干熄焦循环气体分析系统应用

谢明强，张 林

（1.天华化工机械及自动化研究设计院有限公司，甘肃兰州 730060；2.山东省济南市韩庄镇郗山村微山县同泰焦化有限公司，山东济南 277602）

干熄焦循环气体分析系统应用

谢明强1，张 林2

（1.天华化工机械及自动化研究设计院有限公司，甘肃兰州 730060；2.山东省济南市韩庄镇郗山村微山县同泰焦化有限公司，山东济南 277602）

介绍了干熄焦循环气体中的主要检测成分，检测的原理，装置组成，及使用中遇到的故障和处理办法。

干熄焦；循环气体；预处理；分析仪；故障处理

干熄焦CDQ（coke dry quenching）即干法熄焦，是目前国内炼焦企业广泛应用的一项先进的熄焦工艺。其工艺流程是：高温的红焦自干熄炉顶部装入，低温惰性循环气体由风机鼓入干熄炉冷却段红焦层内，吸收红焦显热，冷却后的焦炭（低于200℃）从干熄炉底部排出，从干熄炉环形烟道出来的高温惰性气体流经干熄焦锅炉进行热交换，锅炉产生蒸汽，冷却后的惰性气体由循环风机再次鼓入干熄炉，惰性气体在封闭的系统内循环使用[1]。

在干熄焦工艺中，采用工业N2的惰性气体中含有少量的O2，而循环气体的负压段会有少量空气进入，随着循环过程的进行，循环气体中的H2、CO等可燃气体成分就会逐渐上升。正常生产时，由于循环系统是一个密闭的管道，惰性气体中O2含量较低，不会引发危险；但当设备出现漏点或是有异常情况时，O2在循环气体中的浓度会升高，达到爆炸极限就会发生重大危险。因此，及时、准确地监测循环气体中H2、O2、CO的浓度，对保证干熄焦安全生产意义重大。另循环气体中CO2含量的变化对H2含量分析有干扰，需要对CO2含量进行测量，用于对H2分析仪的测量值修正。河南中鸿集团煤化有限公司焦化厂使用艾默生在线气体分析仪对循环气体中的H2、O2、CO、CO2含量进行在线分析，满足了干熄焦生产的需要。

1 分析装置构成

干熄焦循环气体分析装置主要由样气采集、预处理、气体分析仪、标定及吹扫组成。

1.1 样气采集和处理

在线气体分析仪器一般要求提供不含油、不含水、不含有粉尘、不含有腐蚀性成分的干净、干燥的样气，但工业管道的样气无法直接达到仪表的要求，需要样品预处理系统来满足在线分析仪器的测量要求。

在样气采集点的选择上，从混合良好的湍流位置上取样，可取得代表性的样气。循环气体自干熄炉入口处采集，通过喷射泵的引射作用将低压样气带入样气预处理中，经水洗罐中与除盐冷却水混合、净化、降温后，从顶部进入气液分离器，在这里进行气液分离后再进入旋风制冷器，用仪表风冷却降温后进入排凝器中，过滤完分三路分别进入H2、O2、CO和CO2分析仪中进行分析，整套装置被安装于一个分析柜内。其工艺流程图见图1：

2 分析仪测量原理

2.1 热导分析仪

图1 样气采集和处理工艺流程

热导分析仪是利用各种物资导热性能不同，通过测量混合气体导热率的变化来分析的仪器。一热敏电阻垂直悬挂在一个导热性能良好的圆筒形金属壳体的中心，在壳体的两端有气体进出口，两端通以恒定电流加热，电阻上单位时间内所产生的热量是定值。当待测气体以缓慢的速度通过池室时，电阻丝上的热量将会由气体以热传导的形式传给池壁。当气体的传热速率与电流在电阻丝上的发热率相等时（这种称热平衡），电阻丝的温度就会稳定在某一个数值上，这个平衡温度决定了电阻丝的阻值。如果混合气体中待测组分的浓度发生改变，则气体的热导率也随之变化，导致热平衡发生相应的改变从而影响电阻丝的阻值产生相应变化，实现气体热导率与电阻丝阻值之间变化量的转化，氢气的含量就可通过测量热敏电阻阻值的变化来确定[2]。

2.2 顺磁氧分析仪

循环气体中的氧含量是利用氧分子独特的顺磁效应进行测量。磁效应的氧分析检测有多种形式，本装置的分析仪使用的是磁力机械式氧分析器。在一个密闭的气室中，装有两对磁场强度相反的非均匀磁极。当待测气体通过磁场时，氧分子的顺磁特性使O2汇集在磁场中的最强部分。受力件受到氧分压的影响，偏离原来的平衡位置，使得光电元件上接收到的光能量出现差值，输出毫伏级电压信号，电压的变化正比于磁场中的O2的含量。

2.3 红外分析仪

红外分析仪用于循环气体中CO 和CO2的检测。其原理是：红外光源产生的红外光通过切光片变成周期性断续的光通过两个不同的气室，参比气室完全密封并充有氮气，特定波长的光通过无衰减；测量气室通过待测样气后，待测组分吸收了一部分光辐射，其到达检测器的光辐射变小。微流量检测器检测到这种压力差转换成一个交流的电信号，通过电路板将其转化成待测气体的浓度。

3 标定及吹扫

干熄焦工艺中的循环气体中含有易燃易爆气体，且与生产装置挂连锁，及时、准确的检测对装置的安全生产非常重要。为确保气体分析仪测量的精度及长期稳定工作，分析系统遵循以下设计：

1）分析仪零点、量程的标定是系统的测量精度的保证，采用电磁阀与PLC结合的自动标定系统，能及时克服各种突发状况，远程满足标定的需求，保证了系统检测的及时、准确。

2）循环气体中含有大量的粉尘、水等，长期运行中易聚集，集结，堵塞管路。定时利用高于4km的氮气自动反吹取样管道，以保证管路的通畅；吹扫时送一路信号给控制室，以告知此时正在吹扫管路。

3）高温的循环气体在相对较冷的探头表面有水析出，受潮的粉尘集结在探头上，极易引起探头堵塞，影响测量。定期用中温中压蒸汽对取样探头进行人工吹扫，消除集结的粉尘，周期为1周。

4 分析柜的保温正压

1）为防止样气在输送过程中产生冷凝堵塞管路，在整个取样点到分析柜取样管道上要进行蒸汽伴热保温。

2）为防止气候环境对分析装置的影响，分析柜内采用蒸汽伴热，使测量及时有效。

3）为防止周围的气体进入分析柜，与易燃易爆气体混合，采用正压系统，及时的隔绝空气的进入，保证分析装置的安全。

5 常见故障及处理

1）水通过取样管回流至循环气体管道。原因引射泵的三通处堵塞，水和携带样气的蒸汽无法通过，水压又高于蒸汽压力，导致水流倒灌。将引射泵疏通，故障未再次出现。

2）标定正常后红外气体分析仪CO含量仍然显示负值。原因是样气中有水的存在，吸收了部分能量，导致样气中CO含量偏低。处理方法：用干净、干燥的氮气吹扫管路，查看预处理管道是否堵塞，检查旋风制冷器的温度是否在合适范围。

3）H2分析仪分析数据不准确。H2分析中，样气存在的CO2对H2测量有干扰，首先判定CO/CO2红外分析仪分析数据是否准确。处理方法：首先用标气来判断CO/CO2表的好坏，然后再用N2吹扫管路，消除跑冒滴漏；通入样气观察数据是否准确。

4）CO、CO2表满量程，造成气体分析不准。原因是用于吹扫CO、CO2表的压缩空气质量不合格，造成感光膜片功能下降。处理方法：更换吹扫CO、CO2表的气体，改用高纯N2吹扫，经过一段时间使用观察，效果良好。压缩空气装过滤器使其干净无尘，满足仪表要求。

5）旋风制冷器的温度在不同的季节有不同的要求：当室外温度低于0℃时，应减少甚至关闭旋风制冷器的仪表空气；当温度高于10℃时，加大仪表空气的进气量。

6 结束语

在线分析装置自投用以来，循环气体中H2、O2、CO、CO2的浓度检测及时准确，确保了干熄焦装置安全平稳地运转。该分析系统的取样预处理结构简单、故障率低、维修方便，保证了循环气体分析的连续可靠。

[1] 潘立慧，魏松波.干熄焦技术[M].北京：冶金工业出版社，2005.

[2] 王森，董镇，郭肇新，等.在线分析仪表仪器手册[M].北京：化学工业出版社，2008.

Application of CDQ Cycle Gas Analysis System

Xie Ming-qiang，Zhang Lin

The main detection components，the principle of detection，the composition of the device and the failure and treatment in the use of the CDQ cycle are introduced.

dry coke quenching；circulating gas；pretreatment；analyzer；fault handling

TQ520.5

B

1003–6490（2017）03–0063–02

2017–02–22

卢玉芝（1971—），女，山东博兴人，工程师，主要研究方向石油钻井采油技术。

收稿日期：2017–03–10

作者简介： 谢明强（1984—），男，陕西汉中人，工程师，主要从事分析仪表设计应用工作。