原位式激光分析儀在乙烯裂解爐煙道氣CO測(cè)量的應(yīng)用體會(huì)

一、概述

在線分析儀器在化工生產(chǎn)中的地位越來(lái)越重要,使用在線分析儀進(jìn)行質(zhì)量控制、工藝監(jiān)測(cè)和優(yōu)化是化工生產(chǎn)現(xiàn)代化的重要標(biāo)志之一。合理選用和安裝在線分析儀表是提高化工產(chǎn)品質(zhì)量，實(shí)現(xiàn)優(yōu)化控制的保證，也是化工生產(chǎn)取得效益的關(guān)鍵^[1-4]。

在乙烯裂解裝置當(dāng)中，裂解爐是乙烯裝置能耗的核心，其裂解爐的燃燒控制狀況直接決定了裝置的能耗水平和運(yùn)行效率，直接影響到裝置的效益水平。

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(guò)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)

在乙烯裝置的裂解爐分析CO的作用是，對(duì)裂解爐燃料的燃燒狀況進(jìn)行連續(xù)監(jiān)測(cè)，控制煙道氣中CO的含量低于一定的參數(shù)（一般設(shè)計(jì)值為100PPm）。

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(wú)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(lái)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(wú)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(jiǎn)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(jiàn)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(wú)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(jiǎn)單，直接在待測(cè)點(diǎn)完成測(cè)量，無(wú)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(zhǎng)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(guò)程中沒(méi)有任何交叉干擾。相對(duì)比傳統(tǒng)分析方法具有更高的精確度。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(guò)待測(cè)煙道，信號(hào)經(jīng)接收探頭獲取，整個(gè)光束所穿過(guò)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(lái)說(shuō)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^(guò)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(zhǎng)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(guò)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;并且，由于煙道氣中含有大量燃燒產(chǎn)生的氣態(tài)水，當(dāng)這些水進(jìn)入煙道樣品管線當(dāng)中時(shí)，如果管道沒(méi)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，這將是一筆不小的投入，這些費(fèi)用相加，基本被抵消了紅外在線分析儀原本的成本優(yōu)勢(shì)；同時(shí)由于有較多的可動(dòng)部件和設(shè)備，伴熱系統(tǒng)消耗和其他的設(shè)備故障無(wú)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(méi)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)。