磁力机械式氧分析仪预处理系统的改进

PROCE SS AUTOMAT I ON I N STRU M ENTAT I ON Vo.l 27No .12D ece mb er 2006

磁力机械式氧分析仪预处理系统的改进

The m I prove ment of P r e -treat m ent Syste m o fMagneto -dynam i c Oxygen Analyzer

翁小平

(宝山钢铁股份有限公司化工分公司,上海 201900)

摘 要:在监测焦炉煤气氧含量的磁力机械式氧分析仪系统中,采样预处理系统是一个重要环节。在介绍磁力机械式氧分析仪的工作原理和采样预处理系统结构的基础上,结合现场实际,分析了采样预处理系统存在的问题,提出了相应的改进措施,经实施后收到了良好的效果,分析仪运行稳定、测量准确,过滤纸和分析仪测量室的寿命延长。关键词:氧分析仪 采样预处理系统 焦炉煤气中图分类号:TQ 056.1 文献标识码:B

Abstract :Sa mpli ng pre -treat m ent s yste m is an m i portant factor i n magneto -dyna m i c oxygen ana l yzer syst em for detecti ng t he oxygen content i n coke oven gas .O n the basis of i ntroducti on t o operati onal pri nci ple ofm agneto -dynam ic oxygen anal yzer and struct ure of s ampli ng pre -treat ment s yste m ,by co mbi n i ng w i th t he experi ence i n fi eld ,the proble ms i n t he pre -treat m ent s yste m are anal y zed and relevant m i prov i ng measures are proposed .Ex ce ll ent e ffects are obt a i ned in practi cal m i ple mentati on .The s y ste m i s stab l y opera ti ng for accurate measure m en.t L ifespan o f sens -i ng cha mber of t he analyzer and filter paper is pro l onged after t he m i ple ment a ti on .K ey words :O xygen ana l yzer Sa m pli ng pre -treat ment syst e m Coke oven gas

0 引言

设在我公司煤气精制厂排送装置的磁力机械式氧分析仪用来监测焦炉煤气中的氧含量,对煤气净化的安全生产有着重要的意义。在这套系统投运初期,因故障频繁、指示偏差较大而无法使用。故障表现为指示偏高、波动大、经常误报警;采样预处理系统的管道容易堵塞,影响气体采样和净化处理;测量室易进水,造成内部精密部件受冲击,使传感器的精度降低,寿命缩短过滤干燥纸易受潮,使用周期短、消耗量大。经过长期观察,发现造成上述现象的原因是焦炉荒煤气含杂质较多,分析仪的采样预处理系统不合理,不能有效地去除荒煤气中的杂质。对采样预处理系统的不断改进后,分析仪运行稳定,可以正确地测出煤气中的氧含量。

1 氧分析仪的工作原理

磁力机械式氧分析仪的工作原理是利用氧气具有很强的顺磁性,而其它绝大多数气体(NO 、NO 2除外)则为弱逆磁性的这一特点来进行测量

[1]

。磁力机械式

氧分析仪的工作原理如图1所示,当被测气体进入传感器的小室时,氧气分子被磁场吸引而形成一定压力差,这一压力差推动由一根灵敏度很高的张丝悬吊的哑铃球,使它发生偏转,由光源、反射镜、光感元件和信

号处理单元组成的系统将这一偏转转化成相应的电信号。该信号由放大器放大后,一方面供给指示和报警,同时以/电流0形式通过哑铃周围环绕的金属线圈,通电的线圈受到磁场的作用力,使哑铃回复到起始位置附近。在较小的偏转角度,氧气的浓度与偏转角度成正比,仪表信号输出为线性。

图1 工作原理图F i g .1 T he operati onal princ i p l e

2 采样预处理系统

采样预处理系统的作用是将从采样点取出的焦炉煤气,除去萘、粉尘、焦油等对分析仪有害的杂质,进行稳压、降温、干燥后,把符合分析仪要求的样气供给分析仪。

投运初期的采样预处理系统如图2所示,从采样点出来的煤气在蒸汽喷射泵与蒸汽混合一起到气水分离器,蒸汽和焦炉煤气混合可以保持较高温度,防止焦油、萘等杂质凝固而堵塞管道。为了更好地清除杂质

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和冷却蒸汽,在水射流泵冷却水与蒸汽提前混合,在气水分离器,冷凝水进入气水分离器,而水洗过的煤气则经过散热器进一步冷却、减压阀减压后,一部分进入恒压冒泡杯;另一部分经过滤纸过滤、干燥后,进入传感器。进入传感器的样气压力受插入冒泡杯的两根管的深度影响。冒泡杯的余气与气水分离器的余气通过排气管一起排放到大气。

图2改进前的氧分析仪的预处理系统

F i g.2Pre-trea t m en t syste m o f the m agneto-dyna m ic

oxygen ana lyzer be fore i m provem ent

3采样预处理系统存在的问题和改进

3.1采样点不合理

如图2所示,采样点设在放散管上,属于煤气的滞留区域,测量时会产生较大的滞后。将取样点改在煤气的主管道上,如图3所示,主管道的煤气可及时进入分析仪,避免样气采样的滞后现象。

3.2蒸汽喷射泵使用时产生负压的影响

蒸汽喷射泵的使用可以防止萘、焦油等杂质在喷射泵后的管道堵塞,但是无法解决采样口和蒸汽喷射泵前采样管易堵塞的问题。随着杂质在取样口堆积,从采样点出来的煤气压力越来越低,而由于蒸汽喷射泵的使用造成喷射泵前的取样管有一定的负压,如果采样管道的密闭性不好,空气就会渗入样气,使分析仪指示偏高,波动增大。

为解决这个问题,一方面对取样口和喷射泵前的取样管定期地用蒸汽吹扫,使喷射泵前的取样管保持正压(煤气总管的压力115@104Pa);另一方面定期检查管道的密闭性,使喷射泵前的采样管保持良好的密闭状态。

3.3蒸汽冷凝水的影响

由于管道安装位置的限制,从喷射泵到气水分离器的管道无法用蒸汽保温,在冬季气温较低时,管道中的蒸汽易冷凝成水,过量的蒸汽冷凝水会造成管道堵塞,影响样气采样和处理。为排除蒸汽冷凝水的影响,在分析小屋外再增加一级汽水分离器,如图3所示。

图3改进后的氧分析仪的预处理系统

F i g.3P re-treat m ent syste m o f the m agneto-dyna m ic

oxyg en ana l y zer after i m provem ent

3.4冷却水采用工业水对分析仪的影响

最初设计时,冷却蒸汽的冷却水采用一般的工业水,由于工业水溶有一定的氧气,在水射流泵往下冲洗样气时,工业水被加热,温度升高,使氧在水中的溶解度减少,部分氧气从工业水溢出[2],使进入分析仪样气的氧含量增高,造成分析仪指示偏高。为进一步了解工业水对分析仪的影响,关闭煤气采样管根部的截止阀,通下氮气,分析仪(标定后)的指示在0120%~ 0130%之间,所以只要煤气氧含量有微小波动,分析仪指示就会超过上限而报警(超过018%报警)。

工业水的另一缺点是杂质太多,容易造成水射流泵中的喷嘴堵塞(喷嘴内径很小),使样气不进行冷却和清洗就进入传感器,这些物质会污染反射镜或粘在石英球上,降低传感器的稳定性和精度,缩短传感器的寿命。

为了消除工业水的影响,将冷却水改为单位自产的蒸汽冷凝水。经过试验,蒸汽冷凝水在冲洗煤气的过程中几乎不释放出氧气(用上述同样的方法进行实验,仪表指示仅为0102%);还有纯水也几乎不含有杂质,不会造成水射流泵的喷嘴堵塞,使样气在进入分析仪的传感器前,能够很好地被冷却和清洗,从而避免传感器被杂质损害。

3.5排气管堵塞的影响

尽管排气管的煤气已清洗过,但仍含有少量的萘和焦油等杂质,长期使用这些杂质也会在排气管尤其在管道接口和弯头处聚集,使管道堵塞;还有由于排气管较长,在冬天温度较低,天气变化较大时,也不利于气体排出,这些因素使气水分离器的余气压力增大,而冒泡杯与气水分离器相连,从而也造成冒泡恒压杯内

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《自动化仪表》第27卷第12期2006年12月