在线分析在空分中的应用

关键词：空气分离；在线分析；分析点；配置；预处理
中图分类号：TQll6．02 文献标识码：B

空气分离中在线分析主要包含两个方面，一是对工艺稳定和生产安全的相关参数进行分析。空分设备的特点是整个工艺装置庞大，稳定性一旦破坏就需要很长时间才能恢复，所以需要将装置中的重要成分及时地提供给操作人员；二是对产品质量的监测，空分设备的产品质量对冶金企业后续的冶炼工艺直接影响，必须把好质量关。

1 空分流程中典型的分析点

空分流程中典型分析点如下：
1．出净化系统空气中二氧化碳含量；2．再生污氮中水分含量；3．增压膨胀空气中水分含量；4．液空中富氧含量；5．污氮中氧含量；6．产品氧纯度；7．产品氮中微量氧含量；8．氩馏分中氩含量；9．粗氩中氩含量；10．粗氩中氧含量；11．工艺氩中微量氧含量；12．工艺氩中微量氢含量；13．工艺氩中水分含量；14．精氩中杂质含量；15．主冷凝器氧中乙炔及碳氢化合物含量。

目前大型空分设备多数采用全精馏提氩流程，工艺氩中过量氢的分析已无需设置。

2 空分中在线分析仪器的配置

目前国内大型空分设备的分析仪以进口为主。

(1)在国内空分行业，百分比氧含量分析大多数采用ABB或SERVOMEX的磁力机械式氧分析仪。这种分析仪利用氧的顺磁性，通过磁场电流与氧气含量的线性关系来测量氧含量。特点是不需要参比气，测量精度高，分辨率和灵敏度高，稳定性强，线性输出，无需维护。

(2)微量氧分析在国内一般选用燃料电池式氧分析仪或氧化锆式氧分析仪。燃料电池式氧分析仪使用方便，产品本身无需维护，但由于其燃料电池是一种消耗品，所以对预处理系统和空分设备停车时的电池保护要求比较高；氧化锆式氧分析仪的优点是测量范围比较宽，寿命比较长，但由于其在测量特别小的氧含量时容易受到还原性气体成分的干扰而产生测量偏差，而且当氧离子从浓度高的一侧向另一侧迁移产生电势的时候容易因扩散不及时而形成梯度，从而影响测量精度。

(3)由于空分设备中净化空气的二氧化碳含量极小，所以在选择二氧化碳分析仪器时一定要选择好最小量程指标，如果仪器的最小量程指标过大，工艺中所控制的浓度就会跑到仪器灵敏范围以外，工艺参数就不能得到准确的测量。目前国内多数用户采用进口的非分光红外分析仪，该分析仪有一个光学测量池，主要包含红外光源、样气池和检测器。当测量光束通过测量气室时，样气吸收池内样品气所含的二氧化碳将吸收这一波长的红外光，透过的红外光因此而产生衰减，检测器测量出相对的红外能量，从而可得知样气中的二氧化碳含量。

(4)国内用户在选择水分分析仪器时一般会考虑价格因素而采用国产仪器，主要原因是目前流行的空分流程都采用分子筛纯化器来净化空气，所以因水分含量高而造成空分故障的可能性很小，且目前国内水分析仪产品质量与国外产品差距没有其它分析仪器那么明显，因此国产分析仪器已被国内空分用户广泛接受。

(5)空分中的氩分析以热导式分析仪比较常见，该仪器是基于不同气体导热率不同的原理来设计的，适合于分析二元气体或相当于二元气体的混合气体中的氩气、氦气、氢气等组分的百分比体积测量。

(6)国内采用的氩中微量氮分析仪大致有MODELD和K2001两种产品，前者具有明显的价格优势，且在空分行业中使用的时间比较长，已具有一定的应用经验；后者的精度好，灵敏度高，人机界面好，操作容易，维护简单，且该公司产品还可同时检测氩中的微量氢含量，但相对价格较高。

(7)考虑到空分的生产安全，大多数流程中都设置了主冷液氧中乙炔及其它碳氢化合物的在线分析，目前国内选用最多的是ABB公司的VISTA或SIEMENS公司的MAXUM工业气相色谱仪。这两种色谱仪都采用氢离子火焰(FID)检测器来测定烃类化合物。VISTA的应用时间较长，稳定性较好，操作方便；MAXUM在先进性方面见长，软件功能比较强大，但对使用及维护人员来说比较难掌握。

3 空分分析系统的预处理

空分的样品气比较干净和干燥，所以冶金企业预处理相对来说不如石化等行业那么复杂，从功能上来说大致可以分为四步：

3．1 稳压

分析仪器对进表的气体要求在一定的压力范围内，所以样品气在进表之前需要进行稳压。有的带氩流程的设备中氩的部分测点压力很低，需要用泵来增压，而内压缩流程中的高压测点则需要二次减压，压力过高时还需在取样管道上设置安全阀。

3．2 过滤

为了防止固体颗粒进入分析仪器，在预处理装置中一般都要考虑对样气进行过滤。

3．3 旁路

由于分析室离现场都比较远，而分析仪器进表的气体流量都比较小，一般采用大量旁路来实现检测的快速响应，从测量点来的样品气大多数通过旁路直接排放，促使取样管路中的样品气实时流动，使分析仪器的检测具有实时性。

3．4 稳流

根据不同分析仪器的要求，对各自的样品气的流量进行稳流，以达到仪器的分析要求。

总之，空分中在线分析也是一个完整的系统工程，在选择和使用上要多分析，多比较，多总结，才能使分析系统在生产过程中充分地发挥作用。

作者简介：敦瑞民(1954- )，男，1984任宣钢氧气车间副主任，1995年任宣钢氧气厂副厂长，工程师。

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