甲醇装置中硫化氢分析仪常见故障分析与处理

    摘要：河南煤业化工集团中原大化公司煤化工50万吨甲醇项目，甲醇装置中05单元低温甲醇洗用了一台硫化氢分析仪，是Galvanic公司生产的902型硫化氢分析仪，它是用醋酸铅纸带法测量硫化氢含量的在线分析仪表。在线分析气体中H2S含量，指导工艺操作；防止H2S泄露超标（H2S有剧毒，职业中毒限值为10ppmv）。用于降低生产过程中的风险，从而起到安全保护作用。

1、概述

    河南煤业化工集团中原大化公司煤化工甲醇装置中，合成气净化与甲醇合成单元，分别采用了德国鲁奇公司低温甲醇洗和丹麦托普索合成工艺的技术，均是目前世界上先进的工艺技术，具有自动化程度高、能耗低等特点。低温湿洗原理是以拉乌尔定律和亨利定律为基础，依据低温状态下的甲醇具有对H2S和CO2等酸性气体的溶解吸收性大、而对H2和CO溶解吸收性小的特点，选择性地脱除变换气中的H2S和CO2等酸性气体，从而达到净化变换气的目的。05单元低温甲醇选用了一台Galvanic公司生产的902型硫化氢分析仪，它采用醋酸铅纸带法测量硫化氢含量，用于在线分析气体中H2S含量，指导工艺操作；防止H2S泄露超标（H2S有剧毒，职业中毒限值为10ppmv）。从而降低生产过程的风险，起到安全保护作用。

2、硫化氢分析仪测量原理及组成

2.1硫化氢分析仪测量原理

    当恒定流量的气体样品从浸有醋酸铅的纸带上流过时，样气中的硫化氢与醋酸铅发生化学反应生成硫化铅褐色斑点，反应式如下：　H2S+Pb（CH3COO）2→PbS+CH3COOH。

    反应速率即纸带颜色变暗的速率与样气中硫化氢浓度成正比，利用光点检测系统测得纸带变暗的平均速率，即可得知硫化氢含量。硫化氢分析仪每隔一段时间移动纸带，以便进行连续测量，新鲜纸带暴露在样气中的这段时间称为测量分析周期时间（一般为3min左右）。

2.2硫化氢分析仪的组成

    该硫化氢分析仪由样气处理系统、走纸系统、光电检测系统、数据处理系统等四部分组成。

① 样品处理系统：由过滤器、减压阀、流量计、增湿器组成。旁路过滤器用于除尘和加快样气流动速度以减小分析滞后时间。减压阀用于控制出口表压在1.05×105Pa（15psig）。带针阀的转子流量计或临界孔板用于控制样气流量，样气流量控制在100mL/min。增湿器用醋酸溶液使样气加湿，增湿器通常采用鼓泡器，样气经醋酸溶液中鼓泡而增湿。也可采用渗透管结构，醋酸溶液渗透入管内对样气加湿。醋酸溶液是冰醋酸（CH3COOH）加蒸馏水后制成的5%冰醋酸溶液。

② 走纸系统：由纸带密封盒、醋酸铅纸带、导纸轮、卷纸马达和压纸器组成。纸带事先用5%醋酸铅溶液浸泡，并在无H2S条件下干燥。

③ 光电检测系统：由样气室和光电检测器组成。样气经孔隙板上的孔隙与纸带接触。光电检测器采用红色发光二极管作为光源来照射纸带，光探头是一个硅光敏二极管，可将纸带的明暗程度转化成电信号，此电信号经过传感器放大电路放大成0~25mV信号。

④ 数据处理系统：由微处理器、数字显示器、打印机等组成。

3、系统软件

    硫化氢/总硫在线分析仪提供一套完整的软件分析系统，它是在Windows操作系统下安装配套的软件。经I/O接口与计算机相连，软件会自动寻找I/O接口中的新设备。当SF软件安装成功后，用户就可以轻松的通过该软件来设置分析仪内部的各种系统参数，包括设置硫化氢报警点，分析仪自动标定方式，LCD屏幕显示内容，取样时间，故障分析等。

4、实例分析

    醋酸铅纸带法H2S分析仪在一个测量分析周期时间（cycle time）内光电检测系统输出信号的波形，其分析过程如下。

A—B段：电机运转，驱动纸带进纸1/4英寸。

B—C段：采样延迟时间（sampledelay），约l40s。在该时间段，参加反应的纸带开始慢慢变黑，反应曲线呈现轻微的非线性关系。分析仪测得纸带变暗过程呈非线性关系，认为测量结果不够精确，因此无需更新显示结果和分析仪输出。但该测量结果仍可用于精确地预测样气浓度是否超过报警限。因此，在该时间段，每隔4s，分析仪计算出该时间段样气浓度的平均变化率和对应的硫化氢含量。如果含量超过报警限，分析仪将报警。报警时，分析仪只显示测量到的最高实时数据。分析仪将一直处于预报警分析状态，直到硫化氢含量低于报警限。

C—D段：采样时间（sampleinterval），30s。纸带变黑速率在tl到t2时间段内呈现线性关系。分析仪计算线性关系开始时刻tl处和采样时间结束时刻t2处的纸带黑度读数。系统软件根据两个时间点的数据计算出纸带变黑的速率，并换算成硫化氢浓度。

D—E段：分析仪将纸带卷动进纸，新的一个测量分析周期重新开始。

5、安装要求

该分析仪的安装要求如下。

① 分析仪应安装在没有振动、压力和温度波动小的地方。

② 应尽量缩短从分析仪伸出的排放管长度，不应有直角拐弯。管道应有坡度下倾放置。

③ 分析仪安装在机柜时，应留有一定空间，左侧应留有约15 英寸的空间，用于打开面板安装类型的纸带防尘盖。并应留有6 英寸的空间，用于排放管的连结。

④ 分析仪采用防爆外壳设计和防爆安全隔离电路。因此，在未切断电源以前，不允许打开机盖。

⑤ 如果没有为分析仪配置样气系统，用户须提供能将压力调节为10-20psig 的干净气体装置。

6、故障分析及处理方法

6.1 纸带斑块形状不成形，造成读数不稳定。

原因：（1）纸带压紧块安装不正确；（2）纸带安装不正确

处理方法：（1）确保纸带压紧块压在纸带上；（2）取下纸带，重新安装。

6.2 纸带斑点深浅不均匀，如上部或下部颜色更深，造成颜色不稳定。

原因：纸带压紧块安装不正确。

处理办法：松开纸带压紧块的锁紧螺钉，调整纸带压紧块，使纸带压紧块用力均匀，平稳地压在纸带上。

6.3 纸带斑点正常，读数仍然不稳定。

原因：（1）传感器失效；（2）电缆与传感器的连接松动；（3）气流从排放管流入分析仪；（4）湿度过高，造成排放管结冰；

处理方法：（1）更换传感器；（2）压下电缆接头，使连接紧密可靠；（3）检查带压排放管是否工作正常；（4）确保排放管向下倾斜。

6.4 纸带斑点重叠。

原因：（1）受纸轮松动；（2）斑块颜色过浅；（3）步进电机工作不正常。

处理办法：（1）拧紧受纸轮的制动螺钉；（2）增大空隙板的空隙尺寸；（3）更换电机。

6.5 纸带斑块间距不均匀

原因：联轴器松动。

处理方法：拧紧联轴器的制动螺钉。

6.6 采用已知浓度的标准气进行标定时，纸带斑块颜色比正常情况变浅很多

原因：孔隙板的孔隙堵塞或不畅通。

处理方法：检查并清洗孔隙板孔隙。

6.7 纸带斑块颜色过深

原因：孔隙板孔隙尺寸过大。

处理方法：更换安装尺寸较小的孔隙板。

6.8 纸带斑块颜色过浅

原因：孔隙板孔隙尺寸过小。

处理方法：更换安装尺寸较大的孔隙板。

6.9 总是存在无纸传感器产生的报警

原因：（1）无纸传感器失效；（2）安全隔离器失效。

处理方法：（1）检查无纸传感器；（2）更换安全隔离器。

6.10 4～20mA电流输出与显示值不一致

原因：量程设置不正确。

处理方法：确认正确的量程设置。

6.11 毫伏（mV）读数随时间向上移动

原因：孔隙板孔隙和样气室内有尘埃堆积。

处理方法：清理孔隙板孔隙和样气室。

6.12 显示屏显示失真或无显示

原因：存储器（RAM）的数据出错。

处理方法：将分析仪冷启动。

6.13 指示误差大

原因：增益没调准。

处理方法：接上标准气，反复调整增益，使表的指示与标准气一致。

6.14 特殊情况，因我厂开车时，空气中布满硫化氢，致使整卷的纸带在纸盒中颜色都变深，导致测量值偏大，整卷纸带无法使用。

处理办法：（1）净化空气，消除污染源；（2）对表进行改造，用纯净的压缩气一直吹扫纸带盒，使纸带盒内气压略大于大气压，防止带硫化氢的不洁空气进入纸带盒。

7、日常维护

分析仪表的正常稳定运行与日常维护密切相关，主要的日常维护工作如下。

① 检查样气压力和流量是否在设定值，检查过滤器滤芯，定期清洗或更换滤芯。

② 检查纸带是否快用完。纸带大约每月更换一次。这与硫化氢浓度和需要响应时间有关。

③ 检查纸带传送机构是否工作正常。

④ 检查增湿器里醋酸溶液的液位，液位应该位于或接近红线位置。

⑤ 检查样气室是否有赃物和液体覆盖。如果必要应清洁样气室。

⑥ 检查纸带上的斑块。确保斑块位于纸带中央，而且边缘清晰。如果边缘斑块模糊，需要调整压紧块，是纸带和样气室之间的密封良好，这样才会使斑块边缘轮廓清晰。

8、结束语

    自从05单元低温甲醇洗用硫化氢分析仪用于在线分析气体中H2S含量以来，它对于指导工艺操作、防止H2S泄露超标、降低生产过程的风险，起到了安全保护作用。