AMETEK 880-NSL硫磺比值分析仪在硫回收装置中的应用

张振基，徐勇

(黔西县黔希煤化工投资有限责任公司 , 贵州 毕节 551700)

0 引言

在克劳斯硫磺回收装置中，H2S、SO2及H2S/SO2比值的含量是工艺控制的一项重要参数，能否准确测量上述气体浓度成为考核整套装置节能效率的重要指标之一，同时也对降低环境污染起到了至关重要的作用。由于在工业生产中，要求对被测气体进行24h不间断的测量，为了提高测量的准确性，因此，某公司在煤气化装置中配置了一台多组分含量测量的紫外线气体分析仪，对H2S、SO2、硫比值气体进行实时在线测量，该公司根据所用气体分析仪表所处的坏境要求，选用了AMETEK公司生产的氙灯光源，灵敏度高，稳定性好，寿命长，密封隔爆型的880-NSL型气体紫外分析仪。

1 工作原理及常见分类

1.1 工作原理

该分析仪是多组分紫外分析仪，根据郎伯-比尔定律I=I0e-kcL

式中I为透射光光的强度，I0是入射光的强度，K为与物质在特定波长下的吸收系数。当光源、波长和样品池厚度L确定后，它们就成了常数。这时透过样品的光强度I仅与样品中待测组分的浓度C有关。因此通过测量该物质吸收前、后的紫外光的强度的变化量，便可以测量出其组份含量。

图1 多组分紫外分析仪原理示意图Fig.1 Schematic diagram of multi-component UV lamps

1.2 紫外光度计常见类型

1）切光滤光式分析仪

图2 切光滤光式分析仪原理示意图Fig.2 Schematic diagram of qieguang-filter Analyzer

由电机带动切光片交替切光，切光片上安装两个光栅滤光器，其中一个只让被测气体组分吸收波长的光通过，另一个只让未被测量气体吸收的某一波长的光通过，前者作为测量光路，后者作为参比光路。检测器将接受的交替变化的光波信号转变为交变电信号，检测得到的交变电信号的振幅，与被测气体组分浓度成正比[1]。

2）双光路滤光式分析仪

图3 双光路滤光式分析仪原理示意图Fig.3 Schematic diagram of dual optical filter-Analyzer

光源发出的紫外光经过滤光器后，只让被测气体组分吸收波长的光和参比波长的光通过，接着由半透明的反射镜将光束分成两路，一路穿过测量室，另一路经过参比室，分别照到各自的光电管上，通过检测的信号强弱，计算得到气体浓度。该分析仪可连续检测气体浓度。

3）分光式分析仪

分光式分析仪的光学组件由光源模块、光室模块和光电探测器组成。光源模块由一个氙闪光灯，一个UV-遮断过滤器，一个UV-级平行光透镜组成。气流光室由一个两端由UV-级窗口封闭的125mm(5″)长度管以及用于样本气体输入与排出的铅管组成。光电探测器模块由一个支持四个硅光电二极管的电路板组成，可对每一个光电二极管过滤，得到特定波长的光源。

与前两种方式不同的是，分光式紫外线气体分析仪采用光电二极管矩阵式接收器作为测量元件。光源放出的广范围紫外光，通过测量气室，部分波长的光被测量气体吸收，从测量室出来的光再经聚焦，照射在全息光栅上，然后反射到线性二极管检测矩阵，通过检测矩阵获得的信号，计算得到被测组分浓度。该分析仪光路简单，所需元器件少，单台设备能够同时提供多路组分信号。这也是本文所介绍分析仪的工作方式。

2 AMETEK 880-NSL 型分析仪的结构组成及工作过程

1）结构组成

克劳斯硫回收工艺生产装置尾气分析采用的880-NSL型分析仪，为分光式紫外线气体分析仪，它主要由电脑控制箱，加热箱，光度计组成，包括标准组件的光学系统。所有部件集成在公共基板上，设备整体直接安装在管道上，样品气体直接从工艺管道中提取，并通过同一采样探管返回到工艺管道中，避免了尾气排放，节省了采样管线及其保温操作费用。

880-NSL 型尾气分析仪安装有净化气吹扫警报系统。内部安装的不同压力开关监视吹扫气压力，若吹扫气压不足时触发报警。仪器启动时，使用快速吹扫功能，进行箱内空气置换。外部电源与信号接线盒，用于电源和信号连接。

图4 AMETEK 880-NSL型尾气分析仪结构及安装示意图Fig.4 AMETEK 880-NSL Exhaust gas Analyzer structure and installation diagram

图5 AMETEK 880-NSL型尾气分析仪工作流程示意图Fig.5 AMETEK 880-NSL exhaust gas Analyzer workflow diagram

2）样气流路及工作过程

样品气体由仪器中的采样探管直接从工艺管道中提取，通过DN25(1”)蒸气加热保温球阀控制。样气通过吸气器以大于2 L/min的速度经由探管，除雾器，样气管提取。探管与样气测量室中的气体，由加热箱中的电加热维持恒温(额定145℃)。除雾器通过将样品气体温度降低到129℃的方式冷凝雾状硫。除雾器的降温由除雾器阀(SV2)将气体注入到包含若干导热片的除雾器周围冷却实现。除雾器中的气体温度以及测量室温度，由Pt100铂电阻温度探测器(RTD)测量。测量室压力数据通过压力传感器输入到控制器中。测量后样品气通过探管周围的环形孔返回工艺管道。分析仪通过关闭样品气进口阀和样品返回阀(FV4和FV5)的方式，与工艺管道完全隔离。

当分析仪启动后，开始净化气吹扫，样气电磁阀SV1打开，吸气器开始在测量室中注入气体。此气流通过测量室流入到吸气器中，同时反吹通过除雾器。在加热箱上，测量室净化气管和吸气器净化气管均采用加热铝管线圈，消除样本流管道中硫的凝聚。

3 仪表投用、停用与主要注意事项

1）仪表箱内空气清洗系统维持正压，防止爆炸性和危险性气体进入仪表箱。如果不能维持正压，压力开关动作，同时激活报警，警报继电器触点断开。

进入仪表箱的仪表风压力，通过1#调节器调节至0.14MPa(20 psi)左右。即使仪器断电，也需保证该仪表风的压力在0.14MPa (20psi)。调节3#压力表，慢慢旋拧中间黑色旋钮至2.5mbar压力，用于保证电气控制箱检测室处于正压通风状态[2]。

图6 仪表箱正压通风流程示意图Fig.6 Enclosures ventilation w ith positive pressure flow diagram

2）打开加热箱门，用肥皂水或检漏剂检查管路连接件，确定没有泄漏。为了使电气外壳冲洗系统正常操作，建议拧紧所有门夹螺母，确保外壳门安全关闭。

3）确认上述操作正常无误后，送电等待CELL TEMPERATURE （检测室温度）加热至145℃，然后打开位于除雾器下面采样阀和回样阀。迅速关闭箱门，扣紧密封螺栓，减少散热损失。

4）待cell temperature 温升至145℃（大约需要30min）,分析仪由Zero cycle进入Sample cycle后，调节3#压力表左侧黑色旋钮至0.04MPa(6psi)压力，直到压力表指针发生抖动为止，严禁将此压力（测量室压力）调得过高，否则会影响仪器使用效果。

5）880- NSL模拟量输出范围可进行完全编程。输出接口1和2可使用高和低量程，并可自动调整。例如：假设H2S(%v)数据连接至输出接口1，两个可编程量程如下：

低：0.0至0.5(%v)

高：0.0至1.0(%v)

注意：取消量程自动调整并在显示屏显示H2S，SO2读数后，需将显示屏显示读数与控制室信号核对，即输出4～20mA的对应关系，以免仪表测量值与DCS显示值不对应。

6）停用880-NSL尾气分析仪时，首先切断电源，然后依次关闭采样阀和回样阀，不关仪表风。

4 光室零点偏移和校准

周期性地将每一光度计通道的背景光量归零十分必要。分析仪光室用不吸收介质（通常为仪表空气或氮气）冲洗，测量每个通道的偏移值，测量出的各通道偏移值将一直储存在设备中，直到下次零点检测，该偏移值将用来标准化每个光电二极管的零点吸光率。

为了保证光度计分析的准确度，须对光室零点进行周期性检验。880-NSL设置有一个校准过滤器，以模拟所有光电二极管通道的吸光率。校准期间，校准过滤器镜片在分析定时器的7，8和13期间，被螺线管旋转进光通道，此时吸光率即可被测量并显示。

典型校准周期包括一个光室冲洗期间，光度计归零，标准化校准，过滤器吸光率测量，量程调整，返回正常操作。

5 故障及处理

1）工艺指示偏低，标定后继续使用

后来出现“LOW LIGHT LEVEL”错误信息，怀疑光室被污染，卸下光室终端配件，通入仪表空气顶开两端镜片，用绸布蘸酒精清洗窗口，更换“O”型环和聚四氟乙烯垫圈，重新安装光室，拧紧终端配件，重新投用后错误信息消失，指示恢复正常。

2）发生H2S指示0.1%、SO2指示为零现象

与工艺操作人员核实，确认尾气检测指示有误。关闭回样阀，关闭采样阀，光室压力升至0.2MPa(30psi)。打开采样阀，气室压力值迅速从0.2MPa(30psi)降到0.12MPa(18psi)以下。再关闭采样阀，打开回样阀，压力仅略微下降，怀疑样气管线堵塞。从光室后逐段拆开检查，发现采样阀后的回样管堵塞。将该段不锈钢管拆下来用火烤加热，流出液态硫磺。分析其原因：可能是硫回收装置

5）可同时进行烟雾、火焰探测。

6）视角范围较大，相同探测距离条件下较三波段探测器探测面积更大。

7）夜间在无红外补光的环境下，分布智能图像型火灾探测器能有效检测火焰。

8）在有较强光源干扰的情况下，分布智能图像型火灾探测器能有限识别火焰并进行报警。

通过图像型火灾探测器与三波段火焰探测器进行测试对比，图像型火灾探测器具有可视化监控，即时确认，可同时进行烟雾、火焰的探测，探测距离远（探测能力与距离成线性反比，优于三波段火焰探测器），耐环境性能好等特点，相对于100000m3（直径80m）和500 00m3（直径60m）等较大的罐区用分布智能图像型火灾探测器更有利于油罐的火灾探测。

[1]Zhgang Liu，George Hadjisopbocleous，Guofeng Ding and Choonsiong Lim，VIDEO IMAGE FIRE DETECT ION SYSTEM FOR PROTECTION OF AIRCRAFT HANGARS AND LARGE INDUSTRIAL APPLICATIONS，FS-WORLD Fire &Safety Magazine，Special Edition for SUPDET 2011.

[2]Robert Elliott.VIDEO IMAGE DETECTION REVIEW，FSWORLD Fire &Safety Magazine，Special Edition for SUPDET 2011.

[3]ANSI/FM 3260，Am erican National Standards Institute，Radiant Energy-Sensing Fire Detectors for Automatic Fire Alarm Signaling，2004 ed.

[4]Gottuk，D., Video Im age Detection System Installation Performance Criteria，Fire Protection Research Foundation Report，OCT.2008.

[5]张启波，袁风丽，付钰.大型浮顶油罐的危险性分析及安全对策[J].中国安全生产科学技术，2012,6.