比值分析仪的应用与故障分析

罗妍妍

(沧州渤海石化工程有限公司)

比值分析仪的应用与故障分析

罗妍妍

(沧州渤海石化工程有限公司)

介绍TLG-837比值分析仪的系统组成与工作原理，并结合日常维护经验总结了该比值分析仪在应用中常见的故障问题与解决方法。

比值分析仪 硫磺回收装置 配风比 故障分析 解决方法

炼油厂硫磺回收装置是炼化行业不可或缺的一部分。传统的Claus硫磺回收是一种比较成熟的多单元处理技术，含有硫化氢的酸性废气在燃烧炉内不完全燃烧，使硫化氢部分转化为SO2，这些混合气体在含有催化剂的Claus炉内反应生成单质硫，再经冷却器和液硫收集器回收，最后将剩余的少量酸性气通过焚烧炉过氧完全燃烧后排放[1]。在硫磺回收过程中，配风比是硫磺回收装置的重要操作条件，通过比值分析仪调节配风比来实现Claus反应中硫的最佳转化率，可以保证最大的硫回收效率，减少硫损失。在日常维护过程中，影响比值分析仪正常工作的因素很多。为此，笔者以检测硫磺尾气中的H2S、SO2为例介绍了TLG-837比值分析仪的组成与工作原理，并对比值分析仪在日常维护过程中经常出现的故障与解决方法进行了介绍。

1 比值分析仪系统组成

1.1取样系统

取样系统主要由探头构成。探头由3根不同通径但同向的管子组成：外侧是一根是直径1.5″的管子，也是探头的外径；内侧是一根“冷指”管，用于脱除大部分的硫蒸气；另一根管子通向“冷指”管的底部并进入引射器作为抽吸样气的动力源。

检测传输系统包括分光光度计、光纤、工控机、输入/输出模块和供电模块。

1.2辅助系统

辅助系统主要包括冷指蒸汽、吹扫蒸汽、抽吸气和吹扫气。

仪表正常运行时，辅助系统的要求为：冷指蒸汽压力不超过0.14MPa，吹扫蒸汽压力不低于0.7MPa；引射风压力一般不大于0.07MPa，引射流量计的示数应在50～150mL/min之间。

预处理器接入1.0MPa的蒸汽，经减压后一路去探头的冷指蒸汽入口，用于冷却单质硫，另一路去探头的吹扫入口，用于吹扫测量池和透射镜片。

自空分装置的0.45MPa仪表风一路进光谱仪，用于冷却光谱仪机箱和动作电磁阀模块，另一路进辅助系统后分为两路，第1路减压后去探头的引射器入口作为抽吸样气的动力源，第2路用于吹扫和标零。

2 比值分析仪的工作原理

TLG-837比值分析仪主要分析硫磺回收装置尾气中H2S和SO2的浓度，并计算比值，然后将信号传递给DCS系统，由DCS系统控制配风比。

2.1取样原理

TLG-837取样探头原理如图1所示。样品在引射器负压的作用下，沿取样探头向上流动，在流动过程中与低压蒸汽控制的“冷指”接触，“冷指”将样品气中的硫蒸气冷却并在重力的作用下自然流回工艺管道，而后被管道中流动的工艺介质带走。除去硫蒸气的样品气继续向上，流动到测量池中，样品气吸收紫外光，其入射光强与透射光强的关系符合郎伯比尔定律，然后被测样气与抽吸气混合并在抽提空气的带动下，流经引射器缩颈处后排出，最终随工艺介质流向工艺下游[2,3]。

图1 TLG-837取样探头原理

探头内部有一个内置的除雾室，通入低压蒸汽。由于低压蒸汽温度大幅低于尾气，因此除雾室对于上升样气具有冷却作用。硫元素是尾气所含组分中凝点最低的，由于内部探头温度保持为低压蒸汽温度，因此样品中的硫元素都通过冷凝而被选择性地去除，同时高度完整的样品继续上升至探头顶部进行分析。光与样品气之间的相互作用点在探头顶部的流通池盘中。流通池盘带有高压蒸汽通道，用于加热流通池并确保残留的硫为气态。

2.2测量原理

TLG-837比值分析仪的测量原理(图2)为：利用被测介质对紫外光的吸收与被测介质浓度成线性关系的原理实现定量测量。氙灯光源发出全波长光束，经聚光器汇聚后进入发射光纤，并由发射光纤导入测量探头内。经气体吸收后的光束沿反射光纤进入散光器，发散开的光束由分光光栅分成按波长排列的光谱，一对光纤探头分别用于发射和接收通过流通池的试样光谱，全息光栅根据其波长来分散光，再使用二极管阵列检测器检测光谱中不同波长的强度并转换成电信号，传送到数据处理单元进行处理后即可计算出不同组分的浓度值。

图2 TLG-837比值分析仪测量原理

3 常见故障分析

3.1透镜污染

仪表正常运行时，冷指蒸汽压力不得超过0.14MPa。若冷指蒸汽压力过高，则蒸汽温度随之增大，当温度大于129℃时，饱和硫蒸气不能冷凝成液态硫，硫蒸气与样品气将一起进入测量池，造成透镜污染。所以，保证冷指蒸汽压力的长期稳定是仪表正常运行的重要前提。

透镜长期工作在高温状态下并与样品气、蒸汽直接接触，导致镜片曲面磨损严重，发射与吸收光线准直度下降，使工作状态下吸收光谱无明显变化，此时需要更换新透镜。

在自动蒸汽吹扫、空气吹扫、空气标零完成后，仪器进入正常工作状态。仪器正常运行时测量池温度应在143～160℃，此前空气吹扫与标零的净化风温度是常温，在由常温到143～160℃的过程中，样品气已经开始进入测量池，此过程进入测量池的样品气易受到常温空气的影响，形成硫磺结晶进而导致透镜污染。为此，在日常维护过程中，可以在进入仪器前的净化风管路上增加一台空气预热器，使净化风一直处于高温状态，从而避免常温空气吹扫后带来的温差弊端。

3.2分光光度计光源不足

分光光度计光源采用的是氙灯光源。氙灯光源是利用氙气放电而发光的电光源，一般氙灯寿命在5年左右，若氙灯寿命到期就会造成氙灯不发光或发光强度不够。所以，在日常维护时，掌握所用氙灯光源的使用周期，是排除分光光度计光源不足的重要前提。另外，通过增加积分时间增加单位时间内的频闪次数，可以提高光源的发光强度。

3.3吸收光谱显示异常

仪表标定程序完成后，正常情况下，空气电磁阀处于关闭状态。当空气电磁阀阀芯密封不严时，会有空气泄漏到测量池中，导致样气被稀释，进而影响吸收光谱和测量结果。在实际工作中，将空气电磁阀改为气控球阀可以有效避免电磁阀内漏现象。

在仪表自动空气标零状态下，纯净空气在测量池内维持的时间较短，吸收光谱的零线未完全稳定时，标零状态即退出，造成零点标定失败，导致光谱谱图异常。因此在实际操作过程中，首先打开蒸汽阀，吹3min，然后进行零点标定。打开空气阀，观察分析仪屏幕上的谱图，直到吸收光谱在零线上并且稳定后再关闭空气阀，仪表即可正常投用。

在日常维护过程中，由于样气污染或吹扫透镜的蒸汽温度不够，势必会造成透镜污染。人工清洗透镜是工作中经常遇到的问题。透镜清洗复位安装后入射光和接收光不同轴也会造成吸收光谱的强度降低，所以在安装透镜时，将谱图与安装调整相结合是提高吸收光谱强度的恰当方法。

3.4样气无法进入流通池

仪表正常运行时，流通池的温度应维持在143～160℃，当流通池温度低于143℃时，将产生硫磺结晶进而造成流通池入口堵塞，导致样气无法进入流通池。解决措施是：保证有稳定的高压蒸汽源，设置保温蒸汽夹套防止温度流失。

抽提空气进风压力低，分析后的样品无法排放到工艺管线中，进而导致新样品气无法正常进入流通池。所以，抽提空气进风压力的长期稳定是保证样品气能够形成通路的重要前提。

由于引射器缩颈处的直径较小，若净化风长时间脏污将会导致引射器缩颈处堵塞。所以，采用稳定的净化风源和性能稳定的空气过滤器，保证净化风的纯净度，可以有效防止引射器缩颈处堵塞。

4 结束语

笔者介绍了TLG-837比值分析仪的系统组成与工作原理，并结合工作经验总结了日常维护中遇到的故障问题和解决方法，为比值分析仪等其他产品的维护提供一定的借鉴与参考。

[1] 王红红,张英杰.磁氧分析仪在克劳斯硫磺回收中的应用[J].化工自动化及仪表,2013,40(10):1252～1254.

[2] 符青灵,王森.在线分析仪表工工作手册[M].北京:化学工业出版社,2013:438～440.

[3] 朱良漪,孙亦梁,陈耕燕.分析仪器手册[M].北京:化学工业出版社,1997:1285～1287.

ApplicationandFaultAnalysisofRatioAnalyzer

LUO Yan-yan

(CangzhouBohaiPetrochemicalEngineeringCo.,Ltd.)

The composition and working principle of TLG-837 ratio analyzer was described and through considering the daily maintenance experiences, both common faults and solutions to them in the application were summarized.

ratio analyzer, sulfur-recovering device, air-distributing ratio, fault analysis, solutions

罗妍妍(1981-)，工程师，从事分析仪表的维护工作，136496378@qq.com。

TH83

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1000-3932(2017)11-1036-03

2017-05-10，

2017-07-26)

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