水煤氣站防爆氧在線分析監(jiān)測系統(tǒng)，煤氣在線氧含量監(jiān)測
（西安聚能 郭堃186 295 24689 /
水煤氣憑借其方便的制造原理，簡單的生產(chǎn)設(shè)備，良好的燃燒特性，在石油價格飛漲的今天，已成為企業(yè)的首選。在水煤氣制造和儲存過程中，安全問題是重中之重。本文結(jié)合自身實際的維護(hù)經(jīng)驗，詳細(xì)介紹了水煤氣生產(chǎn)、儲存過程中，以保障系統(tǒng)安全運行為目的的防爆氧分析系統(tǒng)的應(yīng)用。
將水蒸氣通過熾熱的煤層，便可制得較潔凈的水煤氣，其主要成分是CO和H2，燃燒后排放H2O和CO2，有微量HC和NOX。燃燒速度是汽油的7.5倍，抗爆性好，據(jù)國外研究和專利的報導(dǎo)，壓縮比可達(dá)12.5。熱效率提高20%~40%、功率提高15%、燃耗降低30%，尾氣凈化近歐IV標(biāo)準(zhǔn)，還可用微量的鉑催化劑凈化。比醇、醚簡化制造和減少設(shè)備，成本和投資更低。壓縮或液化與氫氣相近，但不用脫除CO。
水煤氣工藝流程
實際生產(chǎn)中，水煤氣的設(shè)備主要有以下三大部分：水煤氣發(fā)生爐、電除塵器、水煤氣柜。煤炭通過煤氣發(fā)生爐，被轉(zhuǎn)化成水煤氣，其中含有大量的粉塵，需經(jīng)電除塵器將粉塵出去，成為潔凈的水煤氣，后進(jìn)入儲氣倉儲存。
造氣爐主要利用蒸汽與焦炭反應(yīng)生成水煤氣供后續(xù)工段使用。水蒸氣是利用從水汽車間輸送過來的低壓蒸汽，經(jīng)過調(diào)節(jié)閥調(diào)節(jié)之后，進(jìn)入造氣爐。造氣用焦炭，是通過煤焦倉、輸送皮帶、皮帶秤等進(jìn)入造氣爐與蒸汽進(jìn)行反應(yīng)。整個造氣程序包括以下幾步：吹風(fēng)、蒸汽吹凈、上吹、下吹、二次上吹、空氣吹凈。
吹風(fēng)階段：提升整個系統(tǒng)的溫度。由鼓風(fēng)機(jī)送來的空氣從造氣爐底部進(jìn)入炭層，并發(fā)生反應(yīng)。吹風(fēng)氣從頂部出來，經(jīng)過除塵器進(jìn)入燃燒室并將熱能儲存在耐火材料中。當(dāng)燃燒室溫度達(dá)到550℃左右時，加入二次風(fēng)，使吹風(fēng)氣中的一氧化碳與氧氣反應(yīng)生成二氧化碳，并放出大量的熱，熱能儲存在耐火材料中，然后，吹風(fēng)氣除塵器除塵、降溫后排放。
蒸汽吹凈階段：用煤氣趕走存在設(shè)備中的吹風(fēng)氣，保障下一階段制出水煤氣的質(zhì)量。低壓蒸汽從造氣爐底部進(jìn)入，之后經(jīng)過燃燒室、集塵器、廢熱鍋爐、除塵器后經(jīng)煙囪放空。
上吹制氣階段：制造水煤氣。低壓蒸汽從造氣爐底部向上吹入，反應(yīng)后生成的水煤氣經(jīng)過集塵器、燃燒室、廢鍋、洗氣箱進(jìn)入煤氣總管。
下吹制氣階段：低壓蒸汽從造氣爐頂部向下吹入，反應(yīng)后生成的水煤氣經(jīng)過集塵器、燃燒室、廢鍋、洗氣箱進(jìn)入煤氣總管。
二次上吹階段：將殘存在爐底的水煤氣吹到上部，為空氣的進(jìn)入創(chuàng)造條件，確保生產(chǎn)的安全。
空氣吹凈階段：回收殘存在造氣爐頂部及系統(tǒng)、管線內(nèi)的水煤氣。
水煤氣站防爆氧分析的作用
由水煤氣生產(chǎn)的工藝流程可知，電除塵是必要的處理過程。由發(fā)生爐出口流出的煤氣，夾帶著大量的粉塵，在傳輸、使用水煤氣時，這些粉塵將直接影響后級設(shè)備的維護(hù)量和預(yù)計的燃燒效果。因此，在工藝中，利用靜電吸附原理來除去水煤氣中的粉塵，將有效的提高設(shè)備的工作效率。
由水煤氣的發(fā)生原理可知，其主要成分為CO和H2，靜電除塵過程中可能會有電火花產(chǎn)生，根據(jù)可燃?xì)怏w爆炸條件可知，水煤氣通過電除塵時，如果有O2聚集，那么，在電除塵火花能量足夠時，將會引爆水煤氣。因此，在靜電除塵前或后級對水煤氣中氧含量進(jìn)行分析是尤為重要的，直接關(guān)系到工藝的安全。
防爆氧分析系統(tǒng)簡介
我廠現(xiàn)有防爆氧分析系統(tǒng)是1997年安裝投運，至今已運行10余年。系統(tǒng)主要部件為德國M&C分析儀器有限公司預(yù)處理產(chǎn)品。系統(tǒng)機(jī)柜為國內(nèi)集成的正壓通風(fēng)式防爆方式，滿足現(xiàn)場EEx d IIC T5安全要求。分析系統(tǒng)基本組成包括：樣品取樣器、樣品預(yù)處理系統(tǒng)、磁力機(jī)械式氧分析儀、校準(zhǔn)設(shè)備、正壓通風(fēng)機(jī)柜。
主要工作流程如下：管道中的水煤氣經(jīng)專用取樣器取出，取樣器中裝有2μm過濾芯，這樣，水煤氣就可以先經(jīng)過過濾再進(jìn)入后面的樣品預(yù)處理系統(tǒng)。經(jīng)過蒸汽伴熱管線傳輸，目的是為了保證水煤氣中水蒸氣不會凝結(jié)出水。最終到達(dá)預(yù)處理系統(tǒng)。樣氣首先由半導(dǎo)體冷卻器進(jìn)行氣體冷卻、除水，將樣品露點降至5℃，再次經(jīng)過顆粒過濾器過濾后。樣品最后經(jīng)流量調(diào)節(jié)，使其保持在20~60L/h。樣氣成為無塵、流量穩(wěn)定的氣體，進(jìn)入分析儀器，測定樣氣中氧氣的濃度，并將測量結(jié)果以4~20mA輸出。
應(yīng)用重點及解決問題
通過對系統(tǒng)多年的維護(hù)，總結(jié)如下問題：
正壓通風(fēng)式防爆形式，每次打開機(jī)柜時需關(guān)閉正壓通風(fēng)報警器，使維護(hù)工作過程復(fù)雜；
由于工藝的特點和不穩(wěn)定因素，水煤氣中含水量不定，導(dǎo)致半導(dǎo)體式除濕器不能滿足使用要求；
2μm的過濾精度不能完全過濾掉全部粉塵。
針對現(xiàn)有設(shè)備的不足和現(xiàn)有的工業(yè)產(chǎn)品先進(jìn)技術(shù)，將系統(tǒng)做如下升級。
主要工作流程概述：待分水煤氣經(jīng)加熱取樣器從管道內(nèi)取出，通過取樣器內(nèi)部的2μm過濾器過濾。取樣器帶有反吹掃功能，保證取樣器內(nèi)部的過濾器在長時間使用時，不被粉塵堵塞。水煤氣通過取樣器后，經(jīng)過電伴熱管線傳輸，最終到達(dá)分析預(yù)處理系統(tǒng)。升級后的預(yù)處理系統(tǒng)不再采用正壓通風(fēng)式防爆方式，而是將包括分析儀表在內(nèi)的所有部件均采用符合水煤氣生產(chǎn)區(qū)域的EEx d IIC T5防爆區(qū)域要求。進(jìn)入預(yù)處理系統(tǒng)后，水煤氣首先由專用洗瓶清洗樣氣中的粉塵及可吸附組分（不包含氧氣）；后送入壓縮機(jī)式冷卻器進(jìn)行氣體冷卻除水，將樣品露點降至5℃，后經(jīng)過氣溶膠過濾器及顆粒過濾器過濾后，經(jīng)過流量調(diào)節(jié)，使其保持在20~60L/h。水煤氣成為無塵、流量穩(wěn)定的樣氣，進(jìn)入磁力機(jī)械式氧分析儀器，測定樣氣中氧氣的濃度，并將測量結(jié)果以4~20mA輸出。當(dāng)超過設(shè)定報警濃度后，系統(tǒng)將發(fā)出信號報警。
分析流程及主要設(shè)備要求：
預(yù)處理系統(tǒng)：主要作用是通過氣體洗瓶、過濾器、阻液器、防爆壓縮機(jī)制冷除濕器、防爆排液蠕動泵等部件，將含水、含焦油、含粉塵的水煤氣處理成無油無水無塵的符合分析儀表要求的樣氣。升級后的過濾精度可達(dá)0.01μm。
磁力機(jī)械式氧分析儀是利用氧氣的順磁性原理，通過機(jī)械位置變化來檢測樣氣中氧含量的儀表。順磁性樣分析儀是直接測量式儀表，在測量中，不受被測樣氣導(dǎo)熱性變化和密度變化影響，在0~100%范圍內(nèi)線性刻度。靈敏度高，可用于微量氧（O2‰級）的測量。采用隔爆方式，安全性高。
總結(jié)
我國是煤炭消耗大國，合理利用煤炭資源是未來發(fā)展方向。水煤氣的生產(chǎn)工藝也將會得到提高，利用現(xiàn)有的先進(jìn)工業(yè)技術(shù)來改善和提高原有分析系統(tǒng)的穩(wěn)定性和性能，既能使維護(hù)工作簡單化，同時也提高了系統(tǒng)的安全性。使得從生產(chǎn)到檢測，全面的提高工藝的技術(shù)含量，從而提高系統(tǒng)安全性。
