POX装置气化单元在线分析仪表系统应用

时间：2024-07-28

贺雷

[摘要]文章通过对POX装置气化单元在线分析仪表测量样品特点进行了分析，结合现场应用条件和在线分析仪表连续可靠运行要求，配置了相应适用的在线分析仪表前处理系统、预处理系统、尾气回收系统等，满足工艺控制、维护保养、环保管理等方面要求。总结了气化单元分析仪表配置、安装及维护注意事项。

[关键词]POX;煤焦制氢;在线分析仪表;预处理

[中图分类号]TQ545 [文献标志码]A [文章编号]2095–6487（2022）04–0–03

Application of On-line Analyzer system in Gasification Unit of Pox Unit

He Lei

[Abstract]Based on the analysis of the characteristics of the measured samples of the online analyzer in the gasification unit of pox unit， combined with the field application conditions and the continuous and reliable operation requirements of the online analyzer， the corresponding applicable online analyzer pretreatment system， pretreatment system and tail gas recovery system are configured to meet the requirements of process control， maintenance and environmental protection management. The configuration， installation and maintenance precautions of analyzer in gasification unit are summarized.

[Keywords]pox;coal coke hydrogen production;on-line analytical instrument;pretreatment

1 气化部分配置在线分析仪表种类及介质条件

气化部分共有3个系列，每个系列配置了一台在线CO分析仪、一台甲烷分析仪和一台合成气组成色谱仪，正常时气化炉两开一备，两个系列在线分析仪表同时运行。以1#气化炉为例，配置在线分析仪表种类见表1。

2 样品预处理系统

2.1 预处理功能

在线分析仪表对样品气的压力、流量、温度、含水量、含杂质量、含油雾量等都有严格的技术要求，分析仪表能否连续稳定的运行，很大程度上取决于样品预处理系统是否可靠。当被测样品压力或温度太高时，检测器承受不了超负荷的压力或温度;当被测样品中含水、油、杂质等较多时，将直接影响仪表测量部分的运行和使用寿命。因此，一般在线分析仪表预处理系统根据被测样品条件需配置减压、冷却、气液分离、过滤杂质、过滤油雾等功能。POX装置气化单元在线分析仪表样品介质中含水量都比较大，样品除水是关键。根据安托尼方程：

要想使样品全部为气态，不凝结出液态水，通常的方法是降低样品温度使饱和蒸气压减小，除去液态水后再升高温度。以样品减压至常压为例，脱液部分温度降低至少在10℃以上，才能确保样品不容易凝结出水，冷却脱液后样品温度可以升高至常温。

2.2 燒嘴氮气在线CO分析仪样品处理系统方案

2.2.1 烧嘴氮气在线CO分析仪采样探针

由于样品压力不高，未设置前级箱，采用夹持式采样探针，确保取样有代表性，切断阀可在探针不拔除状态关闭，确保检修时安全。采样探针后连接一体化电伴热管缆，伴热温度60 ℃，全程伴热传输至预处理系统。

2.2.2 烧嘴氮气在线CO分析仪预处理系统

预处理系统主要包括可切换样品泵，带旋风制冷的脱液系统，一体化过滤器，流量调节系统等。样品气压力接近常压，经采样泵抽取，一体化管缆传输至预处理后，在旋风制冷脱水器中冷却脱水，脱出液态水经排水管进入排液罐中，制冷器控制温度10 ℃左右，样品在经过一级过滤后进分析仪测量，进分析仪样品流量调整至100 mL/min左右，如图1所示。

2.3 合成气分析仪前处理方案

2.3.1 合成气分析仪前处理

由于粗合成气高温、高压、带颗粒、含水量高、易形成碳酸氢铵结晶等特点，在线分析仪表系统配置了旋冷仪作为前处理，安装方式如图2所示，旋冷仪竖直安装，高温样品从底部上升，被仪表风涡旋制冷冷却至60 ℃左右，从顶部出旋冷仪，样品为高温含水饱和气体，冷却后会产生较多凝结水，在重力作用下回到工艺管道中，同时将颗粒物、杂质等带回工艺管道，实现自冲洗功能，减少维护量，提高分析仪续运行时间。

同时对旋冷仪及样品切断阀图2采样旋冷仪进行伴热保温，确保在冬季低温时能够维持在正常温度范围。旋冷仪带温度控制功能，当出旋冷仪样品温度超过80 ℃时，自动切断出样，样品采用一体化电伴热管缆传输到预处理系统中，全程伴热80 ℃。

2.3.2 合成气分析仪预处理系统

预处理系统主要包括带旋风制冷的脱液系统，一体化过滤器，流量调节系统等。样品气压力接近常压，经采样泵抽取，一体化管缆传输至预处理后，在旋风制冷脱水器中冷却脱水，脱出液态水经排水管进入排液罐中，制冷器控制温度10 ℃左右，样品在经过一级过滤后进分析仪测量，流量调整至100 mL/min左右。预处理系统如图3所示。3A2866B9-11F9-4C27-9AAC-E7BCF61826B9

2.3.3 分析小屋系统

气化单元现场配置了一座不锈钢6 000 mm×2 500 mm×2 800 mm分析小屋，在线分析仪表安装在小屋内，预处理系统及尾气回收系统安装在分析小屋外，主要功能如下：

（1）对在线分析仪表进行防护、防尘，提供仪表运行合适温度范围安装场所。

（2）提供在线分析仪表所需的电源、信号、仪表风、氮气、蒸汽、水等公用工程系统的接口转接。

（3）提供分析小屋内安全监测、报警。

2.3.4 尾气回收系统

目前炼油化工装置在线分析仪表尾气大多数都是现场直接高空排放，尾气中含有可燃易爆、有毒有害气体对现场作业人员的安全有较大隐患，对现场周围造成环境污染。

POX装置在线分析表系统设计时考虑了尾气的危害和隐患，分析小屋外配置尾气回收系统，按全新技术理念设计，采用工业氮气为动力抽射。既满足了分析仪出口需要稳定的常压（或微正压），确保分析仪稳定运行，又解决了尾气带压返回火炬或工艺低压管线问题，以达到安全环保零排放的要求。整套系统全部由气动部件组成，无电器元件，满足任何爆炸性气体危险环境使用。

本次应用了1套尾气回收系统将分析小屋内所有9套分析仪尾气收集后返回到工艺管道中。

3 POX装置在线分析仪表系统安装及维护注意事项

3.1 在线分析仪表及分析小屋安装质量及监管要求

3.1.1 采样探头及样品管要求

取样方式：对进样、回样点压力进行确认，以确定是否配置取样泵，取样泵需双泵冗余配置。液体介质采用侧面中部取样，气体介质采用侧面或顶部取样，探针时应伸进工艺管道1/3处，斜口背对样品流向。取样点与分析仪器之间距离不宜过远，一般宜在50 m之内，以保证样品在1 min内到达仪器。取样点选择在污染小、流相平稳、代表性好的点位上，同时尽量与化验手工采样点一致。

样品管缆：①取样管一般选用，6～，12（或英制对应管线）316不锈钢管，走向向下有一定斜度，不应有凹形走向，管线每隔2 m应有一个固定点。②管线要避开极冷、极热区。③液体样品、易自聚样品、汽化吸热样品等要合理伴热保温。④测量<100 mg/m3以下H2S组成含量取样管线要用硅钢管。

3.1.2 预处理系统及分析小屋要求

（1）预处理系统应在到货之前集成到在分析小屋外墙上，预处理中部件标识清楚，出厂前做过压力测试。

（2）分析小屋样品管线、仪表风管线、蒸汽管线要管线布局合理，配管横平竖直，固定支架牢固，表面无锈蚀，保温完好、标识清楚。分析小屋多余防爆格兰口用堵头堵死。

（3）分析小屋应安装在地基上，地基高度100～150 mm，长度大于3 m分析小屋要求有兩点接地。

3.2 在线分析仪表系统的维护要求

3.2.1 在线分析系统的可维护性

主要指系统通过预防性维护保证系统的正常运行，以及出现故障后通过维修恢复原有性能的特性。预处理和分析仪中的部件应确保有足够空间可方便拆卸，确保出现故障时修理需要较少的时间。

3.2.2 POX装置气化单元在线分析仪表主要维护工作

（1）每天巡检样品流量、分析仪是否有报警、载气压力、分析小屋内气报仪状态、分析小屋空调、尾气回收运行状态、凝液罐液位等。

（2）根据样品中含水量情况（一般为每月）进行凝液罐密闭排液。

（3）每季度进行预处理系统维护，更换过滤器芯，色谱仪阀瓣检查，分析仪通标气确认。