过程分析仪的维护与应用

2024-01-27张开然张晓伟

氮肥与合成气 2023年12期

张成,张开然,张晓伟

(安徽晋煤中能化工股份有限公司, 安徽临泉 236400)

在合成氨装置中,变换岗位是一个非常重要的单元,它的主要任务是将来自气化单元的粗煤气通过变换炉进行CO深度变换,生成合成氨所需的H2,制得合格的变换气送往甲醇洗单元。为此,变换炉出口CO过程分析仪的准确测量在生产中特别重要,它直接反映了变换炉的反应程度,为操作人员的可靠操作提供了依据。本文结合变换工艺的实际情况,从分析仪的选型、预处理装置的改进、日常维护3个方面进行分析、总结,并对存在的问题提出相应的优化措施,以保障过程分析仪的长周期可靠运行,为操作人员提供可靠的测量参数,保障岗位的安全生产。

1 过程分析仪的选型

某变换单元采用4台绝热变换炉,按设计院控制要求,变换炉出口CO工艺控制指标见表1。

表1 变换炉出口CO工艺控制指标

在实际正常生产中,1～4号变换炉出口的具体变换气参数见表2。

表2 变换炉出口变换气参数

过程分析仪的种类较多,有红外线气体分析仪、热导式分析仪、电化学式分析仪、工业色谱仪等类型,这些分析仪的专用性强,每种分析仪的适用范围都是有限的。同一类分析仪,即使测量范围相同,但是由于待测介质的背景组分不同,并不一定都能适应[1]。因此,应根据工艺的控制指标,从分析仪的量程、线性偏差、灵敏度、响应时间等方面综合进行考虑,既能避免选型不当造成成本浪费,又能满足工艺要求。

隔爆型红外线气体分析仪的工作原理为:将待测的气体连续不断地通过一定长度和容积的容器,从容器可以透光的两个端面中的一个端面一侧入射一束红外光,然后在另一个端面测定红外线的辐射强度,然后依据红外线的吸收与吸光物质的浓度成正比就可知道被测气体的浓度[2]。

为保证分析仪的线性度,根据工艺的控制指标,1～4号变换炉分别选择了量程范围为0～50%、0～10%、0～2%、0～2%的隔爆型红外线气体分析仪。在过程分析仪表线性偏差、灵敏度、响应时间等性能指标均满足工艺指标要求的基础上,同时要求分析仪供应厂家根据工艺的实际参数配置相应的预处理装置。

2 过程分析仪预处理装置的优化和应用

在正常的生产运行中,分析仪系统运行不稳定,导致仪表人员维护量增大,也不利于工艺人员的安全操作。总结故障原因后发现分析仪主要存在以下问题:(1)分析仪预处理带水量大,尤其在工艺大幅度调整提高炉温时,冷凝水极易进入分析仪气室内,造成分析仪故障,同时,频繁更换变色硅胶,造成维护成本增加。(2)分析仪厂家在配置预处理装置时存在缺陷,未有脱硫装置和精过滤器,导致硫化物和细微颗粒进入分析仪气室内,造成分析仪气室污染,使分析仪测量不准确。原分析仪预处理流程见图1。(3)分析仪预处理放散气体排放存在一定困难,放散气体排入地沟时,易造成爆燃及人身中毒事故的发生,存在重大的安全隐患;放散气体排入高处泄放口时,放散气体中带有的饱和水蒸气冷凝到排放管内,导致气体无法排出,造成分析仪测量滞后。(4)分析仪预处理装置内未配置伴热装置,在冬季运行时,预处理装置内结冰,导致分析仪无法正常工作。

图1 分析仪预处理示意图

针对上述存在的问题,逐项进行了优化改进,具体改进措施为:(1)设计了1套自动冷凝排水装置,并交由设备厂家制造后安装(见图2)。冷凝罐的顶部和底部为圆弧形设计,具有承载压力大、快速集聚水滴排放的优点,分析仪样气通过针型阀调节后,冷凝罐内的压力保持在0.15 MPa左右,样气通过取样进口管线插入冷凝罐底部,在冷却的同时向上穿过上方的2层栅板塔盘,在离心力的作用下进一步除水除尘,样气经过2层栅板塔盘后进入冷凝罐顶部,从顶部中心的样气出口送至分析仪厂家配套的预处理装置,同时,冷凝下来的水滴聚集在冷凝罐内。当冷凝水达到一定高度时,液位开关高点触发,电磁阀联锁打开,进行自动排水。当冷凝水低液位触发时,电磁阀关闭。改进后,分析仪样气中的冷凝水基本上能够全部排出,残余的水蒸气由原配套的预处理装置去除。(2)由于样气中的硫化物和细微颗粒通过冷凝的方法是无法处理的,因此,在原预处理不锈钢干燥罐的出口增加了2个脱硫罐。脱硫罐内放有脱硫剂,便于吸收硫化物。同时,为避免细微颗粒对分析仪气室造成污染,在分析仪的进口增加了1个0.2 μm的精过滤器,以有效滤除样气中的细微颗粒。(3)将分析仪放散样气通过取样管引入自制的气液分离罐内,放散样气进口位于气液分离罐中部(见图3),所产生的液体聚积在气液分离器底部,巡检人员每天上午定时将排污阀打开,冷凝水从罐内排出,气体通过冷凝罐顶部排放至高处。改进后,既解决了放散样气带水无法排出的问题,又消除了一项重大安全隐患。(4)由于分析仪预处理装置内未配置伴热,导致分析仪样气在冬季时冻住,使过程分析仪无法及时测量。考虑到该岗位为防爆区域,所测量的介质成分又多为CO和H2,选择电伴热存在一定的安全隐患。因此,使用蒸汽伴热,将蒸汽伴热管弯成盘管状固定在预处理装置的后侧,避免伴热管与装置内的柜体接触,防止金属热传导,造成内部的仪器损坏。同时,新增的2个冷凝罐、样气管、排污管等也都进行保温伴热,不留死角,改进后保证了分析仪气路的流畅,使分析仪在冬季能够准确及时地测量。

图2 自动冷凝排水装置

图3 气液分离器

生产过程中的分析仪能否正常工作,应根据不同生产工艺的特点,合理配置分析仪的预处理装置,取样器方向的安装、导压管材质的选择、样气介质的除水和除尘、样气流量的控制、样品的污染物排放、保温设备的防护等每一个环节都是非常重要的,它为分析仪的可靠测量提供了条件。为此,对分析仪的安装、预处理装置的选用也都提出了要求:(1)取样点具有代表性,与工艺管道或设备流体组分和含量相符合;(2) 取样管尽可能短,避免测量滞后;(3)除去样品中造成仪器内部及管线腐蚀和堵塞的物质,以及对测量有干扰的物质,使处理后的样品清洁干净,温度、压力、流量均符合分析仪工作的要求[3]。只有这些条件都满足了,分析仪才能够准确、及时地测量。

3 过程分析仪的运行维护

在分析仪的运行中,其运行维护是一个非常重要的环节,日常巡检、定期校验、大修检查等都是不可缺少的,只有这些维护做好了,分析仪才能长周期稳定运行。本文从以下3个方面,对分析仪的运行维护作简要概述。

3.1 日常巡检

分析仪的日常检查维护是仪表巡检人员的一项重要工作,每天至少巡检2回。在巡检过程中,除了检查预处理装置管道的压力、温度、流量,以及分析仪的自身运行情况外,具体的巡检内容还因分析仪的原理不同、工艺成分不同而各有差异,如变换单元工艺介质中带有水蒸气、硫化物、细微颗料等成分,在日常的巡检维护中,就需要对冷凝罐定期排水,更换干燥剂和脱硫剂,检查过滤器、伴热、各接头是否漏气等情况[4]。在实际的生产过程中,需要根据岗位的实际情况,制定相应的日常巡检、维护内容,并认真做好记录,以便分析系统的运行状况。

3.2 定期校验

过程分析仪的定期校验是分析仪可靠运行的保障,常量分析仪每月至少校验1次。通过对分析仪的校验可以检查出其零点漂移、量程漂移、线性偏差等情况,并及时对出现的问题进行消除。由于分析仪的量程范围不同、介质成分不同,其标准气的成分也是不同的,因此在校验的过程中必须合理选择,对所使用的标准气、载气情况进行检查,与校验情况一起做好记录,对标准气过期、压力不足等现象,及时申报计划进行采购,以保证分析仪能够正常校验。

3.3 大修检查

对于易冲刷、腐蚀、堵塞等恶劣工况,在装置大修期间,需要对取样器、管线、根部阀、安全阀等重要部位进行认真检查,及时消除出现的问题,保证检修的质量,确保在生产过程中分析样气畅通无阻、无泄漏。大修期间的检查维护是过程分析仪长周期运行的一项重要保障,它为日常的检查维护提供了基础,消除了日常维护所不能解决的问题。