浅谈在线氧分析仪在壳牌煤汽化装置中的应用

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贵州省福泉市天福化工有限责任公司煤气化装置采用 SHELL干煤粉气化技术，以无烟煤为原料，生产以氢气和-氧化碳为主要成分的粗合成气，经后工序变换、净化后作为生产合成氨、甲醇及二甲醚的原料气。煤气化装置中第-步的磨煤干燥单元主要经由贮运系统运进的碎煤及石灰石按比例加入磨煤机磨成合格粒度的细煤粉，通过循环气干燥后供气化炉使用。其整个磨煤过程均在惰性气体(低氧浓度)的环境下进行，为避免煤粉在设备里产生自燃或爆炸，要求惰性气体中的氧浓度不能大于8%，这是工艺关注的-项重要指标。由于需要对被测气体进行连续不断地在线监控，我厂配置了 4台美国ABB生产的 EL3040-Magnos206磁氧分析仪进行在线监测。该型氧分析仪在装置中的配置情况如下表 l。

表1 氧分析仪在装置中的配置情况位号 测量组分 测量地点 测量范围11QT-010111QT-020111QT-01051IQT-02O5氧气 A系列袋式过滤器出口氧气 B系列袋式过滤器出口氧气 A系列磨煤机进口氧气 B系列磨煤机进口O-25%0-25%O-25%O-25%也会被磁化，只不过不同气体表现出的磁化强度和磁化极性不同。氧气是顺磁性物质，在磁场中具有极高顺磁特性。下图1是各种气体的体积磁化率。

9O70X 5OOa1003O1O- 10图 1 各种气体的体积磁化率从中我们可以看出，氧气的体积磁化率要比-般气体高得多。EL3040-Magnos206磁氧分析仪主要就是利用氧气的这-特性原理制成。由图还可看到NO、NO：气体的顺磁性虽比氧气熊多，但却不能被忽视。所以在选择磁氧分析仪时，先要确认被测气体内有无大量的NO、NO：等气体，否则将对磁氧分析仪的测量造成极大干扰及测量误差。

1 磁氧分析仪的工作原理 2 检测器的工作原理1.1 氧气的顺磁性任何物质在外界磁场的作用下都会被磁化，呈现出-定的磁特性。物质在外磁场中被磁化，本身会产生-个附加磁场，当其附加磁场与外磁场方向相同时，该物质被外磁场吸引，被称为顺磁性物质；而当其附加磁场与外磁场方向相反时，该物质被外磁场排斥，并被称为逆磁性物质。气体处于磁场中EL3040-Magnos206氧分析仪属于机械磁氧式，它的检测器主要由-个永久性磁铁、磁极、哑铃球旋转系统和光电检测器组成。

在-个密闭的气室内，-块形状如L-”形的永久性磁铁上下两端装有两对导磁体充当磁极(共两对磁极)，它们的磁场强度梯度相反，构建成-个外部磁常在两对磁极构建的磁充，有两个哑铃球(体积相同、体积磁化率相等)通过-方形金属支撑收稿 日期：2013-03-0r7；修返日期 ：2013-03-12作者简介：黄婷婷(1982-)，女，助理工程师，主要从事在线分析仪表的调试维护、技术管理工作 黄婷婷：浅谈在线氧分析仪在壳牌煤汽化装置中的应用 .35。

架对称轴上的金属丝被悬挂其中。两对磁极在同-磁场产生-对对称的磁场，使两个哑铃球对称地位于两对磁极的两侧，并且以方形支撑架为轴转动，在方形支撑架的中心、与两个哑铃球同-轴面上固定有-面反光镜，其垂直正对着光电检测器的光源。

光源发出的光束投射在平面镜上，被反射到两组光电元件(如硅光电池等)上，-般两个光电元件采用差动方式连接到放大器电路中。

当检测器内无顺磁气体进人时，两个哑铃球会处于平衡状态，反光镜也处于平衡位置，此时被反射到两个光电元件的光能均衡相等，光电组件输出为零，此时检测器处于零点状态，仪表测量值应为零。

当被测气体进入检测器后，在气室中，氧气由于自身的顺磁性受磁场作用，带动哑铃球转动，此时两个球体受到大小相等、方向相反的力作用，对于哑铃所在的整个方形金属架而言，受到的是-个力偶的作用。

假如用M 表示力偶，FM表示哑铃球在磁场中受到的作用力，R 表示哑铃球体中心至方形金属架中心的垂直距离(即哑铃的力臂)，则整个哑铃旋转系统所受到的力偶M 大猩以用下面公式来计算：MMFM x2RP。

哑铃旋转系统以金属丝为轴转动-定的角度，检测器原来的平衡被打破，在哑铃球做角位移时，平面镜随之偏转，反射出的光束也随之偏转，此时两个光电元件接收到的光能量出现差值，光电检测系统- 边根据偏转角度的大小来调整导线线圈中电流的大小产生-个与 M 大小相同、方向相反的力臂M 来平衡，使平面镜旋转到水平位置为止；-边输出毫伏电压信号，通过放大器放大输出，最终成为被测氧含量的大校简单的说，就是哑铃球的偏转角度就越大，氧气的浓度越高。其原理图如图2。

为固体颗粒物及液体的大量存在对其检测器的影响非常大，要求被测介质无液体存在，固体物微粒小于5 ，综合露点低于环境温度5℃-IOC。下表2是4块氧表取样点介质参数。

表2 氧表取样点介质参数从以上参数看，该4点工艺气温度较高、压力较小(负压或微正压)、带尘严重，不能满足仪表正常测量的技术要求，因此我们配备了专门的取样装置及预处理系统，对工艺样品的压力、温度、流量进行调节和控制，对样品中的机械杂质、煤粉、水分等进行过滤、除水等处理，以下将分别阐述取样装置及预处理系统的大概工作原理。

2.1 取样装置图3为取样装置，其工作原理为：首先利用冷却器对工艺气进行充分冷却降温，以降低样气的混合露点，使样气中绝大部分饱和水被析出，聚集凝结并返回工艺管道内，同时将大部分固体颗粒及水溶性物质冲刷回工艺管道，起到自清洗、自脱水、自除尘的效果，大大减轻后级预处理的负担。另外，少量没有掉回管道的固体颗粒及水滴会逐渐积累附着在取样管壁上，并越积越多，在冷却器出口设置蒸汽反吹管线，定期开启蒸汽进行吹扫，可避免取样器及样管堵塞。

图2 哑铃旋转原理图2 仪表预处理系统磁氧分析仪表对测量样气的要求非常严格，因 2·2图3 取样装置预处理装置图4.为后级预处理装置，其工作原理为：由于几· 36·贵 州 化 工GuizhouChemicalIndustry2013年4月第 38卷第2期个取样点的工艺气为负压和微正压，因此我们采用隔膜泵对样气进行抽吸；为保证样气的恒压恒流，系统内装有稳压阀及玻璃转子流量计；在泵的出口装有三通过滤器，对样气中的固体颗柳行二次过滤；并采用涡旋制冷器对样气进行再次制冷，以确保样气的综合露点低于环境温度5E-10℃，冷凝物由气液分离罐及排液罐内排出，样气从上端流出；经可视过滤器进行最后-次精细过滤后进入仪表。

3 使用过程中的问题及技改图4 后级预处理装置3.1 取样装置安装有漏点在磨煤装置单体试车时，llQT-0101测量偏高- 示值已接近空气值。然而整个二级预处理装置都已试漏合格，没有任何漏点。最后我们打开蒸汽反吹对取样装置进行试漏，发现从取样装置的箱体下方冒出蒸汽，原来是安装单位没将箱体和现场管件连接牢靠，留下了间隙，使采样泵由间隙处抽上了空气，造成仪表测量失真。之后我们重新紧固了箱体，仪表测量值显示正常。

3.2 蒸汽反吹问题在试车初期，11QT-0201取样装置严重堵塞，采样泵无法正常取样。此时我们关闭采样泵开关，打开下图中V阀和V阀，并关闭V”阀，用蒸汽进行反吹，完成后重新投用预处理时，发现部分不能落回工艺管道而积累在V和V”两个针阀处的蒸汽冷凝水(如下图5虚点处)。

被采样泵给抽吸过来，造成取样管、泵管、泵膜片、过滤器瞬间充满了水。此后，我们改动了二级预处理，在原来的仪表风减压阀后增加了-个三通接头，-头接原来的样管，另-头接-个小针阀，-旦前级系统堵塞，我们就在小针阀处连接-根软管，软管的另-头接入二级预处理的进样 口，然后开启-定压力的仪表风就可以对整个前级系统进行反吹。

定期使用仪表风进行反吹，保证了整个样管及取样样品管线燕汽伴热图5 取样装置被蒸气冷凝液堵塞情况装置的干燥清洁。

3.3 冬、春季样气带水严重冬春季节，工艺管道内外温差较大，使工艺气综合露点变低，带水严重，常常有冷凝水堵在取样系统的过滤器内，造成采样泵无法正常取样。我们自己设计制作了-个汽水分离罐，加在过滤器之前，现在只需定期打开分离罐的导淋排液即可保证采用泵的正常取样。

2月-Jl 黄婷婷：浅谈在线氧分析仪在壳牌煤汽化装置中的应用 .37。

3.4 仪表温度报警1lQT-0205曾经出现过温度异常的报警，我们通过手指触摸仪表的进气、出气管，发现其冰冷没有温度，判断应是仪表内部的-个保险断开。由于氧的顺磁性在6O℃-65℃为最佳，因此仪表内部安装有加热控温系统，-般会自动加热腔体在 65℃左右，当加热温度大于85℃时，保险会自动断开，防止仪表内部PID控温系统被损坏。我们更换保险后，仪表报警消失，并运行正常。

图 6 零点标定时的电脑截图图 7 量程标定时的电脑截图3.5 仪表标定无法实现在标定 llQT-0105时，曾出现过下面现象：先通人零点气时，仪表测量值由原来的13%左右开始缓慢地往下降，lmin后值只降到了1l%左右，并稳定下来。我们没有继续等待，而是直接对它进行了零点标定，示值回到了零；但当通人量程气(7.95%O：，余N：)后，仪表示值基本无变化，无法再进行标定。我们分析原因，判断应该是由于前面强行大偏差的零点标定使仪表内部产生了标定混乱，只能采用笔记本电脑连接仪表并对其进行软件标定。软件标定是基于ABB公司的Optima TCT软件下操作进行的，下图6和图7分别是进行零点标定和量程标定时的电脑截图(经过处理)，由图 6、图 7可以看到，在分别为仪表通人零点气和量程气时，随时间增长，电脑读到仪表检测器中未被处理过的原始信号值也随之降低或增长，图中曲线在降低或增长时均曾圆滑的弧线，之后走势平顺，比较稳定。这表示仪表测量稳定，斜率走势良好，可以进行标定。在完成软件标定后，仪表恢复正常运行。

5 结束语在煤气化装置中，工艺气经过采样、预处理系统，被降温、除水、除尘、稳流等，达到 ABB EL3040-Magnos206磁氧分析仪对样气的测量要求后，进入仪表内部进行分析。我们在实际应用中进行的技术改造及解决方案都为该表长期的稳定运行提供了保障。而该表的稳定运行既为人工分析减轻了负担，更为工艺的安全操作提供了及时、连续、可靠的分析数据。