气化装置洗涤塔出口分析仪表选型方案对比

娄承

(中国天辰工程有限公司，天津 300400)

在某煤化工项目的煤气化装置中采用8台气化炉，为了更好地检测气化炉合成气的各组分含量，在8台气化炉各自的洗涤塔出口设置了在线分析仪表，用于合成气中H2，CO，CO2，CH4，O2，H2S等的实时分析检测。分析仪表的选型设置是否更可靠、更合理、更经济，是保证煤气化装置正常生产测量的关键。

文中提出了两种分析仪表的选型方案，通过对比两种方案在使用和维护过程中会产生的问题以及各自的优缺点、投资估算等，以提供最佳的选型方案。

1 分析仪表选型方案

1)基于红外分析仪表等的传统方案。在气化炉水洗塔合成气出口设置了8台双通道红外分析仪表、8台单通道红外分析仪表、8台热导分析仪表、8台电化学微量氧分析仪表，实现合成气中H2，CO，CO2，CH4，O2的测量。

2)基于质谱仪的选型方案。在气化炉水洗塔合成气出口设置2台质谱仪，实现水洗塔出口合成气H2，CO，CO2，CH4，O2的测量，其中1台测量1～4号炉，另外1台测量5～8号炉，并且可实现冗余设置。

2 两种选型方案对比分析

2.1 使用和维护过程对比

2.1.1 红外分析仪方案

该方案采用4个分析小屋、16台红外分析仪、8台热导氢分析仪、8台氧分析仪，仪表数量较多，仅分析了CO，CO2，H2，CH4，O2，在使用和维护过程中会产生如下问题：

1)在红外区域，水有连续吸收光谱的特征，由于洗涤塔出口合成气中的水体积分数在50%～60%，如果预处理系统除水不干净，水气进入红外分析仪，将造成红外分析仪出现线性偏移，测量结果出现严重偏差；严重时会造成仪表检测器及光源污染，导致分析仪产生故障。

2)由于仪表台件数及种类繁多，仪器使用的参比气量较大，公用工程复杂，很大程度上加剧了后期的维护量。如果按3个月进行一次仪表的量程校验和零点校验，32台仪表的一个校验周期也需约1个月时间，并且后期会不断地消耗参比气，带来维护成本及维护量的增加。

3)由于每台仪表都有一定的滞后时间，如果采用红外分析，不能保证仪表测量的同步性，测量结果可能不是同一工况的状态，因此会对工艺操作造成干扰。

4)采用红外分析仪不能实现冗余，1台仪表出现故障，会对工艺操作造成影响。

5)大量的备品备件，增加了后期备品备件的管理工作及维护成本。

6)由于被测介质中H2S的体积分数较高，现有的预处理系统尚无法连续、完全地除去介质中的H2S，采用电化学式的8台微量氧分析仪易被腐蚀，因此无法实现O2的在线连续监测。

2.1.2 质谱仪方案

该方案采用2个分析小屋、2台质谱仪，其中质谱仪冗余配置，每台质谱仪不仅完成CO，CO2，H2，CH4和O2的实时监测分析，也可实现全组分分析。

1)合成气中的水体积分数对质谱仪不会造成影响，该方案既可以保证质谱仪的连续测量，也可以保证工艺正常操作。

2)2台质谱仪冗余配置，保证质谱仪连续监测工艺工况，使装置的安全可靠性得到巨大提升。

3)质谱仪不需要载气及参比气，降低了维护量及维护成本。

4)质谱仪的校验周期为6个月或更长，降低了后期的维护量。

5)2台质谱仪所需的备品备件较少，很大程度上降低了后期的维护成本及管理工作。

6)由于质谱仪不需要载气和参比气，分析小屋所涉及的供电、载气输送等一系列问题的复杂性也会降低。

2.2 两种方案综合对比

基于红外分析仪表等的传统方案与基于质谱仪的方案各有特点，通过分析两种方案的优缺点，并估算两者的投资费用。两种方案的优缺点比较见表1所列，综合对比情况见表2所列。

表2 两种方案综合对比

续表2

2.3 质谱仪方案的优势

质谱仪能够快速、准确、灵活地分析多个流路及多个组分的气体，它采用磁扇扫描原理实现对多种气体体积分数的检测，主要工作原理： 由快速进样系统导入气体分子试样，经过离子源将该试样转为离子态片段或气体离子，然后按照试样离子的质荷比不同，经过磁扇区时实现分离；被选定的离子进入检测器；检测器的输出信号经过板载微处理器转换，最终输出的信号表征样气中各个组分的体积分数。在整个分析过程中，质谱仪工作在真空状态，该真空系统由两部分组成： 由选装机械泵提供的初级真空和由涡轮分子泵提供的高度真空。

同时，质谱仪随机配置软件包，为在线分析系统提供了1套直观的、信息丰富的、灵活的操作视窗，确保能够通过计算机远程初始化；显示分析结果及系统诊断结果；也可以完全脱机独立运行。

3 结束语

综上所述，基于2台质谱仪加2个分析小屋的新方案，一次性投资少；同时，由于该方案仪表数量少，维护工作量得到了较大程度的下降；在分析结果方面，该方案可以进行全组分分析，且精度、准确性和可靠性更高，和单表模式相比反应时间更快，能够更好地反映装置的真实情况。因此，基于质谱仪的方案更经济、更合理，为日后类似项目分析仪表方案的选择应用提供参考。