在线分析仪表系统空分装置日常应用及维护

郝磊

（首钢京唐钢铁联合有限责任公司，河北 唐山 063200）

为满足本公司钢铁生产的气体（主要为氧、氮）能源需求，公司引进了2套75000Nm3/h的大型空分装置。空分装置所使用的工艺为深冷制氧工艺，其工作的原理主要是立足于液态空气当中不同物质成分的不同沸点，逐个抽离其中的部分，并将其转化为所需的各类气体。就目前的运行情况而言，2套空分装置所能起到的效果是不容小觑的，在实践中不仅能够满足本公司生产所需要的气态氧、氮、氩，还能实现液态氧、氮、氩销售盈利。

1 浅析在空分装置中分析仪表所能起到的作用

在空气分离流程的各个阶段，都需要配备不同类型气体分析仪。分析仪会对取样的样品气进行检测，测量出不同组分的占比情况，并将结果实时反馈给操作人员，操作人员根据这些数据调整空分装置设备，控制分离流程，从而获得纯度合格的或者是更高的所需气体，例如02、N2、Ar、低温液体等。另外，考虑空分设备的生产安全，多数流程都会设置主冷液氧中甲烷或碳氢化合物比例的在线分析仪表，因此在线分析仪表也提高了整个分离过程的安全性。

2 如何选择合适的分析仪表

在选择在线分析仪表的时候，我们需要遵循以下几个原则。首先，要选择检测范围适用于现有的空分装置的仪表，并且重点考核其检测灵敏度和精度及数据传输的实时性。其次，要对所要购进的在线分析仪表有充分的了解，能够从整体上把握其性能，了解其使用过程所须注意的原则。接下来，在对其进行操作之前，必须熟悉相应的规范，避免错误操作给仪表带来的损害，与此同时，在平时对其进行保养的过程只遵循最基本的原则即可，无需太过复杂。最后，在保障所选择的仪表能够满足当前空分装置需求的前提之下，还必须适当地节省成本。如果国内的在线分析仪表已经能够满足所需，则购进国内的，如果不能，再酌情考虑从国外购买。

3 浅析空分装置在线分析仪表的配置情况

以下以本公司所使用的75000Nm3/h的空分装置分析仪为例子，来对空分装置的在线分析仪配置进行全面的介绍。测点如下：（1）净化空气中二氧化碳；（2）增压空气（氮气）中水分；（3）液空中氧；（4）产品氧纯度；（5）产品氮中微量氧；（6）氩馏分中氧；（7）粗氩中氧；（8）氩气含量；（9）主冷凝器液氧中甲烷及碳氢。

第一，检测分子筛空气中的二氧化碳含量的配置。因分子筛净化作用，二氧化碳含量极小，目前通常采用红外气体分析仪。使用红外分析仪，可以有效地检测经过分子筛处理之后，空气中的二氧化碳含量。根据红外分析仪器的检测结果，我们就能够对分子筛是否具有良好的功能做一个评价。红外气体分析仪之所以能够有效地运作，其所依赖的主要原理，是对红外波长所散发出来的电磁波能量，不同的气体具有不同的特征波长和吸收系数。该分析仪有一个测量气室，主要包含红外光源、样气池和检测器。当红外光通过测量气室时，样品气所含的二氧化碳将吸收这一波长的红外光，透过的红外光因此而产生衰减，检测器测量出相对的红外能量，从而确定样气中的二氧化碳含量，进而确定分子筛的作用是否强大。

第二，检测产品氧的纯度和粗氩含氧量的装置。对以上样品气的氧含量进行检测的仪器，大多数采用磁力机械式氧分析仪或电化学氧分析仪。最普遍的磁力机械式氧分析仪利用氧的顺磁性，就是通过磁场电流与氧气含量的线性关系来测量氧含量。而组成这一检测仪器，也就是磁氧传感器的部分，主要是一对哑铃球，它们不仅对称分布，且都被悬挂着放置于一个分布不均匀的磁场当中。

第三，检测产品氮和氩气中微量的氧的装置。一般选择燃料电池式氧分析仪或氧化锆式氧分析仪。最普遍的是燃料电池式氧分析仪，借助这一分析仪器，可以准确地计算产品中的ppm级氧含量。一个微燃料电池，这个电池作为这一设备的氧气传感器部分，其主要由其阴阳两极和含量为15%的KOH溶液组成。在工作的时候，其两极部分一般都需要在KOH溶液当中浸泡。通过这一传感电池，仪器就可以借助于阴阳两极和氧气之间的化学反应来产生一定的能量，从而推动电流信号的产生，最后借助于电流的大小来对氧气浓度做出准确的判断。但由于其燃料电池是一种消耗品，所以对预处理系统和空分停车时的电池保护要求比较高，通常用氮气保护。投运时严格按规程操作，否则不仅检测结果不准确，还会降低燃料电池的寿命。

第四，检测对增压空气的微量水含量进行分析的设备，名称为微量水分析仪（露点仪）。主要有电容式和电解式。电解式水分析仪借助五氧化二磷传感器可以有效地利用相关的化学原理来对测量目标进行测量。这一原理主要是，水电解分子的主要化学组成部分分别是氢气和氧气，而构成传感器的部分一方面是一个圆柱，且其构成材质为玻璃，其次是两根电极，两个电极之间涂抹磷酸电解质电解过程发生之后，氢气和氧气就会从原来的水中释放出来。并且在两极之间会出现一种名为五氧化二磷的物质。这一物质借助其极强的吸附水分子的能力，会促进磷酸的形成。与此同时，因原先存在于酸之中的水已经在上述的电解过程中被完全地分解，在这两种作用下，就会出现一种平衡。借由这一过程，微量水分析仪就能够计算出相应的水含量的数据。

第五，检测氩馏分和粗氩氩含量的有效设备，所借助的原理是热导式原理。在所有条件都相同的情况下，不同的气体也会产生不同的热传导效率。与此同时，在通过电阻的时候，如果氩组分气体的浓度水平有所差异，那么它们经由产生不同的热传导效应，也会带走不相等的热量。此时，通过从电阻到电流信号的转化，氩气的含量就得以被精确地计算出来了。

4 浅析如何对在线分析仪表进行日常的维护工作

要想确保在线分析表能够持续平稳的运行，就必须制定严格的日常检查表，定期对在线分析仪表进行有效的质量检查和维护，并且为其定期进行标定。具体而言，主要需要关注以下几个方面的内容。

首先，在日常检查和维护的过程中，维护人员必须侧重于关注在线分析仪表的以下几个方面的指标：其一是含量显示指数，其二是分析仪预处理系统样品气的过滤和稳压、稳流，其三是运行气的耗损量和报警指示器的状态。只有当这几个方面都维持在正常的水平时，维护人员才能够从中确定在线分析仪表的状态。其次，由于不同的在线分析仪有不同的标定周期，因此当前使用的在线分析仪也需要有合适且固定的标定周期，并且在进行实际标定时，应当遵循标定操作规范。再者，由于标准瓶气的质量期限一般都在2年之内，因此，我们在实际中使用标准瓶气的时候，必须确认其质量期限，最好能够确保其国家标准证书是在本年度内获得的。接下来，为了对在线分析仪表进行有效的维护，相关的维护人员必须熟知仪器的相关说明书，从而保障其流程的规范程度进一步提高。除此之外，如果微量氧分析仪存放过久又不使用，就会对电池造成影响，缩短使用寿命，必须通入高纯度的氮气作为保护气体。此外，维护人员必须准备必要分析仪备件，以保证当前使用的分析仪出现了问题可以及时处理，如此才能确保空分生产不受影响。最后，要培养员工的专业技能和工作素养，加强员工对分析仪表的重视程度，这样才能更好地确保仪器的正常运行，从而满足企业的生产需求。

5 结语

本文从提高在线分析仪表系统的实际使用性能及对其进行有效的日常维护的角度出发，深入浅出地探究了在空分装置当中，在线分析仪表各个组成部分的使用原理和工作性能，以期能够借此来加深相关工作人员对这一在线分析仪表系统的了解，从而使其能够更加懂得如何在工作过程中对这一系统进行操作和使用。要想真正提高这一在线分析仪表的使用寿命和使用效率，必须注重其日常的养护。