浅析在线分析仪表的选用

（新疆天智辰业有限公司，石河子市，832000）王利超

浅析在线分析仪表的选用

（新疆天智辰业有限公司，石河子市，832000）王利超

研究了监测对置四喷嘴水煤浆气化水洗塔出口合成气的相关技术手段。根据工艺控制必须不间断对不同组分含量进行监测的要求，兼顾到具体的项目，阐述了在线分析仪表的选型、预处理系统等基本机制，然后，根据水洗塔出口合成气具体工况，科学选定具有较高性价比的仪器，运行以后，合成气体积分数能够通过DCS进行显示，从而为安全高效生产奠定了基础。

在线分析仪表；合成气；选择；预处理

气流床反应器是对置四喷嘴水煤浆气化的设备，其步骤如下：加压以后的水煤浆输送到气化炉喷嘴和O2根据合适比例混匀，并将其喷到气化炉之中，炉中条件是，，发生快速火焰型反应（非催化性），科学合理的对氧量／水煤浆量进行控制，将其中部分的煤氧化，从而生成了水煤气。然后通过洗涤器、分离器、洗涤塔，最后得到合成气（含有H2O）。

1 合成气简介

水煤浆气化的主要原料是水煤浆与纯O2，场所是气流床反应器，基本条件是加压非催化，发生部分氧化反应，得到粗煤气，其有效组分为氢气和一氧化碳，并且还存在二氧化碳，甲烷与水蒸气等，在线分析仪表基本上用来分析一氧化碳、氢气、二氧化碳、甲烷，响应时间必须在十秒之内。

2 仪表选择

按照工艺需求来分析合成气中各种气体的含量。依据测量原理，选择质谱仪等各种仪表。通过质谱仪来进行，能够在很短时间之内获得各种气体体积分数，同时具有相对较小的滞后时间，且能够进行补偿与求解。通过气相色谱仪能够分析，但具有滞后性。不仅如此，后期色谱仪和质谱仪需要进行维护。选用若干台红外分析仪、加热导式分析仪，前者用来对一氧化碳、二氧化碳、甲烷进行测量，后者用来对氢气进行测量。前者的选择性系数非常高，在混合气中测量某种组分中非常适合，同时具有较高灵敏度、高精度响应时间。我们单位开展的某个项目里面使用的仪器，能够不间断对各种气体体积分数进行显示。四个在线分析仪配置于特定的分析盘柜里面，还配备一个气体预处理装置。粗合成气处在高温高压条件下，其中包含一定的灰，须通过降温、减压、除尘以后，到达分析室接着需要重新减压，同时分配试样，依次与四台分析仪连接。不仅如此，补偿计算需要在积累大量数据的前提条件下，发现相应的公式。对于红外分析仪（用来测定甲烷），利用眼睛其中甲烷体积分数来加以求解，这样获得气化炉的操作温度，于是就能够确定热电偶测量的气化炉温度，从而能够随时了解气化炉的工作情况，确保其处于良好状态。

3 预处理系统

为保证仪器及时得到良好的工艺试样，应安装相应的预处理系统。在线分析仪表需要样气满足严格的条件，其一定是洁净、干燥、没有腐蚀的气体，这样必须提前实施一定的预处理。仪表能否顺利工作，不仅由其质量所决定，而且还取决于预处理系统，其主要特征包括：运行周期长，无须过多的维护，保持样气组分固定。预处理步骤如下：将高压高温气体从水洗塔顶部取出，先利用减压阀对其进行减压，接着利用水封槽来加以洗涤、冷却与稳压，接着通过脱硫剂实施脱硫处理，然后利用五氧化二钒或硅胶将其中水分除去，于是变成能够进行分析的气体。具体主要包括以下内容。

3.1 试样提取

这一个环节必须确保试样有说服力，同时在满足平时分析需要的基础上降低取样量，经由取样系统以后无法造成其中组分及其含量的明显改变。洗涤塔取样装置具体（见图1），取样点处在顶部合成气出口管线上，组分里面的水蒸气量相对偏高（大体上是百分之六十），同时，介质里面存在着一定比例的固体颗粒（微尘、碳黑等，大致是）与副产物。

图1 取样装置简图

3.2 试样传输

该系统的功能是把试样从取样点送至过程分析仪表入口端。其传输时间是决定滞后性的关键所在，传输管线以直接达到分析仪为最佳，确保转角与弯头最小。项目试样传送管线主要使用管（材质为不锈钢，规格为）。因本项目处于气温较低的地方，合成气里面包含水蒸气大约百分之六十，须通过低压蒸汽来加以保温。不仅如此，传输管线需要尽量小，从而能够降低延时。

试样滞后时间是指分析仪响应时间与系统滞后时间之和。就连续型分析仪表来说，对比来说，其分析时限往往都符合条件。所以，试样从取样点输送至分析仪这个环节是其中的关键，涉及到处理试样的每一流程，最大限度地降低延时。试样系统滞后时间的求解具体能够通过体积流量计来进行：通过系统总容积（V）除去体积流量（qv），就能够得出传送时间Tt。具体求解式子：

Tt=V/qv

V主要包括试样处理部件与管线容积两方面：V=πd2L/4+ΣVi（其中，d与L分别用来指代传送管线内径与长度；Vi用来指代处理部件容积，i＝1，2，…，n）。那么有：Tt=πd2L/4qv，T2=ΣVi/qv，分别为经过管线与处理部件的时间。

输送当中还面临体积分数变化滞后问题，按照其阶跃变化时的一阶滞后效应，处理部件的传送滞后时间非常高。所以，通过某经验系数来将T2= ΣVi/qv修正为T2=ΣVi/qv×3。

输送当中还面临体积分数变化滞后问题，在这里，阻容环节体积非常低，所以，通过某系数来修正T1=πd2L/4qv，由此得到T1=πd2L/4qv×（1.2～1.5）。

3.3 处理装置

前处理单元实施初步处理，确保试样满足传送条件，降低其滞后现象，降低预处理单元的压力。预处理单元再次处理，提高试样条件；安全泄压、限流和流路切换，通常情况，同样存在其中。在这里预处理系统应当具备以下基本条件：

第一，确保入仪表的试样一致，也就是对压力、温度等的变化进行抑制；

第二，最好是以最低滞后来完成试样到分析仪表传输；

第三，经由预处理系统以后，确保气体性质保持固定；

第四，为确保其可以持续运行，必须使其长期处于稳定状态。具体来说，一套完整的预处理系统主要涉及到以下几方面内容：取样，过滤，调压，调温，处理有害组分，调流量等几部分。甚至应当配置相应的辅助环节，例如旁路系统、多点切换等。

3.4 分析仪表

按照具体的工艺要求来分析出口的合成气里面各种气体的体积，包括一氧化碳、二氧化碳、氢气、甲烷。对于红外气体分析仪来说，其体现出诸多优点，例如良好的稳定性，相对较高的精度与灵敏度，迅速响应，相对较宽的测量范围，主要通过红外线吸收原理发挥作用，一氧化碳、二氧化碳、甲烷三种气体对红外线具有吸收作用，吸收的红外线能量与气体的体积分数呈线性相关。使用薄膜电容检测器，具体来说，其电容器主要通过金属薄膜片动极与定极构成，接收气室中气体压力由于红外辐射能的作用发生改变的时候，就会促使动片发生移动，将待测组分体积分数改变转化为电容量的改变，在此基础上，输送到微处理器加以处理。对于热导分析仪来说，其主要通过各种气体在热导速率上存在的差异来完成测量，氢气具有相对偏高的热导系数，当待测气体以不变的速度流到分析仪的时候，热导池内的铂热电阻丝阻值将随之改变，经由电路来放大信号、温度补偿、线性化后，把它转变成测量值。

在线分析仪配备于气化装置现场，现场是防爆2区，配备了分析小屋，以此来创设有效的防护以及运行条件。在分析小屋之中配置上分析仪，这样能够集中管理仪表，并且为后期维护提供有利条件，小屋之中的电气部件均为防爆型。其为框架结构（通过型钢焊接而成），双层墙夹层带保温设计，内嵌式滑架结构，所使用到的材料都是不锈钢质地，其外边配备防爆信号连接箱与电源箱，具备钢瓶固定架（安全链），各取样口和公用工程接口。其内部配置了不同类型的仪表，预处理器、集气盘、排放管，各种防爆装置，例如照明、排气扇、空调机等，另外，还配置了相应的安全控制系统；当小屋之中的毒害气体、可燃气体大于阈值下限的百分之十的时候，防爆排气扇就会利用PLC联锁，对其中空气进行置换，将报警接点信号输送到DCS，直到消除报警以后，风机自动停转。

4 结语

项目投运经过1年以后，在线仪表分析系统保持良好的工作状态，分析结果非常可靠、非常准确，需要相对较小的维护，对气化炉的稳定操作发挥着非常不错的指导功能，为气化炉的可靠工作创造了良好的条件。

[1]卞正岗.在线分析仪表和系统及其应用技术新进展[J].可编程控制器与工厂自动化,2013,04: 25-29+33.

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[3]王浩华,王伟.浅谈气体在线分析仪预处理系统[J].内蒙古石油化工,2014,02:47-49.

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1008-0899（2016）08-0033-03