LDS6激光氣體分析儀在裂解爐煙道氣的應(yīng)用

一、概述

在線分析儀器在化工生產(chǎn)中的地位越來越重要，在線分析儀器與DL1A電弧爐配套使用，能快速、準(zhǔn)確地測(cè)定鋼、鐵、合金、有色金屬、水泥、礦石、催化劑及其它材料中碳、硫兩元素的含量。南京麒麟檢測(cè)設(shè)備是集光、機(jī)電、計(jì)算機(jī)、分析技術(shù)等于一體的高新技術(shù)產(chǎn)品，與計(jì)算機(jī)和電子天平聯(lián)機(jī)，可實(shí)現(xiàn)不定量稱樣，計(jì)算機(jī)控制分析過程、檢測(cè)數(shù)據(jù)歸檔統(tǒng)計(jì)以及曲線建立修改等功能，具有測(cè)量范圍寬、抗干擾能力強(qiáng)、功能齊全、操作簡便、分析結(jié)果準(zhǔn)確可靠等優(yōu)點(diǎn)，是諸多行業(yè)測(cè)定碳、硫兩元素理想的分析設(shè)備。

目前，在裂解爐的燃燒控制方面一般采用氧化鎬分析儀進(jìn)行裂解爐的煙道氣氧含量測(cè)量，同時(shí)裂解爐控制方案當(dāng)中，一般會(huì)采用在線分析儀進(jìn)行CO含量分析，以監(jiān)測(cè)裂解爐煙道氣中CO含量，從而實(shí)現(xiàn)裂解爐燃料燃燒狀況監(jiān)測(cè)，優(yōu)化裂解爐運(yùn)行狀況，制裂解爐的燃燒過程，判斷燃料的利用率，爐子的熱效率，提高燃料燃燒效率，消除燃料浪費(fèi)和熱量損失，進(jìn)而提高燃料利用效率，同時(shí)達(dá)到節(jié)能環(huán)保的目的。

二、裂解爐煙道氣應(yīng)用的特點(diǎn)

乙烯裂解爐分為對(duì)流段和輻射段。一般地說，對(duì)流段作用是回收煙氣余熱，用來預(yù)熱并汽化原料油，并將原料油和稀釋蒸汽過熱至物料的橫跨溫度，剩余的熱量用來過熱超高壓蒸汽和預(yù)熱鍋爐給水。在原料預(yù)熱汽化過程中，注入稀釋蒸汽，以降低原料油的汽化溫度，防止原料油在汽化過程中焦化。裂解爐對(duì)流段每一組盤管主要由換熱爐管（光管或翅片管）通過回彎頭組焊而成，端管板和中間管板支持起爐管，有些盤管的進(jìn)出口通過集箱匯集到一起。每一組盤管的四周再組對(duì)上爐墻，則構(gòu)成一個(gè)模塊。

乙烯裂解爐要根據(jù)工藝特點(diǎn)定制的。目前我們國內(nèi)的乙烯裝置工藝包多是買國外的先進(jìn)工藝技術(shù)專利，裂解爐根據(jù)工藝設(shè)計(jì)由設(shè)計(jì)方指定的幾個(gè)廠家進(jìn)行投標(biāo)產(chǎn)生。

裂解爐是乙烯裝置的能耗大戶，其能耗占裝置總能耗的50%-60%.降低裂解爐的能耗是降低乙烯生產(chǎn)成本的重要途徑之一。隨著能源價(jià)格的不斷上漲，國內(nèi)外相關(guān)部門均加強(qiáng)了裂解爐節(jié)能措施的研究。裂解爐的能耗在很大程度上取決于裂解爐系統(tǒng)本身的設(shè)計(jì)和操作水平，近年來，裂解爐技術(shù)向高溫、短停留時(shí)間、大型化和長運(yùn)轉(zhuǎn)周期方向發(fā)展。通過改善裂解選擇性、提高裂解爐熱效率、改善高溫裂解氣熱量回收、延長運(yùn)轉(zhuǎn)周期和實(shí)施新型節(jié)能技術(shù)等措施，可使裂解爐能耗顯著下降。

裂解爐的燃料一般為燃料油和裝置產(chǎn)生的可燃燒廢氣，由于燃料清潔，燃燒后煙氣的狀況較為理想，工作溫度一般在120到170攝氏度之間，除氮?dú)馔庵饕煞质堑獨(dú)馊剂先紵螽a(chǎn)生的二氧化碳和水，少量的氧氣等除含有少量的顆粒外無其它雜質(zhì)，是一種較為理想且便于測(cè)量的工況，一般情況下設(shè)計(jì)單位會(huì)選擇紅外分析儀抽取煙道氣樣品進(jìn)行取樣分析測(cè)量。

我廠裂解爐裝置目前采用了一臺(tái)西門子的LDS6激光分析儀對(duì)單臺(tái)裂解爐進(jìn)行煙道氣中的CO含量進(jìn)行原位分析測(cè)量，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)裂解爐燃燒狀況的連續(xù)監(jiān)控，運(yùn)行以來一直工作正常。

激光氣體分析儀采用的是原位式（或稱直插式）測(cè)量技術(shù)，在被測(cè)工藝管線上直接進(jìn)行測(cè)量。與傳統(tǒng)的抽取式氣體分析不同，原位式分析并不需采樣管路抽取、輸送樣氣，更無需對(duì)樣品進(jìn)行預(yù)處理。這樣，激光分析儀的基本配置較抽取式分析儀簡化了許多，西門子公司的LDS6激光氣體分析儀系統(tǒng)（如圖1所示）分為中央處理單元、發(fā)射探頭、接收探頭、信號(hào)光纜及附件。

根據(jù)吉林的氣候條件，在原有的系統(tǒng)基礎(chǔ)上，廠家另提供保溫箱用于冬季對(duì)探頭加熱、保溫（見圖2和圖3）。

圖1:LDS6激光氣體分析儀系統(tǒng)示意

由于激光氣體分析儀無需采樣裝置、樣品輸送管線和樣品預(yù)處理系統(tǒng)，系統(tǒng)簡單，直接在待測(cè)點(diǎn)完成測(cè)量，無需樣品采集、輸送及預(yù)處理，盡可能地縮短響應(yīng)時(shí)間。

傳統(tǒng)的抽取式氣體分析儀應(yīng)用時(shí)需要了解待測(cè)介質(zhì)的組成，考慮各成分之間可能存在的相互干擾，以此判斷與選擇適合的分析儀種類。激光氣體分析儀發(fā)出的激光波長被調(diào)制精確等于某種特定氣體的吸收線，所發(fā)的單色激光只被掃描光譜范圍內(nèi)具有特定吸收譜線的特定成分有選擇地吸收，測(cè)量過程中沒有任何交叉干擾。激光分析儀的吸收譜線也可被稱為"單線吸收譜".

激光分析儀發(fā)射探頭所發(fā)寬束激光穿過待測(cè)煙道，信號(hào)經(jīng)接收探頭獲取，整個(gè)光束所穿過的氣體均參與了分析，進(jìn)行"線"采樣，可最大限度反映整個(gè)煙道內(nèi)CO的真實(shí)含量。

圖2：現(xiàn)場(chǎng)安裝的LDS6激光氣體分析儀探頭

圖3:LDS6激光氣體分析儀探頭保溫箱

三、分析儀器選用探討

目前對(duì)于裂解爐煙道氣這樣的較為清潔的樣品的連續(xù)取樣樣分析的技術(shù)已經(jīng)十分成熟可靠，應(yīng)用也十分廣泛。但是相對(duì)于原位分析來說它的缺點(diǎn)也同樣明顯。

首先，連續(xù)取樣分析的實(shí)時(shí)性受到多方面因素的影響，系統(tǒng)滯后較大，并且由于樣品輸送管道一直工作在負(fù)壓條件下，存在樣品管道泄漏樣品收到外界干擾的的可能，樣品滯后也是連續(xù)采樣分析的固有特點(diǎn)之一，并且其滯后時(shí)間受到樣品壓力、溫度、流量等多方面因素的影響并不穩(wěn)定，從而對(duì)實(shí)時(shí)采集樣品數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性和精確控制造成不良影響。

其次，連續(xù)取樣分析的樣品典型性受到多方面因素的影響，由于連續(xù)采樣系統(tǒng)只是對(duì)系統(tǒng)的單一位置進(jìn)行單點(diǎn)連續(xù)取樣，雖然在取樣的選擇上可以是理論上的理想點(diǎn)，但畢竟現(xiàn)場(chǎng)工況千變?nèi)f化，單點(diǎn)的樣品與現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際介質(zhì)還是會(huì)產(chǎn)生很大的差別影響分析結(jié)果的準(zhǔn)確性和客觀性；并且，樣品在采樣和傳輸?shù)倪^程當(dāng)中還可能由于外部條件的變化而產(chǎn)生變化，有時(shí)這種變化會(huì)對(duì)樣品的組成成和含量產(chǎn)生明顯的影響，從而影響測(cè)量的準(zhǔn)確性。

同時(shí)，較長的樣品傳輸管線也會(huì)引發(fā)故障，由于裂解爐在運(yùn)行過程中需要定期進(jìn)行清焦作業(yè)，此時(shí)一部分焦粒會(huì)由于采樣系統(tǒng)的抽吸作用進(jìn)入到采樣和輸送管道當(dāng)中并可能在停留在管道中的某些位置，進(jìn)而發(fā)生管道堵塞，引發(fā)故障；當(dāng)這些水進(jìn)入煙道樣品管線當(dāng)中時(shí)，如果管道沒有良好的保溫伴熱就會(huì)凝結(jié)成液態(tài)水，或者與管道內(nèi)的焦粒和其他雜質(zhì)混合堵塞管道，或者直接影響儀表測(cè)量，甚至損壞儀表。

除此之外，連續(xù)采樣分析的樣品預(yù)處理系統(tǒng)的安裝與維護(hù)費(fèi)用也是一筆很大的投入，以乙烯裝置的工況為例，如在該點(diǎn)采用連續(xù)取樣紅外分析系統(tǒng)，系統(tǒng)中必然設(shè)置用于樣品抽吸的抽吸泵并要鋪設(shè)從爐頂煙道取樣點(diǎn)到分析間的帶有伴熱和保溫的樣品管線等預(yù)處理設(shè)施，伴熱系統(tǒng)消耗和其他的設(shè)備故障無法避免，會(huì)對(duì)人員維護(hù)和設(shè)備后續(xù)投入提出較高要求，產(chǎn)生較大后續(xù)費(fèi)用，而采用激光分析儀的系統(tǒng)基本由于沒有采樣系統(tǒng)和可動(dòng)部件所所需得備件和消耗物料極少，人員維護(hù)和檢修內(nèi)容極少，所以其投資基本上可以一次完成，后續(xù)的成本有較大的優(yōu)勢(shì)。