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1、Tail Gas Analyzer System Model 942-TGX 942-TG型 H 2 S/SO 2 比值仪 专用于克劳斯/超级克劳斯工艺 尾气分析及工艺控制 系统独有的特点 工业计算机控制器，功能强大；12显示屏显示多种参数及工艺趋势图。 CCD检测器线性好，灵敏度高，寿命优于普通的光电二级管检测器。 创新的探管预处理器设计，除硫效果好，彻底防堵。 分析仪可安装于水平或垂直工艺管道上。 Brimstone Instrumentation Ltd E-mail： Tail Gas Analyzer System Model 942-TGX 概述 942-TG 型比值分析仪是多组
2、份紫外光检测原理分析仪，它自动化程度高。可将 人工操作减至最低，一经安装、启动，仅在系统指示有问题或计划例行维护时，才 需人工服务。 942-TG 型分析仪采用的计算控制系统可自动执行所有的正常运行步骤， 包括启 动样品取样、分析，在线校准，量程选择，出错检测，进样/气室温度控制及出错自 动反吹。 操作人员可由计算机显示屏或报警继电器输出得知分析仪是否处于不正常状态 及分析仪出错情况。 942-TG 型比值仪采用二个符合 NEMA 标准的防爆箱（恒温控制机箱和电气控制 机箱） ：恒温机箱内包括：采样管路、预处理系统及检测气室，电气控制箱包括电器 及电子设备。两个机箱之间用电缆和光纤电缆连接，这
3、种连接方法消除了由于采样 和预处理系统的泄漏对控制箱内电气部件造成的腐蚀。并且极大的保证了分析仪对 操作人员的安全性，避免了维护人员在对分析仪进行维护时所面临的硫化氢人身伤 害，这对于石油化工行业安全生产具有极大的现实意义。 恒温控制机箱内包括采样系统及其相关的支持硬件，如电磁阀、分析仪检测气 室、防爆电加热器调节器等。内部符合相关防爆要求，所有加热炉内电器设备均按 防爆方式接线。 恒温控制机箱内安装有内置检测气室的蒸汽加热组件及采用仪表风或氮气抽 取样品的一体化喷射器。 恒温控制组件的温度控制在 150，使采样部分及检测气室的温度保持在硫磺 的露点以上。样品气从工艺管道之中心线由压缩空气喷射
4、器驱动经采样除硫探管被 抽入分析仪内部。 不再需要采样管线 电气控制箱包括分析仪运行必须的电气硬件，系统计算机采用Windows工业系 统进行数据采集及系统控制，检测组件包括一个 UV 氘灯及一个带有 2048 点 CCD 阵 列紫外光敏检测器的光谱计。发自紫外氘灯的紫外光通过一根光纤电缆传至检测气 室，并由另一根光缆从检测气室将紫外光传至CCD光敏检测器。 最早的克劳斯工艺生产硫磺是采用的一步反应法，即部分硫化氢在催化剂里产 生氧化反应。 由于是放热反应，为了得到更高的处理量而不使催化剂过热，在1930年克劳Tail Gas Analyzer System Model 942-TGX 斯硫磺
5、工艺由一步法改为二步法。 第一步是在反应炉里进行高温反应，第二步是在催化反应器里进行一系列低温 反应。虽然在一些特殊场合仍在采用早期的一步法Clause反应，但改进型的二步法 Clause 工艺是现代硫磺回收工厂普遍采用的工艺。这两种不同的工艺因都被称为 “Claus”工艺而被模糊了。在Claus硫磺回收工厂使用尾气比值分析仪帮助控制燃 烧空气与酸气的比值，在工业上是非常实用的。采用紫外分光原理分析工厂的尾气 成分含量并将其对应的信号输出。此信号与所需燃烧空气百分比的变化成正比，它 为主要反应物硫化氢（H 2 S）及二氧化硫（SO 2 ）提供了化学计算浓度。当工艺为最佳 状态时，并得到了硫化氢
6、和二氧化硫化学计算浓度。反馈信息通常称为： “空气需求 量” 。当为空气需求量为零时，助燃空气不需变化。简化的空气需求计算方程为： 注意在 Rop=2 而不考虑工厂特定增益因子时，硫化氢和二氧化硫的化学计算浓 度为H 2 S:SO 2 =2；空气需求信号为零。当特定工艺需要考虑工厂特定增益因子时，空 气需求单位变为“工艺空气中需求百分比变化” ，即如果计算的空气需求的 1.5%， 表明工艺中有 1.5%的过量空气。为得到 Clause 硫磺工厂的最佳性能。空气需求应 保持在零附近。 仅对硫化氢和二氧化硫的独立分析，仅得到精确的检测结果是不够的。由于硫 磺工厂废气或尾气中同样包含其他的硫磺组分，
7、如COS，CS 2 及SV（硫蒸汽）等。这 些组分虽然作为输出信号没有必要， 但他们的存在会干扰硫化氢和二氧化硫的分析。 所以必须对它们测量，并将其测量值用于修正。由于 942-TG 型比值分析仪具有多 组分分析能力，以此可以进行相应的修正并得到精确的检测结果。 反馈控制的目的是纠正前馈系统的不完善。如果前馈系统加了过多的空气，反 馈回路必须减去相应量的空气，将空气需求拉回零点，反之亦然。 常规的硫磺回收单元模式 Claus 尾气比值分析仪是一种多组分紫外光谱分析仪。具有多原子，非单元气 体在紫外光谱范围内吸收辐射的优点。 首先，仪器是一个信号传输系统，使Claus硫磺回收工艺在最佳状态，由硫
8、化 氢里生产出硫磺。其次，今天的 Claus 工艺扮演着非常重要的角色，从而满足环保 的要求，减少Claus工厂二氧化硫排放量，提高空气质量。 Tail Gas Analyzer System Model 942-TGX 在Claus 工厂的前端，原料气（称为酸气）与预置量的燃烧空气一齐送入反应 炉，并且被氧化。燃烧空气加入量的控制可以使得进入该工艺主要反应物维持在正 确的比值上，而将所有含硫成分完全反应并生成单质硫磺。通常比值由前馈控制系 统调节空气流量率，给酸气中的硫化氢提供正确的需氧量。由于反应炉中的副反应 及原料气中的氧耗降低了前馈控制系统的效率，所以许多 Claus 工厂都有一个反馈
9、 控制回路用以修正前馈控制系统。 942-TG型分析仪就像一只变送器，专门用于反馈控制回路，目的是修正前馈控 制系统的不足之处。 最好的尾气采样点是在最后一节硫磺凝结器之后，在那儿反应已经全部完成。 分析仪测量硫化氢及二氧化硫的浓度，并计算出“空气需求”输出信号。如果前馈 系统加风过多，反馈回路就减去适当的空气量，将“空气需求”信号修正至零处。 反之亦然。 如果产生反应的过程为： H 2 S-2SO 2 =0 则Claus工厂的效率为最高。 “空气需求”为零=燃烧空气误差为零。 克劳斯工厂用旁路提供微调。 采样系统 分析仪采用紧密连接的方法，将样气检测气室安装在工艺尾气采样点处。考虑 到样气传
10、输的因素，将采样系统的长度降至最低，分析仪的响应时间也可达到最佳 状态。少量的样气被抽入气室，紫外光检测器把不同组分的浓度分析出来。所测量 的尾气样品是由一特殊的，尺寸定制的采样探头从工艺管道中心将样品取出的。工 艺样气在气室被检测后（与仪表风混合）被排放回工艺管道。采样探头同心腔室的 设计方法，使得尾气样气的送入和排出可在工艺管道的一个采样点上完成。 Tail Gas Analyzer System Model 942-TGX 采样探管采用独特的结构，降低了样气气流中硫蒸汽（SV）的露点。引入探管 的仪表风冷却管对进入的样气产生一个冷却面。附着在冷却面上的液态硫磺因自重 掉入工艺管道。流出探
11、管的样气（进入温控检测气室）温度被进样温度传感器连续 监测，并在分析仪前面板的显示器中显示出来。进样温度值的控制对系统故障排除 非常有用。降低进入分析仪的硫蒸汽含量可提高灵敏度，并将硫磺附着的问题减至 最少。蒸汽伴热采样探管为标准配置。 采样系统和系统简化流程图 由压缩空气喷射器抽入的样气经 60过滤器后进入检测气室。由 UV 光源发射 并经光纤电缆传输的宽频紫外光对气室中已知波长的气体进行照射并进行光谱分 析。喷射器与测量气室连为一体，采用仪表风（或其他惰性气体）为驱动气体。分 析仪只有在正常检测状态（非报错）状态时，才使使用电磁阀将喷射器的驱动气接 通。 将高压仪表风从测量气室入口送入，达
12、到分析仪自动校零目的。零点气对从采 样探管至样气排放的整个采样系统进行吹扫。在检测气室里没有相应吸收介质时检 测道德的数据，即完成了分析仪的校零过程。对于采样系统而言，回零和反吹过程 的作用是相同的。分析仪在标准的停电状态时，采样系统处于“反吹”或“回零” 模式。 系统提供了将采样系统部分与工艺蒸汽隔开的阀门。该部件安装在恒温组件里 的连管上，在工厂检修或工艺改动时。可用蒸汽对采样探管及进样系统进行反吹。 温度控制组件内部所有与样品气接触的部件，其温度均高于样品气露点温度。 样气检测气室及采样探管安装于同一结构件上。此结构直接与蒸汽加热的采样短管 相连。大量的热量由蒸汽加热器产生。电加热器则用
13、于测量气室温度的辅助加热， 以达到更精确温度控制目的。 Tail Gas Analyzer System Model 942-TGX 尾气分析系统-942TG型 Tail Gas Analyzer System Model 942-TGX 分析方法CCD阵列检测器和数据采集控制系统 我们的尾气分析仪采用全息紫外滤光器件，使得紫外光的调制在样品吸收的范 围 200-400nm 内达到最佳效果。与全息光栅相连的为一体的 CCD 检测系统的光敏精 度达到了 0.6nm，满足了高灵敏度和高分辨率的要求。同时也可以将暗电流及散射 光引起的噪声则减到最小程度。为了达到这一最终目的，分析仪采用了由2048个
14、元 件组成的 CCD 阵列检测器。紫外光源灯采用高稳定辐射，宽辐射频带的氘灯。光源 由一根光缆传入到气室的一端，并由另一根光缆从测量气室传出至检测器。 这种方法，提供了精确的组分分析及更多的组分分析能力。避免了常规紫外分 析仪固有的分辨率低，检测器中元件少，检测效果受含硫成分交叉影响因素大的弊 病。 检测器中由2048个元件组成的CCD(电荷耦合器)阵列构成。它对紫外光敏感。 其中每一个象素可作为一个光敏元件。CCD 检测器成为一个集成测量部件。光子撞 击在一个象素上就转变成一个电荷。在放电给出读数之前，固定时间内象素上的电Tail Gas Analyzer System Model 942-
15、TGX 荷是累计的。 在预置的时间间隔内，从每一个象素上可以读得电荷的电平，然后象素就处于 中性状态。在给定的时间间隔内，这个周期不断连续重复。以达到检测目的 每间隔一秒，分析仪的系统计算机会从光检测器读取最新的扫描数据。相对应 的测得的象素数据代表了观察到的强度，称为“扫描阵列” 。 分析仪数据采集模块的工作，受系统计算机的控制，它将来自光敏器件、温度 传感器的模拟信号转变为数字信号。将相关的紫外灯光源、光表、气室加热器及电 磁阀等控制信号变为数字输出；也提供了系统状态继电器及隔离的电流或电压输出 信号。 系统操作控制平面工业计算机 如前所述，分析仪系统的运行由系统采集模块进行控制。系统计算
16、机提供相应 的监控、计算及用户接口。系统计算机是面板安装的防爆工业计算机，运行 Microsoft Windows。National Instruments Lab View及Lab View 由Brimstone 公 司提供。计算机由硬盘驱动、软盘驱动、12.1平面彩色显示器，800600（SGVA） 构成。通过与计算机一体化的63个薄膜按键、标志功能键及安装在面板上的鼠标， 进行操作，使用非常方便。计算机前面板密封良好，符合 NEMA4/4/12 标准。系统计算机显示分析仪控制参数及其状态，运行状态信息及指示器状态、数字 及空气需求，硫化氢和二氧化硫图形显示，及SIGMAS或COS 的数字显示。Sigma S 为硫化氢与二氧化硫之和。计算机功能键及面板上的鼠标，可用作分析控制参数， 诊断，维护功能及操作开关。
