晶显示部件实现了信号处理、数据计算和人机交互等功能。接口板提供分析仪的对外接口，实现与DCS系统连接。

图2 探头结构图

图3 硫磺比值仪检测值变化曲线

探头由气体室、除硫器、采样管和冷凝棒组成，主要实现数据的采集和处理，并把它反馈到中央单元。探头的结构如图2所示。

探头伸入管道的长度视具体项目而定，原则上不影响气流流动即可。注意：探头下方的斜口一定要逆气流方向安装。

OMA-3510气路共有3路入口，分别为：仪表风入口、蒸汽入口和量程效准气入口，其中仪表风经过过滤减压阀后分成三路进入机箱，分别作为正压防爆气气源，冷指气及保护气气源，调零和抽吸气气源。共有5路气路出口，全部由气路控制单元连向探头，管路内分别流通：冷指气，保护气，抽吸气，效准及吹扫气，伴热气。

2.3 使用

由图3可见，H2S、SO2及H2S/SO2变化曲线。依据H2S/SO2趋势，操作人员可及时调整进入克劳斯炉的空气量，使H2S和O2维持在合适的化学计量系数以使产生的尾气中的两种反应物（H2S和SO2）都明显出现并保持改良克劳斯工艺的2:1的比例，从而提高整个克劳斯制硫装置的硫回收率，有效降低排放到大气中的硫化物含量。

3 OMA-3510分析仪常见问题现象及解决办法

3.1 当H2S、SO2两数值均长时间为0时，可能原因为探头堵塞或电磁阀泄露。解决办法为：先进入“手动调零”菜单但并不点击“开始调零”按钮，几分钟后返回。然后关闭蒸汽和压缩空气的两个球阀，观察数值是否有变化，若两个数值依然为0则证明探头堵塞，此时需要疏通射流泵。若数值开始有变化且能恢复正常，但当打开蒸汽或仪表风球阀时几分钟后数据又回0，则说明电磁阀有内漏，当打开蒸汽球阀时为零则蒸汽电磁阀内漏，反之为调零电磁阀内漏。

3.2 若两个数值出现乱跳的现象，即波动幅度特别大，通过调风等手段不能使其恢复正常。需拆下探头上的光纤观察是否有光发出，若无光发出则说明光路有故障，进一步检查光源及光纤。若光纤头上有光发出则清洁光纤和透镜并装好后进入“手动反吹”菜单进行两次到三次手动反吹，之后观察是否数值恢复正常，若恢复正常需进入“手动调零”菜单两分钟后点击开始调零按钮。若不能恢复正常，需联系工艺进行采样化验，确认工况的实际情况，再作判断。

3.3 系统长时间无维护后可能由于光谱下降出现数值都有变化但比较异常，此时应察看“组分参数”菜单中的零点系数一栏，零点系数偏差会比较大，此时需要维护透镜。擦洗完透镜后需要进入“手动调零”菜单并点“开始调零”按钮。擦洗完透镜后系统需要10到20分钟的预热数值才会恢复正常。

4 结语

在线分析得到的是实时的分析数据，能真实地反映生产过程的变化，通过反馈线路，可立即用于生产过程的控制和优化。保证在线分析仪稳定运行的关键是日常维护中要做到细检查、勤维护，及时发现问题，排除故障。

[1]乐嘉谦.仪表工手册.化学工业出版社，1998

[2]章顺增.在线分析仪表维修工.化学工业出版社，2004

10.3969/j.issn.1001-8972.2013.06.016