1、2023 年 1 月云南化工Jan 2023第 50 卷第 1 期Yunnan Chemical TechnologyVol.50，No.1doi:10.3969/j.issn.1004-275X.2023.01.22可燃气体和氧气检测仪在加热炉尾气中的自动监测探讨赵红珠(云南解化清洁能源开发有限公司解化化工分公司，云南开远661699)摘要:针对甲烷转化加热炉出口尾气中可燃气体和氧含量常采用奥氏气体分析法检测，其检测速度慢，不能快速反映尾气中可燃气体和氧含量变化趋势，难以保证加热炉安全监控的需要，尝试采用固定式可燃和氧气检测仪配套 PLC 控制器组成自动测定系统，实现尾气中可燃气体和氧含量的
2、在线监测。通过试验，综合分析并验证了固定式可燃和氧气检测仪自动监测系统替代手动分析，应用于尾气中可燃气体和氧含量检测的可行性和局限性，并探讨相应的控制程序和应对措施。关键词:可燃和氧气检测仪;尾气;PLC 控制器，自动监测中图分类号:X701文献标识码:A文章编号:1004 275X(2023)01 0077 04Discussion on Automatic Monitoring of Combustible andOxygen Detector in Tail Gas of Heating FurnaceZhao Hongzhu(Jiehua Chemical Branch of Yunn
3、an Jiehua Clean Energy Development Co，Ltd，Kaiyuan 661699，China)Abstract:The combustible gases and oxygen at the methane conversion furnace outlet should be detected by austenitic gas analyzer The methodis usually used to analyze the above gases but the real time request can not be met by this method
4、 The fixed gases detector and PLC are intro-duced in this paper to analyze the combustible gases and oxygen at the methane conversion furnace outlet The feasibility and limitation of thisscheme are described according to experimentsKey words:combustible and oxygen detector;tail gas;PLC controller;au
5、tomatic monitoring解化分公司甲烷转化加热炉是用来加热甲烷原料气和空气的化工设备。在加热炉内中上部，分布着原料气和空气加热盘管，当甲烷原料气和空气流经盘管时，被加热炉底部燃烧的明火加热达到控制温度。为了调控加热温度，并保障加热炉的安全运行，在加热炉的顶部尾气放空管上设置有分析取样点，定期采用奥氏气体分析法检测尾气中的可燃气体和氧含量。奥氏气体分析法分析时长约为 20 min，再加上双联球负压采样耗时长，形成分析速度慢，分析结果报告不及时的问题，导致分析结果不能快速反映工艺变化，特别是在工艺异常状况下不能及时发现可燃气体含量超标、尾气中氧含量显著下降的趋势，存在一定的安全隐患。近
6、年来，为了解决手动分析存在检测速度慢的问题，尝试采用在线分析仪或工业色谱仪替代手动分析进行连续测量，但存在分析仪器投资成本高以及在线分析仪器维护成本高的弊端。后尝试用可燃气体检测器和氧气检测器替代手动分析，并为此做了大量试验。本文探索选用催化燃烧型可燃气体检测仪和电化学型氧气检测仪在非典型环境应用条件下，通过 PLC控制，间歇式测定尾气，用空气做保护性测定;同时用 PLC 控制 3 台加热炉尾气的循环测定，实现对加热炉尾气中可燃气体和氧含量即时测定的应用可行性1。1试验部分1.1仪器及设备河南驰骋，催化燃烧型固定式可燃气体检测仪，测量量程:0 5.0%(v/v)，(0 100%LEL);河南驰
7、骋，电化学型固定式氧气检测仪，测量量程:0 25%(v/v);PLC 控制器:西门子 SC700;1903 奥氏气体分析仪，测量量程:0 100%(v/v);双联球采样器;采样球胆;防爆抽气泵:MC PF 05;气样冷却预处理系统;电磁阀;甲烷标准气体:2.5%(v/v)，背景气体为空气;氧气标准气:8.0%(v/v)，背景气体为氮气。1.2试验步骤1.2.11903 奥氏气体分析仪测定尾气中可燃气体和氧含量用双联球负压抽取加热炉上部废气至采样球胆。用 1903 奥氏气体分析仪准确抽取 100 mL 气样，将样品送入氢氧化钾吸收瓶，吸收并准确测量缩减体积，测得样品中二氧化碳体积分数;再将剩余样
8、品送入焦性没食子酸钾吸收瓶，吸收并准确测量缩减体积，测得样品中氧气体积分数;继续抽取一定量的剩余残气，配洁净空气至 100 mL 后，缓慢送入燃烧瓶燃烧772023 年 1 月云南化工Jan 2023第 50 卷第 1 期Yunnan Chemical TechnologyVol.50，No.1完全，并准确测量燃烧缩减体积;再将燃烧后气体送入氢氧化钾吸收瓶，吸收并测量可燃气体燃烧后产生的二氧化碳气体，根据燃烧缩减体积、生成二氧化碳体积、剩余残气和取残气量计算样品中可燃气体总体积分数。1903 奥氏气体分析法测定方式:间隔测定，频率为 1 次/4 h。1903 奥氏气体分析法控制方式:手动控制，
9、分别测定 3 个样品。1.2.2固定式气体检测仪在线测定尾气中可燃气体和氧含量用防爆抽气泵连续抽取加热炉上部尾气至气样冷却预处理系统，快速脱除样品中的水和灰尘等杂质后，将气样以 0.5 L/min 的流速送入氧气检测仪流通池入口进行连续测量，流通池出口气体送入可燃气体检测仪流通池入口继续测量气样中可燃气体含量，出口气体则无害化排放至安全环境。气体检测仪在实时测量可燃气体和氧气含量的同时，将结果同步送入记录仪和显示屏。其中可燃气体和氧气气体检测仪在正常测量前必须进行校验，合格方可投入使用。测定方式:间歇式测定，频率为 1 次/1 h。控制方式:PLC 自动控制，间歇式循环测定 3 个样品。1.2
10、.3固定式气体检测仪在线监测系统控制程序循环测定控制:三路样品气通过气动阀交替进入预处理系统气液分离器，每个流路测定 5 min，直至反吹开始，总时长 15 min;反吹控制:正常测定状态下，循环测定一轮结束后，反吹随即启动，总时长 7 min。采样泵前有三通阀，切换到环境空气流路，达到切断反吹空气进入后系统的目的，10 s 后，仪表空气阀打开，气液分离器排污阀打开，吹除积液或杂质，40 s 后，排污阀关闭，样品阀 1 打开，吹扫 120 s，样品阀 2 打开，样品阀 1关闭，继续吹扫 120 s，直至样品阀 3 打开，吹扫120 s 后，仪表空气阀关闭，10 s 后样品阀 3 关闭，吹扫结束
11、。传感器活化控制:吹扫结束，采样泵继续抽取环境空气，对可燃和氧气探测器传感器进行保护，总时长为 8 min。保护结束，采样泵前三通阀，切换到样气流路，进行下一循环测定。信号传输控制:测定时，连续输出测量信号，分别给出模拟量信号 5、6、7 mA 至 DCS 系统，对应识别 1 3#加热炉;反吹和保护时，则测量信号保持输出，同时给出状态识别数字信号3。固定式气体检测仪在线监测系统见图 1。图 1固定式气体检测仪在线监测系统图2结果与讨论2.1奥氏气体分析法和气体检测仪法分别检测氧气标准物质结果比对分别用奥氏气体分析法和电化学气体检测仪测量氧气标准气体 5 次，测量结果及比对结果见表 1。从表 1
12、 可知:奥氏气体分析法和电化学气体检测仪测量氧气标准物质，其相对误差平均值均未超过 5%，验证两种分析方法的测量准确性均可靠。2.2奥氏气体分析法和气体检测仪法检测甲烷标准物质结果比对用甲烷标准气作为可燃气体的代表性物质，并分别用奥氏气体分析法和可燃气体检测仪测量甲烷标准气体 5 次，测量结果及比对结果见表 2。872023 年 1 月云南化工Jan 2023第 50 卷第 1 期Yunnan Chemical TechnologyVol.50，No.1表 1奥氏气体分析法和气体检测仪法检测氧标准气体比对分析数据/%检测对象标准物奥氏气体分析法测氧相对误差/%氧气体检测仪法测氧相对误差/%8
13、07 82 57 91 38 07 73 87 91 3氧标准气8 07 73 87 91 38 07 73 87 82 58 07 82 58 00 0平均值8 07 73 37 91 3表 2奥氏气体分析法和气体检测仪法检测甲烷标准气体比对分析数据/%检测对象标准物浓度奥氏气体分析法测氧含量绝对误差相对误差/%氧气体检测仪法测氧含量相对误差/%2 53 00 520 02 38 02 53 20 728 02 44 0甲烷标准气2 53 00 520 02 38 02 53 00 520 02 44 02 52 80 312 02 32 0平均值2 53 00 520 02 34 4从表
14、2 可知:奥氏气体分析法和可燃气体检测仪测量甲烷标准物质，可燃气体检测仪相对误差平均值4.4%，优于奥氏气体分析相对误差平均值 20%，验证可燃气体检测仪测量准确可靠。奥氏气体分析法在实践中被用于检测可燃气体，特别是动火分析中普遍应用，其允许误差范围为 0.5%(绝对值)，因此，该方法常被列为常规动火分析方法，其测量准确度有充分保证，在后续的试验中，仍然把该方法检测数据视为评定基准数据。2.3奥氏气体分析法和气体检测仪法检测尾气中氧含量结果比对在工艺调整配合下，用奥氏气体分析法和电化学气体检测仪分别测量不同工况条件下尾气中的氧含量，测量结果及比对结果见表 3。由表 3 可知:在各种可能的工况条
15、件下，氧气检测仪检测氧含量相比奥氏气体分析法测氧含量的绝对误差均小于 0.2%，满足工艺控制误差指标。但当尾气中氧含量偏低时，相对误差较大。2.4奥氏气体分析法和气体检测仪法检测尾气中氧可燃气体含量结果比对在上述 2.3 的工况条件下，用奥氏气体分析法和可燃气体检测仪分别，同时测量不同工况条件下尾气中的可燃气体含量，测量结果及比对结果见表 4。表 3奥氏气体分析法和气体检测仪法检测尾气中氧含量比对分析数据/%样品序号奥氏气体分析法测氧氧气检测仪检测氧绝对误差相对误差/%0017 87 90 11 30026 56 60 11 50035 45 60 23 7004 23 00 26 30051
16、 51 30 213 3表 4奥氏气体分析法和气体检测仪法检测尾气中可燃气体含量比对分析数据/%样品序号奥氏气体分析法测氧奥氏气体分析法测可燃气体氧气检测仪检测可燃气体可燃气体检测绝对误差0017 80 50 50 00026 50 50 40 10035 40 50 30 20043 21 51 20 30051 52 50 22 3972023 年 1 月云南化工Jan 2023第 50 卷第 1 期Yunnan Chemical TechnologyVol.50，No.1由表 4 可知:当尾气中氧体积分数大于 3%时，可燃气体检测仪检测结果相比奥氏气体分析法检测结果绝对误差均小于 0.3%，满足工艺控制误差指标。但当尾气中氧体积分数偏低时，绝对误差远远大于 0.5%的控制指标，因此，该氧含量工况下，不能使用可燃气体检测仪对尾气中可燃气体进行检测。2.5可燃气体、氧气检测仪在环境空气和尾气中连续使用寿命对比先后用两台可燃气体检测仪和两台氧气检测仪，连续测量尾气中可燃气体和氧体积分数，直至探测器出现故障报警，期间，用标准气核验检测仪测量的准确性。并采用常规环境空气中同类可燃气体检测仪
