漂白硫酸盐化学木浆项目二氧化氯制备系统氢气分析设计

摘 要：随着社会的发展，企业节能减排、安全生产的要求日益重要，在线分析仪器在我国石油、化工、冶金等工业生产、环保、安全领域的使用量与重要性与日俱增。本文研究了二氧化氯制备系统中的在线氢气分析成套系统的仪表选型，预处理系统设计、分析小屋设计。

关键词：氢气分析；分析成套；设计

一、工艺流程及要求

在氯酸钠电解系统电解槽内通入直流电，Nacl溶液被电解，产生Naclo3，H2；过量H2中含氯，经碱洗后，通过一根25m高的排气筒排放。

在排放口，设置H2分析，样气工艺条件如下：

位号：AT-102；

背景组份：H2：43%，N2：49%，CO2：1%，H2O：7%；

温度：15-60℃；

压力：0-1kpa。

由于氢气的导热系数与其它组分的显著差异，本项目采用ABB EL3060+Caldos27热导式分析仪表，配置合适的预处理系统，进行连续取样分析，信号送入DCS指示。

分析小屋放置于装置内，装置防爆区域划分为II区。

二、预处理系统方案设计

根据上述要求，设置预处理流程为：

被测气体通过真空喷射泵JP1取样，经探头GP1引入到分析机柜；气体通过旋风制冷（XF1，CC），除去水份后，通过纸过滤器AF1，送入分析仪AT-102进行分析，分析后气体引至高处排放。

待测气体从探头GP1引入到分析机柜的管路采用蒸汽伴热保温HH1，采用轻伴热，维持一定的温度即可。

利用旋风制冷器XF1产生的冷凝介质，通入热交换器CC，与被测气体进行热量交换，除去水份；热交换器可拆卸更换，方便维护；热交换器CC本体，设置温度就地指示，方便直观调节。旋风制冷器的冷端管路采用保冷处理。

由于样气管道压力较小，系统采用真空喷射泵引流。

冷凝水采用氣动蠕动泵排水，通过定时器定时接通蠕动泵气源，开启蠕动泵，完成排水。

系统机柜外形尺寸为2100H×850W×750Dmm，材质为304不锈钢；由于样气通过碱洗后，带有微量碱液，所以气体分析管路采用F46材质，耐强酸强碱，阀门组件采用316L材质。

三、分析小屋方案设计

分析小屋的大小为2500（L）×2000（W）×2700（H）mm，外墙采用1.5mm厚的不锈钢板制作，内墙采用1.2mm厚镀锌板，内外墙之间采用阻燃性材料填充，厚度为75mm，内外墙及屋顶由п型钢板拼装铆接。地板采用2mm厚花纹钢板，防滑处理，底座用槽钢焊接。小屋顶部四周配有起重用的吊耳，满足4吨载荷要求。

门为外开单扇型，净尺寸为2200（H）×900（W）mm，材质为喷塑钢板。门上开一个500×500mm防爆玻璃夹丝安全玻璃制成的观察窗，带阻尼限位闭门器和推杆式逃生锁，门外有锁孔及把手。

小屋外部配有接线箱和钢瓶固定架，此侧采用向外延伸800mm的防雨檐，起挡雨和遮阳作用。分析仪残气放空总管引到小屋上方，并装配防雨罩和阻火器。

分析小屋内部墙上留有备用插座，以利于维护时用电。分析小屋内外的各类电器仪表设备应有防爆安全认证，满足Exd IICT4防爆要求。墙内所有小屋电缆采用穿钢管方式铺设。小屋的电源/信号接线端子数预留20%。

分析小屋设置了事故通风系统，平时换气次数为6次/h，联锁时换气次数为12次/h，风压为100 Pa。可燃气体为H2，比空气轻，故风机设在墙体上部。防爆风机在室内外设手动控制开关，带止回阀，防雨百叶及防虫网。

小屋顶部设置 H2 气体检测器，旋光报警灯安装在分析小屋外面。当检测可燃气体泄露，报警灯闪烁报警，同时风机全打开，进行通风。小屋内置防爆空调和暖气系统，容量满足小屋体积需求。

四、仪表选型

H2分析仪测量原理为热导式，量程为0～100%，精确度≤ 1% F.S，输出信号型式4～20 mA，测量池材料传感器为金，氮氧化硅；样气室为耐酸钢1.4305，电源等级为220VAC，50Hz，防爆等级为Ex de IICT4，电气接口为2x1/2 NPT（F）；气路接口￠6mm，H2分析仪Caldos27分析气量最大为100 l/h。

涡流制冷器利用高速气流，流入涡流室，高速旋转，强大的离心力将气流中高能量气体分子与低能量分子分离开来，分别引出后，压缩空气被分成了低温气体和高温气体，低温气体用作热交换器进行能量交换。

样气分子量2×43%+28×49%+44×1%+18×7%=16.28，取氢气比热容为14J/（g·℃），样气流量为100 l/h，从65度降到4度，需要制冷量为100/22.4×16.28×（65-4）×14=62067.5J。1Cal=4.184J，换算得14.834Kcal。选择XFSW0609旋风制冷器，在6个大气压下，制冷功率大于105Kcal/h，完全满足预处理要求。

真空发生器利用在不同输入气体压力下获得的真空度来引流，选用316L材质，H2分析仪Caldos27分析气量最大为1.67 l/min，根据下表，选用XFD-03完全满足要求。

五、结语

一套好的分析系统，需要从设计，采购，组装，调试，维护所有方面做到精益求精，每一个环节都有他重要的一面，本篇文章仅是通过设计角度考虑系统需要哪些功能，以便从源头解决问题，为日后的设备长期有效运行提供一个好的平台。由于篇幅有限，对设计中需要计算的地方进行了简化，内容仅供参考。

参考文献：

[1] 乐嘉谦.仪表工手册.化学工业出版社，1998，4.

[2] 刘庆先，欧阳琨.热导式氢分析仪在加氢装置上的应用.中国仪器仪表，2000，4.

作者简介：杨春明，男，汉族，江苏盐城人，本科，化工仪表设计师。