在线红外分析仪在制氢装置中的应用

祁 磊 李永红

(中国石油兰州石化公司质检部，兰州 730060)

中国石油兰州石化公司新建的300万t/a柴油加氢装置的配套装置为50 000m3/h制氢装置，主要为柴油加氢提供高纯度的氢气。该装置以天然气为原料制取氢气，由于天然气原料中含有大量的甲烷、碳氧化合物和其他碳氢化合物，经反应和提纯生产氢气，所以产品氢气中会残余有CH4、CO和CO2。在此，笔者重点介绍用于监测该装置提纯部分出口产品氢气的TELEDYNE 7600在线红外分析仪的工作原理，以及进行现场维护时，该红外分析仪的故障现象与维护和处理方案。

1 在线红外分析仪的测量原理①

红外光源发出一定波长的红外光，经滤光和切光系统后分成对称的两束光，一束通过参比池，另一束通过测量池，接着进入光电检测器。当红外光通过测量池和参比池时红外光能被气体吸收，光能减弱，光电检测器检测辐射强度I，并将其转换为电信号，用于指示CO和CO2的浓度。

依据朗伯-比尔吸收定律：

I=I0e-kcl

式中c——被测组分的摩尔分数；

I——经被测组分吸收后的光强度；

I0——射入被测组分的光强度；

k——被测组分对光能的吸收系数；

l——光线通过被测组分的长度，即气室长度。

2 应用中出现的问题与处理办法

TELEDYNE 7600在线红外分析仪在制氢装置中应用时，出现了一些测量不准的问题，仪表维护人员在分析具体的故障现象之后，给出了改造方案，现汇总如下：

a. 样气含水。水分在1.00～9.00μm波长范围内几乎都有连续的吸收带，其吸收带恰好与CO(4.50～4.70μm)和CO2(2.75～2.80μm)的特征吸收波带重叠。这样水分会吸收红外辐射，从而干扰红外分析仪的精确测量。同样，当水分冷凝在晶片上时，也会致使红外分析仪产生较大的测量误差。为此，技术人员在预处理系统中加入脱脂棉脱液罐，通过此脱水装置后样品气中的水分被充分分离，这样就解决了样气含水而影响仪表精确测量的问题。

b. 样气含杂质。如果有杂质进入分析系统，就会吸收或折射部分红外光，这样检测器吸收的光强就会减弱，使得分析结果有较大偏差。为此，技术人员将原一级过滤改造为二级过滤，同时提高了过滤器的过滤等级，提升其过滤效果，避免了杂质对测量结果的影响。

c. 样气流速变化。当红外分析仪工作时，如果样气流速不稳，气室中的气体密度就会发生变化，这对仪表的测量精度有较大影响。为此，技术人员在仪表出口设置了背压调节阀，用来提高气室背压，减少流速对测量的影响，有效提高了仪器的测量精度和灵敏度。

TELEDYNE 7600在线红外分析仪的精度小于1% FS，但在CO的误差值大于0.001 00‰，CO2的误差值大于0.000 20‰的情况下，该仪表不符合测量精度要求。为了检验上述改造方案实施后的效果，将2013年4月份记录的红外分析仪在改造前、后通入标准气进行验证的数据列于表1、2。表中，标有下划线的数据为超标数据。其中CO/CO2零点气的标气值为0.000 00‰/0.000 00‰，CO/CO2量程气的标气值为0.080 00‰/0.016 00‰。

表1 改造前红外分析仪的指示与误差数据记录 ‰

由表1中的数据可以看出，红外分析仪在受到水分、杂质及样气流速等因素的影响时，仪表指示数据与标样数据出现了很大的误差，超出了仪表的测量精度要求，导致仪表指示不准确。

表2 改造后红外分析仪的指示与误差数据记录 ‰

可以很明显地看出，在对TELEDYNE 7600在线红外分析仪系统进行相关的技术改造之后，排除了水分、杂质及样气流速等因素对其测量精度的影响，仪表的指示值与标样值误差减小，说明改造方案提高了仪表的分析精度，使得仪表对样品气分析的准确性有所提高，保证了仪表的长周期、稳定、精确运行。

3 结束语

CO和CO2在线红外分析仪采用红外光吸收原理，是比较先进的技术，自动化程度较高。该仪表在中国石油兰州石化公司的50 000m3/h制氢装置的提纯部分的产品氢气中CO和CO2含量的分析中，在线运行时，因水分、杂质和样品气的流速而产生了较大的测量误差，该公司组织技术人员在其预处理系统中加入脱水装置，分离了样气中的水分；将原一级过滤改造为二级过滤，并提高了过滤器的过滤等级，滤除了样品气中的杂质；在仪表出口安装了一个背压调节阀，用于控制样品气的流速。进行改造之后，仪表的测量分析精度得以提升，分析数据能够正确反映生产工艺的变化，为装置操作人员及时调整工艺参数提供依据，以确保产品的品质。