在线碳氢分析仪在纯氧曝气池中的应用

刘 芯，丛灵前，高晓华，易 峰，阿力玛斯·阿不都哈力力

（中石油独山子石化公司 信息网络公司 乙烯仪表车间，新疆维吾尔自治区 独山子 833600）

本厂的污水处理装置主要处理来自乙烯新区和炼油新区的污水。现主要对在线碳氢分析仪在污水处理装置的使用情况进行说明。通过完善在线分析仪表系统，提高在线分析仪表的运行质量，从而为装置操作奠定了良好基础，提高了污水排放合格率。

1 工艺简述

污水的工艺处理过程主要包括：均质调节、隔油、中和、一级气浮、二级气浮、纯氧曝气、沉淀、LINPROR 氧化池，处理合格的水排放到净化水库。其中，纯氧曝气池利用微生物除去污水中大部分有机物和部分氨氮，是污水处理装置的核心单元[1]。

图1 在线碳氢分析仪在纯氧曝气池的控制示意图Fig.1 Control diagram of online hydrocarbon analyzer in pure oxygen aeration tank

2 在线碳氢分析仪的应用

纯氧曝气池内工艺要求氧含量为55%～65%，在这种富氧环境下一定浓度的可燃气体会对纯氧曝气池造成危险。为了防止可燃气体进入纯氧曝气池造成危险，根据TUV（Technischer Uberwachungd-Verein）的安全规定，在含油污水曝气池和含盐污水曝气池第一段分别设置在线碳氢分析仪，分别监测池内可燃气含量，属于联锁控制仪表。

2.1 在线碳氢分析仪在纯氧曝气池中的作用

当曝气池内烃含量超过25%LEL 浓度时，在线碳氢分析仪联锁供氧管道上的调节阀1 关闭，尾气排放管道上的调节阀2 打开，事故通风机启动，用大量的空气吹扫气室，同时给DCS 发出警报。

当烃含量达到50%LEL 浓度时，调节阀1 关闭，调节阀2 调整到开启的最大位置，启动事故通风机，将大量的空气鼓入曝气池，使池内的气体连同烃类气体一起置换排出，同时曝气机联锁停机，在烃类气体浓度低于25%LEL时，恢复正常生产。

2.2 在线碳氢分析仪工作原理

曝气池上的在线碳氢分析仪采用德尔格公司的红外式可燃气体探测器，该探测器用于连续监测含烃易燃气体和蒸汽。测量原理基于浓度与被测气体红外线吸收量的相关性。待检测气体经过烧结材料扩散进测量试管防爆外壳，发射器发出的宽频带光穿过检测管中的气体，经试管壁反射，从此处直接射到双元件检测器的透光窗上。检测器的一个通道用于测量试管（测量通道）的气体依赖型光输出，另一个通道用作参考。测量信号与参考信号比，用于确定试管中的气体浓度。

图2 在线碳氢分析仪的原样品预处理系统Fig.2 Sample pretreatment system of online hydrocarbon analyzer

2.3 预处理系统的设计与改造

由于曝气池内气体压力基本接近于大气压力，所以取样系统需要抽吸泵，将样品抽吸到在线碳氢分析仪表系统。同时，曝气池内样品的湿度为95%左右，需要除去被测样品中的水分，因为样品中的水分会对红外式分析仪表造成以下危害：①样品中存在水分会吸收红外线，从而给测量造成干扰；②当水分冷凝在晶片上时，会产生较大的测量误差[2]。所以该预处理系统主要由两部分组成：样品抽吸设施和样品冷凝设施。

2.3.1 预处理系统的设计

将在线碳氢分析仪的样品预处理系统以及仪表本机集成到一个仪表箱内，如图2 所示。

从图2 中可以看到，在线碳氢分析仪的样品预处理系统主要包括以下部件：取样泵M1、射流热交换器（即冷凝器E1）、过滤器FL1、三通球阀、流量计FM1、蠕动泵M2 等。

通过取样泵，将样品从曝气池抽吸到预处理系统中，样品从顶部进入射流热交换器，先在中间的内管中初步冷却，再在外面的环管中深度冷却，样品与冷却块达到充分换热[2]，冷凝出来的液体在重力作用下向下流淌，在射流热交换器的底部设置一个蠕动泵，将冷凝后的液体及时抽吸到表箱外部，并保证气体管路的密封[3]；经过射流热交换器的样品从其顶部再进入过滤器进一步去除水分和其他杂质，然后经过一个三通球阀（选择样品气和标准气）进入流量计，最后进入分析仪进行测量。

由于该仪表对于曝气池的安全生产十分重要，所以需要每天检查样品预处理中样品流量计的流量，每周定期检查取样泵和蠕动泵的运行情况，每季度定期校验在线碳氢分析仪。

2.3.2 预处理系统的改造

在日常维护中，经常出现一些问题，使得仪表人员维护量很大，碳氢分析仪不能连续正常地投用，主要包括以下情况：

1）取样泵的故障概率很高，运行过程中经常出现以下故障：①隔膜损坏；②电动隔膜泵在运转，但流量过低；③隔膜泵电机温度较高等故障，严重影响碳氢分析仪的正常取样。

2）射流交换器和原来的过滤器并不能完全将样品中的水分除尽，或多或少的水分进入碳氢分析仪，造成检测器损坏。

鉴于机械泵的故障率高和更换备件的数量多等问题，对取样方式重新做了评估和设计，分析了喷射泵取样的可行性：①只要动力源稳定，文丘里抽吸的方式会保证样品的连续性，而作为动力源的压缩空气是由空压站供给，稳定性可以保证；②喷射泵结构简单，没有任何零部件，采用不锈钢材质，不会因为样品和环境因素造成泵体的损坏，可靠性高；③压缩空气作为喷射泵的动力源，会与样品进行混合，因而将喷射泵放置于碳氢分析仪检测室之后，压缩空气经喷射泵后，在喷射泵的腔体内形成低压区，从而把低压样品吸入，作为背景气进入碳氢分析仪，根据红外吸收波普判断，仪表风不会对碳氢分析造成干扰；④通过调节动力源的压力，就能控制样品的吸入量，达到升压稳压的目的，保证样品压力、流量的稳定[2]。

通过分析，采用喷射泵取样的方式是可行的，因此对样品的取样方式进行了改造。对于过滤器，选取了具有可视功能的33G 过滤器，能直观反映样品的待液情况和更方便的排放凝液。改造后的预处理系统如图3 所示。

从图3 中可知，喷射泵的进口连接压缩空气，吸气口连接红外传感器的根部。经过减压阀减压后的压缩空气作为动力源进入喷射泵的吸入腔体，形成低压区，产生足够的吸力使得工艺气流经冷凝器、过滤器和流量计进入红外传感器完成测量。

图3 改造后的样品预处理系统Fig.3 Sample pretreatment system after modification

3 结论

改造后的预处理系统得到了纯净、连续、稳定的样品，减少了仪表的故障率，增强了系统的可靠性，延长了碳氢分析仪的运行周期，为工艺的可靠运行提供了保障。