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比值分析仪在硫磺回收装置中的应用
吴文星;盖迪;王颖
【期刊名称】《自动化应用》
【年(卷),期】2024(65)3
【摘要】介绍了H2S/SO2比值分析仪在某公司3套硫磺回收装置的使用情况,阐述了AMETEK 880NSL紫外光度法分析仪的检测原理、系统结构和使用注意事项,分析了近期比值分析仪发生的2起故障,同时针对目前分析仪在使用过程中存在的管理及技术问题,从备品备件管理、在线状态监控、取样伴热改进3个方面提出了改善建议,确保比值分析仪平稳、长周期、高效运行。
【总页数】4页(P184-187)
【作者】吴文星;盖迪;王颖
【作者单位】中国石油化工股份有限公司金陵分公司
【正文语种】中文
【中图分类】TH83
【相关文献】
1.AMETEK 880-NSL硫磺比值分析仪在硫回收装置中的应用
2.比值分析仪在硫磺回收中的应用
3.比值分析仪在硫磺回收装置中的应用
4.AMETEK880NSL硫比值分析仪在海南炼化硫磺回收装置应用总结
5.在线比值分析仪在化工硫磺回收工艺中应用与环境影响
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硫化氢检测仪的应用领域
硫化氢检测仪是检测硫化氢气体的专业仪器，根据安装方式可以分为固定式和手持便携式。
手持便携式硫化氢检测仪带有浓度显示和声光、震动3重报警的功能。
主要特点是随时开机随时检测，它可以带有USB接口，能够将探测数据上传到电脑。
硫化氢检测仪的用途广泛比如以下场所。
(一)化学工业含硫化合物的生产制造如对硫磷、乙硫磷、乐果、磺胺等;石油化工、煤化工、天然气化工、橡胶硫化过程等均可产生硫化氢。
(二)石油开采钻探开采石油过程中，由于石油中含杂质硫，常可发生大量硫化氢喷出。
(三)制革、味精鞣制皮革时用硫化钠脱毛，生产味精用硫化钠除铁，可产生硫化氢。
(四)造纸、制糖、食品加工业以动植物做原料的一些生产过程中，因有机物的发酵腐败均可产生硫化氢。
(五)采矿、冶炼工业各种矿石中均含有杂质硫，采矿和冶炼过程中可有大量硫化氢产生;用硫化氢提纯某些金属，生成其不溶性硫化物，也有硫化氢产生。
(六)捕鱼业鱼舱内鱼类腐败后可产生硫化氢，通风不良时易导致中毒。
(七)污水管道、井下作业清理腌渍池、下水道、污水沟、化粪池、垃圾堆时常可接触高浓度硫化氢。
(八)化学清洗作业清洗作业使用含硫的清洗剂;装置、容器、管道、换热器等，其物料及结垢含有硫及硫的化合物，在一定条件下会产生硫化氢气体。
H2S/SO2比值分析仪在硫磺装置的应用作者：闫小东来源：《中小企业管理与科技·下旬刊》2011年第10期摘要：介绍H2S/SO2比值分析仪的工作原理及在硫磺装置的应用意义和使用情况，以及常见问题的处理方法。
关键词：比值克劳斯氙灯滤镜除雾器测量池0 引言2006年我厂建设了一套4000t/年的硫磺装置，为了控制好气风比，提高硫的转化率，减少尾气中有毒气体的排放，在硫磺装置分液罐入口管线上安装了AMETEK公司的880NSLH2S/SO2比值在线分析仪，自从2006年11月装置开工以来，完全满足了工艺操作员用此表参与控制一些参数的要求。
在使用此表过程中，我们也遇到了一些问题，但经过分析处理都得到了解决，我们也从中积累了一些维护上的经验。
下面就介绍一下硫磺装置应用此表的意义和一些维护经验。
1 H2S/SO2比值分析仪在硫磺装置的意义硫磺装置的主要反应为2H2S+3O2?圹2H2O+2SO2+Q， 2H2S+SO2?圹2H2O+3S+Q，所以要有准确的气风比，才能有更高的转化率。
如果没有比值仪的情况下，装置会根据酸性气的流量按比率配风。
因为酸性气浓度并不稳定，其流量的测量易受温度、压力等因素影响，且酸性气体由上游装置而来，上游装置无法进行控制等，所以空气量无法精确控制，只能凭操作判断反应进行程度。
在正常情况下，酸性气中硫化氢的含量在80%左右，烃类小于5%，只要流量波动不大，所需空气量较稳定，气风比是相差不大。
但在酸性气严重带水、带油时，情况就不同了，所需风量急剧增加，若调节及时会使炉膛温度升高甚至超温，影响转化率，增加能耗；若调节不及时，就会影响产品质量，有生成黑硫磺的可能，同时也污染了催化剂床层，所以适当的气风比既提高了转化率，又保证了硫磺的质量，是操作中的关键。
比值仪分析结果是调节空气配比的依据，安装比值分析仪，分析仪能持续及时准确地把尾气中H2S和SO2含量的分析数据传送到操作台，操作人员可根据分析的H2S/SO2比值（理想状态H2S/SO2为2:1）参与控制，适当的配风，从而获得最大硫的转化率，减少SO2排放，达到国家对尾气排放的标准，保护环境。
880-NSL比值分析仪在制硫尾气分析中的应用摘要本文针对美国Ametek公司生产的880-NSL型H2S/SO2比值分析仪在庆阳石化公司0.3万t硫磺回收装置制硫尾气H2S/SO2比值分析中的应用，简单介绍了880-NSL型H2S/SO2比值分析仪的关键技术、工作原理、主要部件及性能。
关键词紫外分光；比值分析；光谱仪；硫磺回收；转化率1概述我国目前有近百套硫磺回收装置，普遍存在反应气中硫化氢与二氧化硫之比大幅度波动，影响装置转化率，排入大气的排硫量大，造成对大气的污染等诸多问题。
要解决以上问题，关键是推广应用一种先进、可靠的技术，准确及时的对制硫尾气中H2S、SO2组份在线分析，并准确核算出H2S/SO2比值，为提高H2S/SO2比值平稳率的控制方案提供分析数据，使反应过程气中H2S/SO2之比稳定，并尽量接近2:1，以改善硫磺回收装置的运行条件，为制硫燃烧炉、反应转化器提供最佳反应条件，提高硫磺回收的转化率，降低装置排入大气中的总排硫量，减少对大气的污染，达到安全环保的目的。
美国Ametek公司生产的880-NSL型H2S/SO2比值分析仪，由正压通风的电气箱，加热的样气箱和检测器组成，采用紫外分光技术，并首创取消了采样管道，直接将分析仪安装在工艺管道上，大大减少了硫磺结晶现象，满足了硫磺回收生产工艺介质有毒、强腐蚀、易结晶等特殊要求。
2 880-NSL比值分析仪工作原理880-NSL型H2S/SO2比值分析仪采用紫外分光技术，由正压通风电气箱、加热样气箱和检测器等组成。
大口径密封的不锈钢管作为无需再校正的光路基座，一部分在电气箱内，一部分在样气箱内并与检测器箱连通，作为光源的氙灯安装在管的左端电气箱内，光电检测器和前级放大器安装在管右端的检测器箱内，样气室位于管的中间。
由石英玻璃窗将电气箱、检测器箱与样气箱之间进行在管内隔离。
880NSL型分析仪的心脏部分是一个多波长、无散射的紫外可见光光谱仪，它测量了四路互不干涉的紫外光吸收率，其中三路用于测量硫化氢，二氧化硫和硫蒸汽的浓度，第四路波长作为参比基准以补偿和修正由于石英窗不干净、光强变化和其它干扰对测量精度的影响。
ISO-9001TLG-837 H2S/SO2 硫磺回收尾气比值分析仪 H2S/SO2A在克劳斯硫磺回收工艺中，准确监视 H2S 和 SO2 的数值是指导 工艺生产的十分重要的环节。
AAI(AppliedAnalytics， Inc)公司 TLG‐837 仪表就是针对这种硫磺 回收工艺而开发的一种先进的在线分析仪器，它是根据硫成份 对紫外线吸收的原理，采用固态二极管阵列频谱仪作为检测 器，检测部分无可动部件、样品处理系统无样品管线传输，由 于采用了防止阻塞的探头及快速旁路回样系统，从而使在线分 析仪器的使用达到了免维护，确保分析系统准确、可靠、长周 期运行。
在硫磺回收应用中，AAI 的设计坚持无活动部件、无流动试样 的原则。
TLG‐837 使用固态的二极管阵列分光光度计进行检测， 测量从 190nm 至 1100nm 的完整光谱， 分辨率为 1nm。
它可以 很容易地用于高达 2AU±0.0002AU 的吸收测量。
适用于非常宽 的浓度动态范围的精确测量。
光源是一个具有相当长寿命低噪 音的脉冲氙灯或的氘灯。
TLG‐837 使用光导纤维传递往返检测 器的紫外光线，使得电子与探头实质分离。
光与试样相互作用 的地方是一个正在申请专利的除雾器探头。
新型设计结构简单，只需简单维护，这得益于检测器的精巧设 计和用于即时数据分析的计算机的快速反应。
检 测 器 UV/VIS2048 二极管阵列检测器，光电二极管阵列在紫外范围内有显著的光谱反应（光电效应）和较高的敏 感度。
较低的暗电流和大的电荷饱和使得要得到的信号具有较高的信噪比，检测器的孔径与光导纤维的数 字孔径相匹配，从而优化了光的通过量。
光 源 使用一个寿命很长的低噪音脉冲氙灯或氘灯。
光被通过连接光学装置集中到一根光导纤维的顶端，为了优 化光的输出量，它们之间不直接相连。
头 探 探头由三根同心的管子组成。
外侧的一根是直径 1.5″，也是探头的外径。
AMETEK880NSL硫比值分析仪在海南炼化硫磺回收装置应用总结摘要：本文简要的介绍了AMETEK880NSL型硫比值分析仪的工作原理和系统构成，结合其在海南炼化硫磺回收装置的运行经验，对其运行状况、常见故障及处理方法和使用过程发现的缺陷进行了总结。
关键词：硫比值分析仪运行状况常见故障应用总结装置简介：海南炼化硫磺回收装置设计负荷为生产硫磺8万吨/年，年开工时间为8400小时，操作弹性范围是30-110%，硫回收率99.8%，尾气净化度达到小于960mg/m3。
本装置由SEI总承包，山东三维石化工程股份有限公司负责基础设计和工程设计，中石化第二建设公司承建。
硫磺装置由Claus制硫系统、尾气处理系统、尾气焚烧系统、液硫脱气系统组成。
装置采用中石化自主开发SSR无在线炉硫回收工艺，采用二头一尾配置。
装置原料是溶剂再生装置来清洁酸性气和酸性水汽提装置来含氨酸性气。
本装置于2006年9月首次开车成功，最长运行周期为39个月。
制硫炉配风采用双回路控制系统，即大配风与酸性气流量采用比例控制，小配风与硫比值分析仪计算的需氧量串级控制。
一、概述在克劳斯硫磺回收工艺中，通常采用硫化氢/二氧化硫比值分析仪对制硫尾气中的H2S与SO2浓度进行分析，参与制硫炉酸性气/空气配比控制，精确控制制硫炉的配风量，提高制硫装置硫回收率，同时防止尾气部分发生SO2穿透，因此提高硫比值分析仪的精确度、缩短分析时间和降低故障率，对于硫磺回收及尾气处理装置的操作至关重要。
本装置采用了AMETEK880NSL型硫比值分析仪，为了提高比值仪分析的准确性，将比值仪安装在制硫装置尾气分液罐出口水平段管线上，此段位置介质具有压力稳定、流速均匀的特点，同时为了缩短比值仪采样时间，降低分析结果的滞后性，将比值仪整体设备直接安装在管道上，尽量降低采样管长度。
AMETEK880NSL型硫比值分析仪具有自动化程度高的特点，分析仪控制系统自动执行所有的正常运行步骤，包括启动样品流动、分析、在线校准、量程选择、错误检测、区域温度控制及出错自动反吹等步骤，维护人员可由设备自带显示屏得知设备的运行状态和错误信息。
H2S/SO2比值分析仪的应用李百虎酸性水车间石油化工已成为当今世界经济社会发展的重要推动力量,然而石化行业的发展却对自然环境造成极大的破坏,日益威胁到人类健康和生存空间,如何保护环境和可持续发展是人类面临的共同课题,世界各国都制定了极为严格的环保法规。
我国也制定了《大气污染物综合排放标准》(GB 16297-1997)来限制SO2等大气污染物的排放,并将节能减排作为今后经济社会协调发展的一项长期中心任务,“十一五”期间我国更是将SO2和COD排放量作为减少排放的主要控制指标,而高含硫油的炼制在降低成本的同时也给炼油企业提出了新的挑战,提高硫磺回收装置的酸性气体回收率和制硫能力可有效降低排放到大气中的硫化物含量,对于环境保护和提升企业的经济社会效益至关重要。
1 硫磺回收的工艺原理酸性水装置主要由再生、硫磺回收、尾气处理和酸性水汽提等四部分组成。
来自上游装置的含H2S的干气、液态烃和瓦斯经醇胺溶液吸收和富液再生实现脱硫,分离出的富H2S酸性气与各装置酸性水经污水汽提分离出的酸性气,在脱水除杂后进入燃烧炉燃烧,产生大量硫蒸汽和气态硫化物。
高温过程气经余热炉和冷凝器脱硫后进入转化器,过程气中的H2S和SO2继续在催化剂床中反应生成硫,通过冷凝器分离出液态硫,并制成硫磺,即完成即硫磺回收过程,将剩余过程气加氢还原和冷却吸收后即可实现尾气处理过程,吸收液循环利用,净化后的尾气则经焚烧炉焚烧后排入大气。
在上述流程中,硫磺回收部分是整个装置的核心和关键,它既决定了硫的转化率和回收率,也是排放量达到环保指标的主要因素。
硫磺回收工艺采用改良的克劳斯(claus)部分燃烧法制硫。
该法是使含H2S的酸性气体在燃烧炉内与空气发生不完全燃烧,严格控制配风量,使H2S反应后生成的SO2量满足H2S与SO2的体积(分子)比等于或接近于2∶1,未反应的H2S与产生的SO2在没有催化剂的高温条件下发生反应,生成气态硫单质和水,随后冷凝分离出液体硫磺,脱硫后的过程气加热或与高温气掺和升温后进入催化反应器(即转化器),其中未反应的H2S和SO2在催化剂存在的条件下继续反应,生成气态硫单质和水,转化器生成的硫也经过冷凝后回收。
其化学反应过程如下:燃烧炉的主反应: 2H2S+O2→2H2O+S2实际反应步骤是: H2S+32O2→SO2+H2O2H2S+SO2→32S2+2H2O转化炉的主反应: 2H2S+SO2→2H2O+3nSn由此可见,控制好H2S和SO2的比值是提高硫转化率的关键,当H2S和SO2的配比(简称硫比值)为2∶1时,硫的转化率最高。
由于在反应过程中还存在其它副反应。
因此,通过调节酸性气与空气的配比可实现硫转化率和回收率的最大化。
2 硫比值分析仪的检测原理2. 1 检测原理目前,硫比值(H2S/SO2)分析仪通常都是检测H2S与SO2的体积百分比浓度的基础上,将两者相除,以获得该比值。
检测方法主要有气相色谱法和紫外光度法2种方法。
气相色谱法主要是用工业气相色谱仪来检测H2S与SO2体积百分比浓度以获得该比值。
相对于色谱法而言,紫外光度法具有简单、高效、响应时间短(几秒钟)等优点。
其中尤以Galvanic Applied Sciences公司生产的943-TGX 型尾气分析仪为其主要代表。
下面将对其检测原理、系统组成和控制器算法作详细介绍。
紫外光度法是基于光谱分析中最基本的吸收光谱定律———比尔(Beer)定律,其表达式为:A=-lgII0=lgI0I=lg1T=εbC=EC(1)式中:A为吸(收)光度(率);I0为波长为λ的平行均匀入射光强度;I为经待测组分吸收后的光强度;T为透光度,T=(II0)×100%;ε为待测组分的摩尔吸光系数;b为光程;C为待测组分的浓度;E 为吸(消)光系数,与样品特性及波长有关。
由比尔定律可知,吸光度与待测组分的浓度成正比。
近紫外光谱区的波长大约为200~400 nm,常见的紫外光度分析仪按其工作原理主要可分为分光式和切光式两种,都是利用测量光路和参比光路的光强之差计算其浓度值。
Galvanic Applied Sciences公司的943-TGX硫比值分析仪则是利用一组多波长、无散射的紫外光谱在同一光路同时测量4个通道的互不干涉的紫外光波吸光率,根据待测介质的光吸收特性, 4个紫外光波的波长为232 nm、280 nm、254 nm和400 nm,分别用于测量H2S、SO2、S蒸汽的浓度和参比基准,其中参比基准主要用于补偿和修正由于石英窗不干净、光强变化和其它干扰对测量精度的影响。
该比值分析仪的光学检测原理如图1所示。
图1 943-TGX硫比值分析仪检测原理943-TGX硫比值分析仪的紫外可见光光度计(也称光谱仪)主要由光源模块、样气室、检测器、光路基座及光学校验镜等组成。
光源模块主要由宽频带氘灯、紫外遮断滤光器和平行光滤镜组成。
宽频带氘灯可产生短波期、高强度的紫外光。
样气室是一个两端带石英窗、直径为0·127m的不锈钢封闭长管,具有样气入口和出口,小容量的样气室(约0·3 L)可减少硫磺和铵盐污染,且响应速度快(小于3 s),有利于闭环控制。
检测器由4个单独配有高精度光过滤器的硅光电二级管组成, 4路独立测量通道可检测存在硫蒸汽情况下的H2S和SO2浓度。
光路基座是一个大口径的不锈钢管,一部分在电气箱内,一部分在样气箱内与检测器箱连通。
其最大特色在于使用光学校验镜代替了价格昂贵且有毒有害的高浓度校验气体H2S、SO2,通过将校验镜周期性地插入测量光路,校验仪表光学参数。
其具体检测过程如下:一束由单光源氘灯发出的多波长、无散射的紫外脉动闪烁光经过滤光器后,只有被测气体组分的吸收波长光谱和参比基准(400 nm)光谱的紫外光通过透镜再平行射出,该光束穿过样气室再进入检测器。
当被测混和气体流经样气室时,相应波长光谱被待测气体组分吸收,剩余的光谱再同时经过4个高精度滤光器到达检测器,各个滤光器只允许特定波长的被测气体组分的吸收光谱(依次对应H2S、SO2、硫蒸汽和参比基准)通过。
光检测器为4路单独的硅光电二极管,将光波信号转变为交变的电信号,送到对数放大器,3路测量电信号与参比电信号的对数放大器输出值相比较,其差值(即吸光率)与被测气体浓度成正比,H2S和SO2的测量值再通过背景硫蒸气吸收率、样气温度和压力进行修正。
另外,在测量上述4个通道值之前还需校准各个通道的零点吸收率。
2. 2 系统组成943-TGX比值分析仪按其外部组成可分为电气箱和检测器箱,光度计贯穿于其中。
按其系统结构可分为电控系统、采样系统和紫外光度计。
电控系统使用正压通风保护,主要包括电子模块、控制器、加热器、继电器、电磁阀、热电阻和电源等。
控制器是其核心,它提供了所有的控制和自检功能,可以设定输出各种测量参数和故障信息,也可通过RS485接口实现远程操作,系统采用程序控制方式实现温控、压控、吹扫、定时和检测,并按特定的控制算法来计算H2S和SO2的百分比浓度及其比值。
采样系统主要由采样探头、进样阀、除雾器、样气室、吸气器和回样阀组成,样气在由加热空气驱动的吸气器作用下,从工艺管线进入分析仪,先后流经除雾器、样气室、吸气器,再返回工艺管线。
其实际系统的样气流程如图2所示。
图2 943-TGX样气流程图943-TGX比值分析仪直接安装在工艺管线上,由于没有采样管线,解决了硫磺回收中样气管线堵塞这一难题。
采样探头插入工艺管线的中心保证了所取样气具有代表性。
除雾器外部是隔热外壳,内部的进样管处于一个用空气冷却的热交换器中,其热梯度约为5~10℃通过电磁阀控制仪表风流量使其温度保持在硫磺露点(129℃)以下,气流中的硫磺被冷凝析出,冷凝出的液态硫磺在重力作用下排回工艺管线,达到了除去样气中夹带的硫雾并降低样气中的硫蒸汽压力的目的。
除雾器顶部出口的不锈钢衬芯和底部的四氟衬芯有利于除去样气中的硫雾和硫磺颗粒。
吸气器由热空气驱动,通过喷嘴使流动的空气在取样口产生负压,样气流经样气室后与吸气器的驱动空气混合后沿工艺管线的管壁排入管线中被主气流快速带走,保证了样气的连续可靠循环。
为防止采样系统堵塞和保证分析仪安全运行,采用了电伴热和蒸汽伴热相结合的保温方式,并可在样气管线发生堵塞时启动空气反吹和蒸汽反吹。
空气反吹是指空气一路反向进入除雾器、进样阀吹扫采样探头;另一路则经过样气室、吸气器、回样阀吹扫回样口,其主要作用是防止系统堵塞,当除雾器和样气室温度、样气室压力或仪表风压力中任何超出预先设定的正常范围时,都会启动空气自动反吹以清洁采样系统,故障清除后仪表自动恢复运行。
在仪表预热阶段或电源发生故障时,仪表自动保持反吹状态直到样气室温度达到正常范围。
为保证采样系统的清洁,可通过程序设置定期空气反吹。
3 硫比值(H2S/SO2)的控制方案克劳斯法是当今世界硫磺回收普遍采用的方法,它对于降低SO2等酸性气体的排放和保护环境发挥着非常重要的作用。
在该法中酸性气(主要成分为H2S)与空气配比极为重要,其配比直接关系到含硫酸性气的转化率、单质硫的回收率和硫化物的排放量,事实上硫比值的控制就是通过控制酸性气与空气配比(也称燃烧比)来实现的。
可以说,硫比值控制是目的,酸性气配风比控制则是实现这一目的的手段。
由工艺原理可知,硫比值控制是硫磺回收中最重要的环节,当H2S/SO2的比值为2时,转化率最高,脱硫最彻底,整个控制过程就是通过对酸性气和空气配比的控制和不断修正来最终实现硫比值的最佳控制。
由于来自上游装置进料酸性气体浓度变化较大,克劳斯装置不能调节酸性气的进料量。
因此,无法使用固定的配比进行调节,只能根据进料酸性气的流量和浓度(或化学当量)实时调整其配风量,以实现克劳斯法硫比值最佳配比的控制要求。
这就要求我们必须对这一过程予以控制,而解决这一问题的根本途径和方法在于优化控制方案和应用在线硫比值分析仪。
目前国内用于硫比值控制的酸性气配风方案主要有3种:传统的双闭环比值控制方案、中间参数(炉温)的串级控制方案和基于硫比值(H2S/SO2)在线分析仪的先进控制方案。
3. 1 传统的双闭环比值控制方案传统的酸性气配风方案一般采用常规的双闭环比值控制,其控制方案如图3所示。
这是上世纪八九十年代硫磺回收比较常见的控制方式,由于进料酸性气流量和浓度不断变化,化验采样分析的周期比较长,在一定时期内只能按固定的配比进行控制,不能根据工艺的变化情况及时调整。
因此,该方法具有很大的局限性,无法实现对转化炉硫比值(H2S/SO2)的精确控制,结果会导致转化率降低、回收率不高。
图3 传统的双闭环比值控制方案3. 2 中间参数(炉温)的串级控制方案该控制方案以炉温为中间参数,对酸性气的配风比进行调节,实施硫比值间接控制,从而达到提高硫转化率的目的。
