硫磺尾气分析仪的安装及应用

高建防(武汉检安石化工程有限公司 维护公司，武汉 430082)

硫磺尾气分析仪的安装及应用

高建防
(武汉检安石化工程有限公司 维护公司，武汉 430082)

介绍了硫磺尾气分析仪在中国石化股份有限公司武汉分公司的应用，对尾气分析仪系统的基本组成、工作原理进行了分析，着重分析了尾气分析仪采样系统的结构组成、采样方法、工作参数，针对实际应用过程中所遇到的样气不能顺利采出、温度达不到仪表正常工作要求、维护频繁、维护后加热时间长等问题，提出了加装返回侧线、增加反吹蒸汽及伴热蒸汽的改进措施。依据厂商提供的参数对仪表加热能力不足的问题，提出了改进方案。通过对日常维护中常用的温度、压力等参数及其反应出的仪表工作状态进行了介绍，对典型故障的处理方法进行了总结。

硫磺尾气分析仪 采样系统 温度影响 伴热蒸汽

在硫磺回收装置中，燃烧炉中空气量与酸气量之比称为风气比。在燃烧炉中一部分H2S与空气中O2反应生成SO2，还有一部分H2S与SO2一起形成尾气的主要部分进入转化器，在转化器内，H2S和SO2按摩尔比2∶1进行反应。因此，风气比应保证尾气中H2S∶SO2比在2∶1左右。控制风气比对以低温克劳斯尾气处理工艺为主体的硫磺装置有非常重要的意义。当风量相差5%时，硫回收率将由99%降至95%。为此，中国石化股份有限公司武汉分公司于2008年引进BRM-942-TGX硫磺尾气分析仪，对尾气中H2S和SO2气体的体积分数检测。笔者根据该分析仪在安装和使用过程中的经验进行分析总结，为今后更好地应用比值分析仪提供参考。

1 主要特点

1) 创新的滤光及检测技术。该分析仪为多组分紫外分析仪，采用创新的全息滤光技术及先进的CCD面阵光敏检测器技术，结合宽频谱、长寿命紫外光源，消除了传统的滤光片+点检测器方法在检测中无法避免的组分干扰问题，提高了分析仪检测精度。

2) 先进的工业计算机控制。该分析仪采用工业计算机程序控制系统，可自动执行所有的运行、维护、自诊断故障处理及校准等步骤，显示屏可显示多种参数及工艺趋势图，同时可进行诊断及设置。

3) 独特的气电分离设计。该分析仪将系统分为取样检测及控制显示两部分，两者之间用电缆和光缆连接，彻底消除了由于气路发生泄漏对分析仪电子器件造成的腐蚀。

4) 专利设计的取样技术。该分析仪采用专利技术的取样管，将传统的蒸汽伴热方法和空气冷却一起与专用的温度传感器结合使用，使单质硫凝结成液态硫后滴回主管路，用以解决堵塞问题。

2 结构及工作原理

该分析仪可分为采样系统、测量模块及计算机数据处理模块三个部分，结构如图1所示。

图1 硫磺分析仪结构示意

2.1采样系统

采样系统采用一种特定规格的同心多层探针将试样从过程管道的中心点提取，系统共有5层管路： 由外往里，最外层是蒸汽夹套管，用以通0.3 MPa蒸汽对采样系统保温；第2层是试样气返回层，上下法兰连接处开有一个弯月形连接缺口，动力抽吸泵的抽吸风及分析完后的试样气通过该层返回工艺管道；第3层是试样气通道，试样气通过该层进入分析仪，在该层出口处安装了1只Pt100热电阻，用来测量进入分析箱的试样气的温度；第4层、第5层是冷却风返回及进入层，用以对试样气进行冷却，通过冷却风的引入与停止来控制进入分析仪的试样气温度。

试样气从工艺管道中心取出，在上升过程中降温到129 ℃，在该温度下，液态硫有最好的流动性，从而使试样气中的单质硫冷却为液态，在重力作用下返回到工艺过程中，又不使试样气中的气态水凝结成液态水分进入测量室，因为冷凝析出的液态水会污染测量室隔窗，遮住光路造成分析仪无法测量。除去单质硫后的试样气经过一个60 μm的过滤器过滤后进入测量室。测量后的气体与动力抽吸泵的动力空气混合后，由返回管路返回到工艺管道外层，随工艺尾气流向下游，保证不影响试样气的成分。

2.2测量模块

成长是一个蜕变的过程，美国著名文艺评论家艾布拉姆斯对成长小说下的定义是:“成长小说的主题是主人公思想和性格的发展，叙述主人公从幼年开始所经历的各种遭逢，主人公通常要经历一场精神上的危机，然后长大成人并认识到自己在人世间的位置和作用。”

测量模块由试样室、光纤、电加热器、动力抽吸泵、压力变送器、热电阻等组成。电加热器将试样室加热到150 ℃，动力抽吸泵由仪表风驱动。紫外光由光纤引入试样室，照射试样后由光纤引入数据处理模块的分光计。压力变送器用于测量试样室的压力，该压力对分析采样系统的故障有重要参考。

2.3数据处理模块

数据处理模块由紫外光源、分光计、数据采集板、数据输出板、计算机等组成。紫外光源发出紫外光，经光纤照射试样后包含试样信息的紫外光送到分光计，分光计将光信号转换成电信号由数据采集板采集，送计算机进行数据处理，处理后的控制信号由数据输出板输出。

3 实际应用中存在的问题及解决方案

该系统采用微计算机用于低层系统控制和信号处理，具有良好的稳定性。要保证仪器长期稳定的运行，在安装过程中除满足技术要求外，还需要注意以下问题。

3.1安装位置

为了保证正确的分析结果，取源部件的安装位置应选在压力稳定、能灵敏反映真实成分的管线上以及具有代表性的被分析介质的位置。比值分析仪安装位置宜选择在尾气分液罐之后，而不是在一反之前缘由如下：

1) 经过反应器后的尾气中的H2S/SO2比值比较真实，而一反前由于有少量的H2S裂解，使总的风气比略低于化学计算的要求。加之过程气硫转化率不高，硫回收率低，过程气在反应器中会继续反应。

2) 反应环境下，一反前面有成分复杂的有机硫，会转化成无机硫，仪器要实现对有机硫分析的功能，可能需要更多的费用。在一反后面分析具有工艺灵敏度高，同时消除了微量氧的影响等(氧气在微观上也可有氧化H2S反应)。

3) 分析条件需要清除硫蒸气组分，一反前过程气中硫蒸气较多，采样口易堵塞，处理难度很大。

另外，要注意在满足上面条件下比值分析仪要尽量靠近尾气分液罐，这样可以减少系统滞后，提高控制品质。

3.2温度低的解决方案

为了保证采样系统出口温度降低到129 ℃，采样系统设计为外部用蒸汽保温，内部中心区用冷却风冷却的结构，在蒸汽与冷却风的相互作用下来保证试样气的温度，比值分析仪通过控制冷却风的引入与停止来控制分析仪入口的温度，以达到分析仪对试样气温度的要求。该公司硫磺装置尾气分液罐后试样气温度在160 ℃左右，由于现场条件限制，采样系统长度为2.4 m(根据相关资料的建议0.5 m为佳)。加之在“试样气通道”与“加热蒸汽夹套”之间还有样气返回管路，且返回气是仪表风与试样气的混合气，因而试样气返回管路返回气的温度一般比试样的温度低很多，该温度将影响试样气的温度。在2.4 m长的采样系统管路条件下，实际进入分析箱的试样气的温度已在80 ℃左右，低于硫磺的熔点119 ℃。因此，根据实际情况采用1.0 MPa蒸汽伴热,以便能给采样系统提供更大的热量，使试样气满足所需温度。

在采用1.0 MPa蒸汽伴热后，采样系统出口温度提升到105 ℃左右，依然满足不了129 ℃的要求，仪表系统出现故障报警，处于反吹状态，不能正常测量，同时采样系统容易被硫磺堵塞。因为105 ℃条件下没有液态水，不会对测量窗产生污染，所以对于故障报警笔者降低了报警阈值使仪表开始工作，对于硫磺堵塞采样系统的问题，采用以下两种方法解决：

1) 对于采样管路没有完全堵死的情况，采用定期用蒸汽进行反吹。

2) 对于采样管路完全堵死的情况，蒸汽无法流动，不能直接反吹，对于该情况，增加了1条蒸汽线与采样系统中冷却风管路(即采样系统第四、第五层)相连，这样可以直接加热采样管路的管壁使硫磺融化，再用蒸汽对采样管路直接吹扫，此时吹扫蒸汽又可以加热冷却风管路，使蒸汽吹扫过程中滞留在冷却风管路中的凝结水汽化为蒸汽，加之系统正常工作后，试样气管路温度达到105 ℃，所以残留在冷却风管路中的蒸汽凝结水被加热到100 ℃以上变为水蒸气，不会再影响试样气的温度及冷却系统的工作。

清理测量室隔窗时会使测量模块温度下降到70 ℃以下，试样气中含有的水分凝结成液态水，再次污染试样室隔窗，所以正常采样前仪表会自动把试样加热到设定温度以上，加热时间为2～3 h，影响装置的平稳操作。为缩短加热时间，需要在测量模块上增加1个加热模块。查阅说明书，加热控制模块负载能力为1100 W，增加加热模块后总功率为800 W，加热控制模块是可以承受的。而且，增加加热模块后，在冬季0 ℃条件下可以使测量室温度达到140 ℃以上，加热时间缩短为30～60 min，基本满足了工艺要求。

3.3返回流路不畅的解决方案

如果试样气返回流路不通畅会影响动力抽吸泵的工作，导致检测室不能形成相对负压，使试样气不能进入检测室，因而在安装时垫片绝对不能阻碍试样气弯月形返回口。适合的垫片与细致的安装是保证不堵塞开口又不造成对外泄漏的关键。在实际使用中还有一种情况值得注意，即当工艺管道压力较大时，相当于动力抽吸泵的背压较大，此时动力抽吸泵流速变低，无法抽出试样气，仪表无法正常工作。笔者采用了在动力抽吸泵出口加装三通，将返回气引入低压管线的方法解决该问题。

3.4适当保护

该硫磺尾气分析仪具有良好的性能，但在实际安装过程中，安装了防雨棚以保护仪表不受雨、雪的直接侵害及太阳直射。如条件允许，在正常使用时最好将屏幕调暗一些，以保护屏幕。适当的保护会减小维护量，同时为平时巡检带来方便。

4 日常维护

该硫磺尾气分析仪的日常维护量较小，一般每周巡检1～2次，巡检时主要观察仪表显示屏幕上测量室温度、压力及吸收光谱曲线。温度变化可显示仪表加热模块的工作状况，当温度偏低时可用手持式红外测温仪测量各个加热模块的温度。测量室压力可判断动力抽吸泵的工作状态以及取样管路、返回管路是否有堵塞现象。日常巡检中应记录该压力数值，当测量室压力与工艺管道压力基本相等或测量室压力大于工艺管道压力时，表明动力抽吸泵、取样管路及返回管路需要清理和反吹维护。当测量室压力远小于平时记录数值时，可能是采样管路堵死，可以用前文提及的“采样管路完全堵死”的情况来处理，该处理方式比较简单、安全、快捷。在巡检时还要注意观察吸收光谱曲线，反吹时的吸收光谱曲线如果与参比曲线相差太大，则需要清理测量室玻璃或更换滤光液。清理测量室玻璃后要通过调整光纤位置及光圈大小以调整吸收光谱曲线，使之与参比曲线基本一致，然后对仪表进行优化、校零即可投用。

5 结束语

经过上述的安装及逐步改进，硫磺尾气分析仪在该公司从不可用到可以较长时间平稳运行。该分析仪在结构设计上有一定的优越性，满足了克劳斯硫磺回收装置对H2S/SO2参数快速、准确的测量要求，为工厂的尾气排放达标起到积极的作用。由于现场条件的限制，该公司采用了较长的采样系

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InstallationandApplicationofSulphurTailGasAnalyser

Gao Jianfang

(Maintenance Department, Wuhan Jian’an Petro-Chemical Engineering

Co.Ltd., Wuhan, 430082, China)

The application of sulphur tail gas analyzer in Sinopec Wuhan Brach is introduced. The basic configuration of the analysis system and working principle of the exhaust gas analyser are discussed. Sampling system configuration, sampling methods, working parameters of the tail gas analyser are stressed. Focus on actual problems in application that the sample gas can’t be taken smoothly, the temperature can’t reach to the instrument normal work requirement, frequent maintenance, long heating time after maintenance, the improvement measurement of installing return line, increasing reverse blowing steam and tracing steam are put forward. According to the problem of insufficient heat capacity for the instrument, improvement measurements are proposed. The measurements for typical breakdown are summarized based on the introduction for the parameters of temperature and pressure used in daily maintenance and the reflected instrument working condition.

sulphur tail analyser; sampling system; temperature influence; tracing steam

稿件收到日期：2013-05-15，修改稿收到日期2013-06-20。

高建防(1968—)，男，湖北武汉人，现就职于武汉检安石化工程有限公司维护公司，从事分析仪表安装、维护与检修工作。

TH834

B

1007-7324(2013)05-0061-03