相 亮

（中國石化集團南京化學工業(yè)有限公司，江蘇南京210048）

隨著國家環(huán)保要求越來越高，對化工裝置尾氣SO2濃度控制更為嚴格。紫外SO2在線分析儀是測量尾氣SO2濃度的關鍵儀器。由于氣體組分復雜、儀器工作環(huán)境差，在運行過程中，隨著時間積累，大部分紫外在線氣體濃度分析儀光學窗口會被污染，零點量程參數會發(fā)生偏移，造成測量結果有偏差。因此，需要通過定期手動調校的方法以保證儀表測量的準確性。調校過程費時費力，客戶希望能開發(fā)出一種能自動校準的紫外SO2在線分析儀。

1 分析儀工作原理

可自動吹掃校準紫外SO2在線分析儀采用紫外吸收光度法工作原理[1]，紫外光在氣體或溶液中的吸收遵從比爾定律：

式中：I——吸收后光的強度；

I0——物質濃度為零（即不存在吸收物質）

時光的強度；

A——被測介質的濃度，mg/m3；

L——工作氣室的長度，cm；

K——與物質及波長有關的常數。

由于特定物質對不同波長的紫外光的吸收是不一樣的。利用比爾定律選擇一個SO2吸收較大的紫外波長作為測量波長。該波長紫外光被SO2氣體吸收后在檢測端得到吸收后的光強I。同時選擇一個SO2不吸收的紫外波長作為參比波長，該波長紫外光幾乎不被SO2氣體吸收，這樣在檢測端可以得到不被吸收的光強即I0。在工作氣室的長度L及常數K確定的情況下，根據比爾定律就可以測出被測介質濃度A。

2 分析儀結構組成

分析儀主要由光源、測量池、檢測器、計算機控制部分等組成，其結構組成示意見圖1。

樣氣流過測量池時，由紫外光源發(fā)出的紫外光通過測量池到達檢測器。測量波長中一部分紫外光在通過樣氣時，被樣氣中的二氧化硫吸收。而參比波長的紫外光在通過樣氣時，沒有被樣氣中的二氧化硫吸收。這2路光通過各自的光學濾光片到達光電接收二極管。測量、參比光學濾光片只能透過相對應的283.3 nm（SO2氣體吸收光譜）和358.3 nm（SO2氣體不吸收光譜）特定波長的紫外光。分析儀通過分別測量參比和測量通道的光強信號，利用比爾定律計算出被測SO2介質濃度。

2.1 光源

與市場上常見的氫燈、氘燈、汞燈相比，氙燈是一種新穎的紫外光源，具有發(fā)光效率高、強度大、光譜范圍寬的優(yōu)點。國外已有專門針對紫外光應用而設計的紫外增強型頻閃氙燈，為此選用頻閃氙燈作為分析的紫外光源[2]。

2.2 測量池

測量池體采用不銹鋼材料制作，是光路和氣路交匯的地方，紫外光通過石英窗進入測量池，在測量池中的被測氣體吸收相應波長的紫外光，被吸收后的紫外光再透過石英窗到達檢測組件。測量池外圍輔以恒溫加熱系統，將被測氣體加熱至120 ℃以上以去除水分、酸霧的影響。SO2傳感系統結構示意見圖2。

2.3 檢測器

檢測器由濾光片、硅光電二極管組成，二者固定在光電二極管座上。濾光片包括參比濾光片和測量濾光片2組，分別通過參比紫外波長和測量紫外波長。經過濾光后的光強由硅光電二極管進行采樣，輔以整形放大電路將信號送入計算機處理系統進行計算處理。

圖2 SO2傳感系統結構示意

2.4 計算機控制部分

計算機控制部分將檢測器傳來的參比和測量信號經計算機處理，算出對應的濃度信號，信號送至液晶屏顯示，并輸出4～20 mA的電流信號，同時控制恒溫加熱系統和自動吹掃系統按設定的時序進行工作。

3 自動吹掃調校系統

在計算機控制部分控制下，自動吹掃調校系統按設定的時序周期自動分時完成零點氣體、量程氣體對分析儀進行吹掃。其結構示意如圖3所示。

圖3 自動吹掃調校系統結構示意

自動吹掃調校系統設置了樣氣測量、零點氣體吹掃、量程氣體吹掃3種工作時序。

在樣氣吹掃工作時序，樣氣進口管道接通現場工藝管道，中央處理單元控制打開樣氣進口控制閥F1，關閉零點氣體控制閥F2、量程氣體進口控制閥F3、吹掃氣體控制閥F4、抽氣泵B1，打開樣氣出口控制閥F5。工藝樣氣經由樣氣進口控制閥F1、四通接頭、分析儀進口管道進入分析儀進行測量。樣氣流過分析儀后通過分析儀出口管道、樣氣出口控制閥F5回歸工藝系統。

在零點氣體吹掃工作時序，零點氣體進口管道接通零點氣體氣源，中央處理單元控制打開零點氣體進口控制閥F2，關閉樣氣進口控制閥F1、量程氣體進口控制閥F3、樣氣出口控制閥F5，導通抽氣泵B1，打開吹掃氣體出口控制閥F4。零點氣體經由零點氣體進口控制閥F2、四通接頭、分析儀進口管道進入分析儀進行零氣吹掃。零點氣體吹掃分析儀后通過分析儀出口管道、吹掃氣體出口控制閥F4送入工藝系統。

在量程氣體吹掃工作時序，量程氣體進口管道接通量程氣體氣源，中央處理單元控制打開量程氣體進口控制閥F3，關閉樣氣進口控制閥F1、零點氣體進口控制閥F2、樣氣出口控制閥F5，導通抽氣泵B1，打開吹掃氣體出口控制閥F4。量程氣體經由量程氣體進口控制閥F3、四通接頭、分析儀進口管道進入分析儀進行量程氣體吹掃。量程氣體吹掃分析儀后通過分析儀出口管道、吹掃氣體出口控制閥F4送入工藝系統。

在零點氣體吹掃和量程氣體吹掃過程中，系統自動校準零點和量程參數，其工作周期由用戶通過軟件設置。整個吹掃過程在5 min左右完成，基本不影響分析儀的測量。

4 現場運行情況

山東某廢酸裂解裝置尾吸塔出口原先安裝的SO2濃度分析儀不具備自動調校功能，在運行過程中由于工藝氣體中水含量較高，預處理不完全，受水分的影響測量信號波動較大，基本上3 d左右需要手動校正一次，嚴重影響了儀器的正常測量，不能及時準確指導生產。

該裝置更換使用具備自動吹掃校準功能的紫外SO2在線分析儀，經組裝測試后進行了現場試驗，分析儀按照程序設定，每12 h進行一次吹掃調校工作?，F場試驗數據見表1。

由表1可見：在半個月連續(xù)運行期間，該分析儀測量誤差最大為量程的-2.6%，達到分析儀設定的五級（量程5%）標準，分析儀測量準確。分析儀運行期間不再需要進行零點量程校正，達到了自動調校目的，省去了人工校準步驟，實現了長時間連續(xù)測量的目的。

表1 紫外SO2在線分析儀現場測量數據

到目前為止，分析儀在現場已連續(xù)運行一年多時間，期間測量值穩(wěn)定、準確，達到了自動校正的目的。

5 結語

現場運行表明，具有自動吹掃調校功能的紫外SO2在線分析儀精確度高、無需人工校準，保證了硫酸尾氣SO2濃度的連續(xù)準確測量，該儀表值得在行業(yè)內推廣使用。