35000m3/h空分设备在线分析仪的选配及维护
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摘要：结合韶钢钢35000m3／h空分设备分析仪的选配实施，介绍了大型空分设备配套在线分析仪与离线分析仪的选用原则，分析了各在线分析仪与离线分析仪的优缺点以及在线分析仪的日常维护、注意事项。
关键词：35000m3／h制氧机空分设备；在线分析仪；选配；维护
中图分类号： TK228 文献标识码： A 文章编号：
1前言
韶钢松山股份有限公司2011年与湖南盈德气体公司合作新上了一台35000m3／h制氧机。本机组采用分子筛吸附净化、空气增压、氧氩内压缩流程。采用规整填料上塔技术及全精馏无氢制氩工艺流程。流程先进、操作方便。2012年7月18日正式试运行，在运行过程中所有产品的质量均达到国家标准，能耗、产量均达到原设计要求，其在线分析仪系统由盈德气体公司选购成套，实际使用证明其在生产中能达到较好的效果。
气体分析仪器是一种用来进行气体成份分析检验的工具，借助它能得到某些成份种类和含量的数据。但是，气体分析仪器不是一种简单的工具，它是一类结构复杂、使用技术难度较大的工具，使用气体分析仪器是一项较复杂且不易掌握的专门技术。现结合个人的工作经验，对在线分析仪的选型和维护做出简单的介绍。
2 分析仪的选配原则
2.1 充分保证空分设备的安全生产
空分设备安全、稳定运行，除了工艺上的安全设置外，分析仪器的正确分析结果指示及其工艺联锁，也为安全运行提供了必要的保障。因此，在线分析仪的选配上，我们首先应以保证和支持空分设备生产工艺安全为原则，及时准确提供空分工艺所需的运行数据分析，才能让空分操作人员可以随时准确对空分工艺进行调整。
2.2满足使用客户质量要求
在线气体分析仪器对空分设备生产过程进行直接的质量监控，是提高产品产量和质量的重要手段，特别是对微量组分的分析，必须准确可靠。生产中尽可能发挥在线分析仪的作用，同时认清在线分析仪作用的局限性，使其在连续运行中常年保持分析的精准，提供能正确反映工艺状况的成份量数据，发挥应有的作用提高产品质量，满足客户使用要求。
2.3 在保证检测准确性同时一定要经济实用
如何配置适当的分析点和如何选择适当型号的分析仪器对保证空分设备运行的可靠性和降低投资有重要意义，既要满足安全和质量要求，又要降低投资资本。所以选择时应以保证工艺要求和分析稳定为前提，同时对自身工艺需求必须深入了解。操作者不仅要提出合适的检测范围，更重要的是要知道工艺对真正需要监控的具体参数数值是多少。因此,在仪器选型时，我们必须把正确的参数摆在前面，通过数据说话，不要盲目认为越贵的越好，只要能保证检测的准确性，可以优先选取价格相对较低的仪器。
2.4 认真考虑维修人员素质及维修费用
分析仪系统一但投入使用，将和空分主体设备同周期运行，因此在成套选型时，就应适当考虑：供应商提供的维护能否满足分析仪长期运作需要？单位维修人员的业务素质是否保证达到分析仪使用过程中的日常保养和故障排除？分析仪表维修周期、易损、易耗(如传感器等)备件的更换产生的费用等，所有这些都是在分析仪投入使用前要必须解决的问题。
335000m3／h空分设备气体分析仪的配置
韶钢35000m3／h空分设备分析仪的配置在线分析仪13台，分别是二氧化碳红外线分析仪、微量水分析仪(2台)、下塔液空分析仪、产品氧分析仪、主冷液氧氧化亚氮分析、氩馏分进粗氩Ⅰ塔含氩分析仪、微量氧分析仪（2台）、粗氩Ⅱ塔出口粗氩中含氩分析仪、粗氩Ⅰ塔粗氩含氧分析仪、纯氩中微量氮含量分析及上塔液氧总碳氢色谱分析仪。
3.1 出分子筛纯化系统空气中微量二氧化碳分析
常见的二氧化碳红外分析仪器国外有ULTRM6、SERVEMEX4100、IR7000等系列，国内有北分、川仪合作生产的GXH等系列。韶钢新上的35000制氧机组出分子筛纯化系统空气中微量二氧化碳分析采用德国ABB公司的AO2000(Uras26)红外气体分析仪，监测分子筛纯化处理后空气中的二氧化碳含量，以评估分子筛使用功效及性能。Uras26基于分子红外吸收光谱和朗伯比耳定理。量程范围：0～5PPmCO2； 重复性误差：0.5% of span；量程漂移：1% of span/week。其主要优点：操作界面较完善，精度高，整机性能稳定性好。缺点：零点漂移大，编程操作较复杂。
3．2 微量水分分析
微量水分分析仪又叫露点仪，主要用来分析增压空气中的水分含量和确定空分开车前各容器的加温是否彻底。本套机组采用爱尔兰GE公司的MMS-35型微量水分析仪，监测出蒸汽加热器后污氮气含水量及增压空气含水量出防止管道、设备渗漏导致的冰堵。量程范围：0～30PPm H2O；量程漂移：±5%。其主要优点：此仪器可以在两行带背景光LED屏幕上同时实时显示两个参数。可以同时测量气体或液体中的水分、压力和温度。并具有一个可选的功能来测量气体中的氧浓度。通过辅助输入可测量其它的参数。增压空气含水量检测采用了三通道采样系统，还可检测增压空气进冷箱含水、增压空气Ⅱ段出口含水。其缺点也是漂移较大。
3．3 产品氧纯度分析仪
在空分生产过程中，氧含量的检测通常是一个主要的检测项目，包括纯氧、常量氧、微量氧、痕量氧的检测。纯氧的、常量氧的检测分析仪主要有氧化锆微量氧分析仪和磁氧分析仪。根据35000制氧机生产需要加上以往使用经验，我们在35000制氧机配置中采用ABB公司的EL3020magnos206磁力式氧气分析仪（带压力补偿），监测产品氧纯度。这款分析仪的原理均属于磁力机械式原理，量程：98％～ 100％。零点漂移：≤0.03vol.-%O2/week；量程漂移：量程跨度的1%。其优点是：在正常运行过程中需要使用的功能可以直接在设备上进行操作和配置，零点漂移小，根据其工作原理，氧气传感器十分稳定，无需对其执行零点校准。缺点是：预热时间较长，受大气压力影响较大，如果环境海拔等改变则必须重新校准。
3.4 产品氮分析仪
产品氮分析仪采用美国Teledynede 3000TA微量氧分析仪。此分
仪使用简单，其主要特性有：能精确地测量从低ppm 到25%的氧含量。适用范围广；用户可定义的3 个输出量程（从0～10ppm 到0～50000ppm ），空气可作为氧浓度为20.9%的量程气，我们现在选用的量程为：0～10ppmO2。 精密度：±2% of FS；灵敏度：0.5% of FS。其优点是分析操作简单，读数清晰。缺点是：在流经分析仪的流量为0 的情况下，如果排放是排至一个高氧含量的地方，氧会从排放管线扩散回仪器，并且大多数情况下会使电池快速饱和，失去效用。
3.5 下塔液空纯度分析
下塔液空纯度分析也是采用ABB公司的EL3020magnos206氧分析仪。它的测量范围是：20%～50%O2；重复性：≤1%span；零点漂移：≤0.1vol.%/week。同产品氧纯度分析仪不同的是它的零点漂移较大，精准度也相对小了。
3.6 上塔底部液氧总碳氢化合物色谱分析仪
根据生产需要现在采用的液氧总碳氢化合物分析仪是ABB公司的PGC2000色谱分析仪。连续的不分光红外光度计能选择的测量多个组分，具有极高的稳定性、选择性和耐用设计。可选的内置标定池可以实现不用标准气而进行自动标定。 可分析组份：0～400 ppmCH4；0～100 ppmC2H4；0～100 ppmC2H6；0～2 ppmC2H2；0～100 ppmO3+；0～100 ppmTCH。重复性：±1%F.S；零点漂移：0.5%；量程漂移：＜1%/week。其优点：能分析碳氢化合物全组分，重复性好。缺点：价格高，操作复杂。通过色谱分析仪能精准的检测到2ppm内的乙炔含量，对空分工艺的安全运行能起到很好的监控作用。
3.7 主冷液氧氧化亚氮含量分析仪
钢铁厂属于污染较为严重的生产区域。虽然空分设备在选址时已考虑到环境污染这一因素，但为保障设备安全运行，我们在选配分析仪器时必须考虑对液氧中的N2O分析。因此主冷液氧氧化亚氮含量采用的是ABB公司生产的AO2000 uras26 N2O红外分析仪。它的测量范围是：0～100ppmN2O；重复性：0.5% of span；量程漂移：1.0% of span/week。它可以对主冷液氧氧化亚氮含量进行连续的测定，及时发现问题，避免液氧中含氮过高。其优点是能持续运行，但是要注意运行一旦出现不稳定情况就必须关闭气体分析仪（受外部震动、压力、露点等影响较大）。
3.8 氩馏分进粗氩Ⅰ塔含氩分析仪
氩馏分进粗氩Ⅰ塔含氩量是采用ABB公司的EL3020 Caldos27热导式氩分析仪。它测量的是0～15%的氩含量，重复性：﹤0.01%。此气体分析仪适用于连续性监测，抗干扰度好。但是气体分析仪周围下方（底座）和背面（气管连接器）必须确保气流通畅。压力传感器的连接器不得连接至样气进气管。在开启电源之前，必须用惰性气体吹扫样气进气管。而在使用气体分析仪之前，必须利用当前样气进行耐腐蚀测试。
3.9粗氩Ⅱ塔出口粗氩中微量氧分析仪
粗氩Ⅱ塔出口粗氩中微量氧分析同产品氮分析一样采用美国Teledynede 3000TA微量氧分析仪。其性能要求同产品氮气中微量氧监测一样。
3.10 粗氩Ⅰ塔粗氩含氧分析仪
粗氩Ⅰ塔粗氩含氧分析采用的也是ABB公司的EL3020magnos206型氧分析仪，它测量的范围是：0～5%,20～50%O2。重复性：≤1%span，零点漂移：≤0.1vol.-%O2/week。与产品氧纯度不同的是它测量的精度要求不高，零点漂移也比纯氧分析仪大。
3.11 粗氩Ⅱ塔出口粗氩中含氩分析仪
粗氩Ⅱ塔出口粗氩中含氩分析仪与氩馏分进粗氩Ⅰ塔含氩分析仪使用型号一样，都是ABB公司的EL3020 Caldos27热导式氩分析仪。只是其测量范围为：80～100%Ar。使用与之相同。
3.12 纯氩中微量氮分析仪
纯氩中微量氮分析采用的是加拿大CA/Servo mex的K2001氩中氮分析仪。检测范围：0～10ppmN2/Ar,精确度：≤1% of F.S，漂移±1%/天。该分析仪带 4×40 液晶显示器的控制微处理器；系统具有自检软件，同时装备零点、终点自动校验系统，免维修。当样气中含有同液样相同摩尔浓度的的污染物时就会出现分析困难。当液态氩的温度升高时，氩和杂质的汽化温度不一样。这样一来，分馏时就会出现这样的情况：气样的组分会不停的变化，不能精确的分析低温液体的组分。因此仪器使用时必须要保证样气的纯净。
通过机组试运行时间的证明，我们所选用的在线分析仪投运试产期间一切正常，满足在线使用要求，能精准、及时反映出生产工艺所需的参数的变化，而且检测参数与系统主态之间的连锁，可以及时在系统出现异常而又无法及时判断出事故原因的状态下让机组停下，可以避免造成重大事故的发生。
4 空分设备在线分析仪的日常维护
空分系统在线分析仪运行质量的好坏直接关系到机组的安全、产量和质量，对在线分析仪系统的维护就显得十分重要。各台在线分析仪的日常维护除严格按照仪器使用说明书要求做外，根据在韶钢进行气体分析的经验积累，做出以下几点要求。
4.1首先做好日常巡检、周检工作。
4.1.1日常巡检
（1）查看各回路仪器示值是否正常，有无大幅度跳变或明显偏离工艺指标。
(2)检查取样装置和预处理系统工作状况是否正常。
(3)检查系统的电源、气源、水源是否正常。
(4)置于防爆现场的仪表系统工作环境是否可靠。
4.1.2周期检修
(1)对取样装置和预处理系统进行一次全面检查，
(2)对有自诊断功能的分析仪器定期查看状态信息，发现问题及时处理。
(3)定期对气路管线进行气密性检查，定期检查各传感器工作状况，必要时更换。
4.2对仪器的工作线性关系进行检查。选用当年的、并获得国家标准物质证书的标准瓶气定期对仪器进行标定。同时按国标规定，每1～2年应进行年检。
4.3保障分析仪使用环境要求。要保证分析仪的使用环境条件要求，需配置空调、安装抽风机等。
4.4 做好空分设备停机时分析仪的保养工作。 在空分设备长时间停机、或停机加温状态下 ,应将在线分析仪的进样阀置于切断位置 ,同时将分析样品气管从进分析柜入口脱开 ,将样品气导管与空分容器一起进行加温吹扫。
4.5在线分析的日常维护工作主要依赖操作人员的规范操作。因此做好操作人员的应用技术培训非常重要。如果缺少有关化工过程及流体力学知识及相关实践经验，在脑子里就不能形成较真实的气体流动及变化的基本概念及思路。
5 结束语
深冷法是通过制冷工艺将空气液化，然后利用其主要组分氧、氮、氩的沸点不同，在相应的塔内逐级精馏，取得相关符合要求的纯度的产品。为使空分装置安全稳定运行、产品达到要求的纯度，准确及时的了解生产过程中各工艺控制点的气体成分组成，就必须设置在线分析仪对各工艺点的气体成分实时进行检测。在线气体分析仪可对空分装置生产过程进行直接的质量控制，是提高产品产量和质量的重要手段，也是空分装置安全运行的重要保障，因此如何选配适当的分析仪器对保证空分装置的可靠性和降低投资具有重要的意义。
参考文献：
1 毛绍融，朱塑元，周智能。现代空分设备技术与操作原理 。杭州 ：杭州出版社 ， 2005：261页—299页