婁承

(中國天辰工程有限公司，天津 300400)

在某煤化工項(xiàng)目的煤氣化裝置中采用8臺(tái)氣化爐，為了更好地檢測氣化爐合成氣的各組分含量，在8臺(tái)氣化爐各自的洗滌塔出口設(shè)置了在線分析儀表，用于合成氣中H2，CO，CO2，CH4，O2，H2S等的實(shí)時(shí)分析檢測。分析儀表的選型設(shè)置是否更可靠、更合理、更經(jīng)濟(jì)，是保證煤氣化裝置正常生產(chǎn)測量的關(guān)鍵。

文中提出了兩種分析儀表的選型方案，通過對比兩種方案在使用和維護(hù)過程中會(huì)產(chǎn)生的問題以及各自的優(yōu)缺點(diǎn)、投資估算等，以提供最佳的選型方案。

1 分析儀表選型方案

1)基于紅外分析儀表等的傳統(tǒng)方案。在氣化爐水洗塔合成氣出口設(shè)置了8臺(tái)雙通道紅外分析儀表、8臺(tái)單通道紅外分析儀表、8臺(tái)熱導(dǎo)分析儀表、8臺(tái)電化學(xué)微量氧分析儀表，實(shí)現(xiàn)合成氣中H2，CO，CO2，CH4，O2的測量。

2)基于質(zhì)譜儀的選型方案。在氣化爐水洗塔合成氣出口設(shè)置2臺(tái)質(zhì)譜儀，實(shí)現(xiàn)水洗塔出口合成氣H2，CO，CO2，CH4，O2的測量，其中1臺(tái)測量1～4號(hào)爐，另外1臺(tái)測量5～8號(hào)爐，并且可實(shí)現(xiàn)冗余設(shè)置。

2 兩種選型方案對比分析

2.1 使用和維護(hù)過程對比

2.1.1 紅外分析儀方案

該方案采用4個(gè)分析小屋、16臺(tái)紅外分析儀、8臺(tái)熱導(dǎo)氫分析儀、8臺(tái)氧分析儀，儀表數(shù)量較多，僅分析了CO，CO2，H2，CH4，O2，在使用和維護(hù)過程中會(huì)產(chǎn)生如下問題：

1)在紅外區(qū)域，水有連續(xù)吸收光譜的特征，由于洗滌塔出口合成氣中的水體積分?jǐn)?shù)在50%～60%，如果預(yù)處理系統(tǒng)除水不干凈，水氣進(jìn)入紅外分析儀，將造成紅外分析儀出現(xiàn)線性偏移，測量結(jié)果出現(xiàn)嚴(yán)重偏差；嚴(yán)重時(shí)會(huì)造成儀表檢測器及光源污染，導(dǎo)致分析儀產(chǎn)生故障。

2)由于儀表臺(tái)件數(shù)及種類繁多，儀器使用的參比氣量較大，公用工程復(fù)雜，很大程度上加劇了后期的維護(hù)量。如果按3個(gè)月進(jìn)行一次儀表的量程校驗(yàn)和零點(diǎn)校驗(yàn)，32臺(tái)儀表的一個(gè)校驗(yàn)周期也需約1個(gè)月時(shí)間，并且后期會(huì)不斷地消耗參比氣，帶來維護(hù)成本及維護(hù)量的增加。

3)由于每臺(tái)儀表都有一定的滯后時(shí)間，如果采用紅外分析，不能保證儀表測量的同步性，測量結(jié)果可能不是同一工況的狀態(tài)，因此會(huì)對工藝操作造成干擾。

4)采用紅外分析儀不能實(shí)現(xiàn)冗余，1臺(tái)儀表出現(xiàn)故障，會(huì)對工藝操作造成影響。

5)大量的備品備件，增加了后期備品備件的管理工作及維護(hù)成本。

6)由于被測介質(zhì)中H2S的體積分?jǐn)?shù)較高，現(xiàn)有的預(yù)處理系統(tǒng)尚無法連續(xù)、完全地除去介質(zhì)中的H2S，采用電化學(xué)式的8臺(tái)微量氧分析儀易被腐蝕，因此無法實(shí)現(xiàn)O2的在線連續(xù)監(jiān)測。

2.1.2 質(zhì)譜儀方案

該方案采用2個(gè)分析小屋、2臺(tái)質(zhì)譜儀，其中質(zhì)譜儀冗余配置，每臺(tái)質(zhì)譜儀不僅完成CO，CO2，H2，CH4和O2的實(shí)時(shí)監(jiān)測分析，也可實(shí)現(xiàn)全組分分析。

1)合成氣中的水體積分?jǐn)?shù)對質(zhì)譜儀不會(huì)造成影響，該方案既可以保證質(zhì)譜儀的連續(xù)測量，也可以保證工藝正常操作。

2)2臺(tái)質(zhì)譜儀冗余配置，保證質(zhì)譜儀連續(xù)監(jiān)測工藝工況，使裝置的安全可靠性得到巨大提升。

3)質(zhì)譜儀不需要載氣及參比氣，降低了維護(hù)量及維護(hù)成本。

4)質(zhì)譜儀的校驗(yàn)周期為6個(gè)月或更長，降低了后期的維護(hù)量。

5)2臺(tái)質(zhì)譜儀所需的備品備件較少，很大程度上降低了后期的維護(hù)成本及管理工作。

6)由于質(zhì)譜儀不需要載氣和參比氣，分析小屋所涉及的供電、載氣輸送等一系列問題的復(fù)雜性也會(huì)降低。

2.2 兩種方案綜合對比

基于紅外分析儀表等的傳統(tǒng)方案與基于質(zhì)譜儀的方案各有特點(diǎn)，通過分析兩種方案的優(yōu)缺點(diǎn)，并估算兩者的投資費(fèi)用。兩種方案的優(yōu)缺點(diǎn)比較見表1所列，綜合對比情況見表2所列。

表2 兩種方案綜合對比

續(xù)表2

2.3 質(zhì)譜儀方案的優(yōu)勢

質(zhì)譜儀能夠快速、準(zhǔn)確、靈活地分析多個(gè)流路及多個(gè)組分的氣體，它采用磁扇掃描原理實(shí)現(xiàn)對多種氣體體積分?jǐn)?shù)的檢測，主要工作原理： 由快速進(jìn)樣系統(tǒng)導(dǎo)入氣體分子試樣，經(jīng)過離子源將該試樣轉(zhuǎn)為離子態(tài)片段或氣體離子，然后按照試樣離子的質(zhì)荷比不同，經(jīng)過磁扇區(qū)時(shí)實(shí)現(xiàn)分離；被選定的離子進(jìn)入檢測器；檢測器的輸出信號(hào)經(jīng)過板載微處理器轉(zhuǎn)換，最終輸出的信號(hào)表征樣氣中各個(gè)組分的體積分?jǐn)?shù)。在整個(gè)分析過程中，質(zhì)譜儀工作在真空狀態(tài)，該真空系統(tǒng)由兩部分組成： 由選裝機(jī)械泵提供的初級真空和由渦輪分子泵提供的高度真空。

同時(shí)，質(zhì)譜儀隨機(jī)配置軟件包，為在線分析系統(tǒng)提供了1套直觀的、信息豐富的、靈活的操作視窗，確保能夠通過計(jì)算機(jī)遠(yuǎn)程初始化；顯示分析結(jié)果及系統(tǒng)診斷結(jié)果；也可以完全脫機(jī)獨(dú)立運(yùn)行。

3 結(jié)束語

綜上所述，基于2臺(tái)質(zhì)譜儀加2個(gè)分析小屋的新方案，一次性投資少；同時(shí)，由于該方案儀表數(shù)量少，維護(hù)工作量得到了較大程度的下降；在分析結(jié)果方面，該方案可以進(jìn)行全組分分析，且精度、準(zhǔn)確性和可靠性更高，和單表模式相比反應(yīng)時(shí)間更快，能夠更好地反映裝置的真實(shí)情況。因此，基于質(zhì)譜儀的方案更經(jīng)濟(jì)、更合理，為日后類似項(xiàng)目分析儀表方案的選擇應(yīng)用提供參考。