氢气分析仪预处理系统故障分析与改造

袁 婧 谌海云 张 东

(1.西南石油大学电气信息学院，成都 610500；2.洛阳三隆安装检修有限公司，河南 洛阳 471012)

氢气分析仪预处理系统故障分析与改造

袁 婧1谌海云1张 东2

(1.西南石油大学电气信息学院，成都 610500；2.洛阳三隆安装检修有限公司，河南 洛阳 471012)

洛阳石化四联合硫磺一期回收装置急冷塔出口的氢气含量分析仪，自投用以来多次因预处理系统故障而无法长期稳定工作，给装置操作带来了很大影响，不仅无法精确控制氢气加入量，对产品质量也造成很大影响。为此，经现场维护工程师对该预处理系统进行故障分析后，进行了相应的技术改造。改造后的氢气分析仪能够正常运行且测量结果准确，为生产装置操作精度的提高和生产过程的优化提供了有力的保障。

氢气分析仪 硫磺回收 Claus尾气处理系统 预处理系统 故障分析与改造

气体分析仪表广泛应用于石油化工、煤化工及天然气等行业，能够实时反映生产状况并提供精确的测量参数。

硫磺回收装置尾气处理单元中，氢气分析仪表有助于实现氢气加入量的精准控制，对于该装置生产参数的控制和产品质量的提高都起着重要的作用。该装置尾气处理单元中的氢气组分分析系统的重要部分在于其预处理部分。为保证分析仪的长期稳定工作，则需要先对样气进行预处理再进行气体组分分析。在实际生产应用中，氢气分析系统故障多由其预处理系统故障引起，现通过对其进行故障分析进而提出有效的处理方案，并对原预处理系统进行技术改造，以保证该氢气分析仪能够长期稳定工作[1]。

为满足GB 16297-1996对大气污染物综合排放标准的要求，洛阳石化4万t/a硫磺回收一期装置采用二级转化Claus制硫工艺，尾气处理采用还原-吸收工艺，其工艺流程如图1所示。Claus尾气进入加热炉F2503，与炉内高温烟气混合，升温至280C后与外补氢气混合，进入加氢气反应器R2503。Claus尾气中含有的SO2、COS、CS2、液硫及气态硫等硫化物，经过加氢气反应后转化为H2S。过程气离开反应器进入急冷塔T2501，降温后的尾气自急冷塔塔顶出，进入尾气吸收塔T2502以除去尾气中的硫化氢气和部分二氧化碳。从吸收塔顶出来的净化气进入尾气焚烧炉F2502焚烧后经烟囱排出。

图1 硫磺回收装置尾气处理单元工艺流程

2 尾气处理单元氢气分析仪的作用

洛阳石化4万t/a硫磺回收一期装置尾气处理单元中氢气分析仪设计选用艾默生在线氢气浓度分析仪，仪表位号AT2510，测量范围0%～10%。该氢气分析仪AT2510正常工作时，能够精准控制氢气加入量，以确保尾气中SO2、COS、CS2完全转化成H2S。一旦该氢气分析仪停用，操作人员需加入过量氢气以避免尾气中未充分还原的SO2堵塞塔器床层，并以加氢气反应器出口和尾气焚烧炉出口温度作为参考来控制氢气的加入量以保持反应温度稍高于正常操作温度。此外，通过人工采样分析，保持尾气中氢气含量维持在8%～10%。该方案明显存在很大的时间滞后和氢气浪费。在装置开停工阶段，尤其是加氢气反应器催化剂预硫化与钝化阶段，精准控制氢气加入量对安全生产尤为重要。因此，在线氢气分析仪的正常运行，对装置开停工阶段降低生产操作安全风险，以及在正常生产期间提高操作精度和实现生产优化起着至关重要的作用。

3 氢气分析仪预处理系统的故障分析与改造

该氢气分析仪属于较为复杂的仪表且价格昂贵，所以对进入仪器的样品的温度、压力、水分、腐蚀性及灰尘量等要求十分严格。现场恶劣环境和复杂的生产过程又要求该氢气分析仪能够长期稳定、可靠、准确工作，这一矛盾只有通过样品预处理系统来解决，一旦预处理系统出现故障，其连锁效应不容小觑。

3.1氢气分析仪预处理系统故障分析

洛阳石化四联合硫磺一期氢气分析仪AT2510自投用以来，曾多次出现测量结果不准确的现象。通过对故障原因和处理方案的分析，发现问题在于该氢气分析仪的预处理系统存在设计缺陷。主要故障是由于该预处理系统过滤功能不够完善，无法为氢气分析仪提供合格的样品。对于含硫含氨的气体介质，原设计误选用电动隔膜泵作为采样引流泵，介质的结晶和腐蚀导致采样泵故障频繁出现且定期更换新隔膜的费用较大。此外，氢气分析仪发生故障时维修工作需在硫磺回收装置内进行，尤其是其预处理系统的拆除作业，这给作业人员带来了很大的中毒风险。

氢气分析仪AT2510预处理系统的原设计样品流路如图2所示。

图2 预处理系统原设计样品流路示意图

3.2氢气分析仪预处理系统改造方案

氢气分析仪预处理系统改造后样品流路示意图如图3所示。将电动隔膜抽气泵换为喷射泵，并以仪表风作为喷射泵的动力源。由于喷射泵适用于80～120kPa绝压，无运动部件故维修量小，适用于危险生产场合。此外，在仪表风线上新增空气减压过滤器，以保证喷射泵的长期稳定工作。在该系统气液分离罐后增加一级烧结金属过滤器(规格7μm)，与原过滤器(纤维滤芯过滤器)组成两级过滤，从而滤除粒度小的杂质，有助于延长氢气分析仪的使用寿命。增加采样管线的反吹功能，在旋冷仪的进口处引入一路仪表风，通过球阀1、球阀2、球阀3之间的切换实现采样管线的吹扫，保证维修人员的人身安全。

图3 处理系统样品流路示意图

氢气分析仪AT2510预处理系统经过改造后，采样介质经过预处理系统处理后进入氢气分析仪的流量不小于15mL/min，且该预处理系统能够实现对采样管线的吹扫为氢气分析仪长期稳定运行提供了可靠保证。

3.3氢气分析仪预处理系统改造后运行现况

该氢气分析仪预处理系统实施改造后，氢气分析仪AT2510能够正常稳定工作，且预处理系统的抽气量稳定并能够达到氢气分析仪的进表流量指标。该氢气分析仪自2014年初进行预处理系统改造后至今再未出现故障；期间对氢气分析仪进行标定的次数也相应减少。测量结果准确且与人工化验结果一致，经过与急冷塔T2501气体出口管线上的色谱在线分析仪AT2503的历史趋势对比分析，发现二者的测量数据趋势基本一致，且氢气分析仪的检测周期为5s，其实时性远优于周期为60s的色谱仪。加入的管线反吹扫功能，为作业人员的人身安全提供了可靠保障。实现了硫磺回收装置尾气处理单元氢气加入量的精准控制。减少了检修工作量，节省了维护成本。

4 结束语

洛阳石化4万t/a硫磺回收一期装置尾气回收单元氢气分析仪预处理系统进行改造后，氢气分析仪AT2510能够长期稳定工作，且其预处理系统的故障率大幅降低，但是仍有一些方面有待完善，即改用氮气作为喷射泵动力源可避免胺液氧化，此外喷射泵在运行时有一定的制冷效果，故需要延长分析仪的伴热时间。

笔者介绍的硫磺回收装置尾气处理单元中氢气分析仪预处理系统故障的分析与改造方案不仅得到了良好的应用并取得了理想的效果，亦可为同类在线分析仪表的故障排查与改造提供经验借鉴和参考。

[1] 曲鸿文.在线分析仪表在煤气化装置中的应用及其预处理系统的改造[J].化工自动化及仪表,2013,40(6):714～718.

TH832.4

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1000-3932(2016)01-0097-03

2015-12-07(修改稿)