甲醇裝置中硫化氫分析儀常見故障分析與處理

    摘要：河南煤業(yè)化工集團(tuán)中原大化公司煤化工50萬噸甲醇項(xiàng)目，甲醇裝置中05單元低溫甲醇洗用了一臺硫化氫分析儀，是Galvanic公司生產(chǎn)的902型硫化氫分析儀，它是用醋酸鉛紙帶法測量硫化氫含量的在線分析儀表。在線分析氣體中H2S含量，指導(dǎo)工藝操作；防止H2S泄露超標(biāo)（H2S有劇毒，職業(yè)中毒限值為10ppmv）。用于降低生產(chǎn)過程中的風(fēng)險，從而起到安全保護(hù)作用。

1、概述

    河南煤業(yè)化工集團(tuán)中原大化公司煤化工甲醇裝置中，合成氣凈化與甲醇合成單元，分別采用了德國魯奇公司低溫甲醇洗和丹麥托普索合成工藝的技術(shù)，均是目前世界上先進(jìn)的工藝技術(shù)，具有自動化程度高、能耗低等特點(diǎn)。低溫濕洗原理是以拉烏爾定律和亨利定律為基礎(chǔ)，依據(jù)低溫狀態(tài)下的甲醇具有對H2S和CO2等酸性氣體的溶解吸收性大、而對H2和CO溶解吸收性小的特點(diǎn)，選擇性地脫除變換氣中的H2S和CO2等酸性氣體，從而達(dá)到凈化變換氣的目的。05單元低溫甲醇選用了一臺Galvanic公司生產(chǎn)的902型硫化氫分析儀，它采用醋酸鉛紙帶法測量硫化氫含量，用于在線分析氣體中H2S含量，指導(dǎo)工藝操作；防止H2S泄露超標(biāo)（H2S有劇毒，職業(yè)中毒限值為10ppmv）。從而降低生產(chǎn)過程的風(fēng)險，起到安全保護(hù)作用。

2、硫化氫分析儀測量原理及組成

2.1硫化氫分析儀測量原理

    當(dāng)恒定流量的氣體樣品從浸有醋酸鉛的紙帶上流過時，樣氣中的硫化氫與醋酸鉛發(fā)生化學(xué)反應(yīng)生成硫化鉛褐色斑點(diǎn)，反應(yīng)式如下：　H2S+Pb（CH3COO）2→PbS+CH3COOH。

    反應(yīng)速率即紙帶顏色變暗的速率與樣氣中硫化氫濃度成正比，利用光點(diǎn)檢測系統(tǒng)測得紙帶變暗的平均速率，即可得知硫化氫含量。硫化氫分析儀每隔一段時間移動紙帶，以便進(jìn)行連續(xù)測量，新鮮紙帶暴露在樣氣中的這段時間稱為測量分析周期時間（一般為3min左右）。

2.2硫化氫分析儀的組成

    該硫化氫分析儀由樣氣處理系統(tǒng)、走紙系統(tǒng)、光電檢測系統(tǒng)、數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)等四部分組成。

① 樣品處理系統(tǒng)：由過濾器、減壓閥、流量計、增濕器組成。旁路過濾器用于除塵和加快樣氣流動速度以減小分析滯后時間。減壓閥用于控制出口表壓在1.05×105Pa（15psig）。帶針閥的轉(zhuǎn)子流量計或臨界孔板用于控制樣氣流量，樣氣流量控制在100mL/min。增濕器用醋酸溶液使樣氣加濕，增濕器通常采用鼓泡器，樣氣經(jīng)醋酸溶液中鼓泡而增濕。也可采用滲透管結(jié)構(gòu)，醋酸溶液滲透入管內(nèi)對樣氣加濕。醋酸溶液是冰醋酸（CH3COOH）加蒸餾水后制成的5%冰醋酸溶液。

② 走紙系統(tǒng)：由紙帶密封盒、醋酸鉛紙帶、導(dǎo)紙輪、卷紙馬達(dá)和壓紙器組成。紙帶事先用5%醋酸鉛溶液浸泡，并在無H2S條件下干燥。

③ 光電檢測系統(tǒng)：由樣氣室和光電檢測器組成。樣氣經(jīng)孔隙板上的孔隙與紙帶接觸。光電檢測器采用紅色發(fā)光二極管作為光源來照射紙帶，光探頭是一個硅光敏二極管，可將紙帶的明暗程度轉(zhuǎn)化成電信號，此電信號經(jīng)過傳感器放大電路放大成0~25mV信號。

④ 數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)：由微處理器、數(shù)字顯示器、打印機(jī)等組成。

3、系統(tǒng)軟件

    硫化氫/總硫在線分析儀提供一套完整的軟件分析系統(tǒng)，它是在Windows操作系統(tǒng)下安裝配套的軟件。經(jīng)I/O接口與計算機(jī)相連，軟件會自動尋找I/O接口中的新設(shè)備。當(dāng)SF軟件安裝成功后，用戶就可以輕松的通過該軟件來設(shè)置分析儀內(nèi)部的各種系統(tǒng)參數(shù)，包括設(shè)置硫化氫報警點(diǎn)，分析儀自動標(biāo)定方式，LCD屏幕顯示內(nèi)容，取樣時間，故障分析等。

4、實(shí)例分析

    醋酸鉛紙帶法H2S分析儀在一個測量分析周期時間（cycle time）內(nèi)光電檢測系統(tǒng)輸出信號的波形，其分析過程如下。

A—B段：電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)，驅(qū)動紙帶進(jìn)紙1/4英寸。

B—C段：采樣延遲時間（sampledelay），約l40s。在該時間段，參加反應(yīng)的紙帶開始慢慢變黑，反應(yīng)曲線呈現(xiàn)輕微的非線性關(guān)系。分析儀測得紙帶變暗過程呈非線性關(guān)系，認(rèn)為測量結(jié)果不夠精確，因此無需更新顯示結(jié)果和分析儀輸出。但該測量結(jié)果仍可用于精確地預(yù)測樣氣濃度是否超過報警限。因此，在該時間段，每隔4s，分析儀計算出該時間段樣氣濃度的平均變化率和對應(yīng)的硫化氫含量。如果含量超過報警限，分析儀將報警。報警時，分析儀只顯示測量到的最高實(shí)時數(shù)據(jù)。分析儀將一直處于預(yù)報警分析狀態(tài)，直到硫化氫含量低于報警限。

C—D段：采樣時間（sampleinterval），30s。紙帶變黑速率在tl到t2時間段內(nèi)呈現(xiàn)線性關(guān)系。分析儀計算線性關(guān)系開始時刻tl處和采樣時間結(jié)束時刻t2處的紙帶黑度讀數(shù)。系統(tǒng)軟件根據(jù)兩個時間點(diǎn)的數(shù)據(jù)計算出紙帶變黑的速率，并換算成硫化氫濃度。

D—E段：分析儀將紙帶卷動進(jìn)紙，新的一個測量分析周期重新開始。

5、安裝要求

該分析儀的安裝要求如下。

① 分析儀應(yīng)安裝在沒有振動、壓力和溫度波動小的地方。

② 應(yīng)盡量縮短從分析儀伸出的排放管長度，不應(yīng)有直角拐彎。管道應(yīng)有坡度下傾放置。

③ 分析儀安裝在機(jī)柜時，應(yīng)留有一定空間，左側(cè)應(yīng)留有約15 英寸的空間，用于打開面板安裝類型的紙帶防塵蓋。并應(yīng)留有6 英寸的空間，用于排放管的連結(jié)。

④ 分析儀采用防爆外殼設(shè)計和防爆安全隔離電路。因此，在未切斷電源以前，不允許打開機(jī)蓋。

⑤ 如果沒有為分析儀配置樣氣系統(tǒng)，用戶須提供能將壓力調(diào)節(jié)為10-20psig 的干凈氣體裝置。

6、故障分析及處理方法

6.1 紙帶斑塊形狀不成形，造成讀數(shù)不穩(wěn)定。

原因：（1）紙帶壓緊塊安裝不正確；（2）紙帶安裝不正確

處理方法：（1）確保紙帶壓緊塊壓在紙帶上；（2）取下紙帶，重新安裝。

6.2 紙帶斑點(diǎn)深淺不均勻，如上部或下部顏色更深，造成顏色不穩(wěn)定。

原因：紙帶壓緊塊安裝不正確。

處理辦法：松開紙帶壓緊塊的鎖緊螺釘，調(diào)整紙帶壓緊塊，使紙帶壓緊塊用力均勻，平穩(wěn)地壓在紙帶上。

6.3 紙帶斑點(diǎn)正常，讀數(shù)仍然不穩(wěn)定。

原因：（1）傳感器失效；（2）電纜與傳感器的連接松動；（3）氣流從排放管流入分析儀；（4）濕度過高，造成排放管結(jié)冰；

處理方法：（1）更換傳感器；（2）壓下電纜接頭，使連接緊密可靠；（3）檢查帶壓排放管是否工作正常；（4）確保排放管向下傾斜。

6.4 紙帶斑點(diǎn)重疊。

原因：（1）受紙輪松動；（2）斑塊顏色過淺；（3）步進(jìn)電機(jī)工作不正常。

處理辦法：（1）擰緊受紙輪的制動螺釘；（2）增大空隙板的空隙尺寸；（3）更換電機(jī)。

6.5 紙帶斑塊間距不均勻

原因：聯(lián)軸器松動。

處理方法：擰緊聯(lián)軸器的制動螺釘。

6.6 采用已知濃度的標(biāo)準(zhǔn)氣進(jìn)行標(biāo)定時，紙帶斑塊顏色比正常情況變淺很多

原因：孔隙板的孔隙堵塞或不暢通。

處理方法：檢查并清洗孔隙板孔隙。

6.7 紙帶斑塊顏色過深

原因：孔隙板孔隙尺寸過大。

處理方法：更換安裝尺寸較小的孔隙板。

6.8 紙帶斑塊顏色過淺

原因：孔隙板孔隙尺寸過小。

處理方法：更換安裝尺寸較大的孔隙板。

6.9 總是存在無紙傳感器產(chǎn)生的報警

原因：（1）無紙傳感器失效；（2）安全隔離器失效。

處理方法：（1）檢查無紙傳感器；（2）更換安全隔離器。

6.10 4～20mA電流輸出與顯示值不一致

原因：量程設(shè)置不正確。

處理方法：確認(rèn)正確的量程設(shè)置。

6.11 毫伏（mV）讀數(shù)隨時間向上移動

原因：孔隙板孔隙和樣氣室內(nèi)有塵埃堆積。

處理方法：清理孔隙板孔隙和樣氣室。

6.12 顯示屏顯示失真或無顯示

原因：存儲器（RAM）的數(shù)據(jù)出錯。

處理方法：將分析儀冷啟動。

6.13 指示誤差大

原因：增益沒調(diào)準(zhǔn)。

處理方法：接上標(biāo)準(zhǔn)氣，反復(fù)調(diào)整增益，使表的指示與標(biāo)準(zhǔn)氣一致。

6.14 特殊情況，因我廠開車時，空氣中布滿硫化氫，致使整卷的紙帶在紙盒中顏色都變深，導(dǎo)致測量值偏大，整卷紙帶無法使用。

處理辦法：（1）凈化空氣，消除污染源；（2）對表進(jìn)行改造，用純凈的壓縮氣一直吹掃紙帶盒，使紙帶盒內(nèi)氣壓略大于大氣壓，防止帶硫化氫的不潔空氣進(jìn)入紙帶盒。

7、日常維護(hù)

分析儀表的正常穩(wěn)定運(yùn)行與日常維護(hù)密切相關(guān)，主要的日常維護(hù)工作如下。

① 檢查樣氣壓力和流量是否在設(shè)定值，檢查過濾器濾芯，定期清洗或更換濾芯。

② 檢查紙帶是否快用完。紙帶大約每月更換一次。這與硫化氫濃度和需要響應(yīng)時間有關(guān)。

③ 檢查紙帶傳送機(jī)構(gòu)是否工作正常。

④ 檢查增濕器里醋酸溶液的液位，液位應(yīng)該位于或接近紅線位置。

⑤ 檢查樣氣室是否有贓物和液體覆蓋。如果必要應(yīng)清潔樣氣室。

⑥ 檢查紙帶上的斑塊。確保斑塊位于紙帶中央，而且邊緣清晰。如果邊緣斑塊模糊，需要調(diào)整壓緊塊，是紙帶和樣氣室之間的密封良好，這樣才會使斑塊邊緣輪廓清晰。

8、結(jié)束語

    自從05單元低溫甲醇洗用硫化氫分析儀用于在線分析氣體中H2S含量以來，它對于指導(dǎo)工藝操作、防止H2S泄露超標(biāo)、降低生產(chǎn)過程的風(fēng)險，起到了安全保護(hù)作用。