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一文读懂如何正确选择气体预处理系统各个部件

浏览次数: 发布日期:2020-04-07 14:27

列管式冷凝器,搅拌式反应釜,列管式换热器

 

? 什么是减压式气体取样探头?

列管式冷凝器列管式换热器)、搅拌式反应釜专业生产厂家无锡天骥化工设备2020年4月7日讯  减压式气体取样探头是将减压阀和取样管组合成一体,将样品减压后再取出的一种探头,国外将其称为GPR(Genie Probe Regulator)探头,可译为Genie探头式减压器或Genie减压调节探头,由美国A+企业开发生产。这种探头多用于天然气管道取样,可在14MPaG(2000psiG)压力下工作,其优点是可以防止天然气凝析液进入分析仪,也可用于其他易液化气体或中高压气体样品的取样。该探头下端装有热翼片,其作用是当样品减压膨胀湿度降低时,可通过翼片吸热从气流的热质中得到补偿。

 

 

? 气体分析系统对样品传输的基本要求有哪些?

(1)       传输滞后时间不得超过60s,这就要求气体分析仪至取样点的距离尽可能短,传输系统的距离尽可能小,样品流速尽可能快(1.53.5m/s之间为宜,故选择大功率的真空抽气泵作为增压设备)

(2)       如果在气体分析仪允许通过的流量下,时间滞后60s,则应采用快速回路系统(如真空抽气泵抽气量是6L/ min,但是分析仪只需要500ml/min,多余的样气全部排掉)。

(3)       气体传输管线最好是笔直地到达气体分析仪,只有最少数转角。

(4)       没有死的支路和死的体积。

(5)       对含有冷凝液的气体样品,传输管线应保持一定坡度向下倾斜,最低点应靠近气体分析仪并设有冷凝液收集罐。倾斜坡度一般为1:12,对于黏滞冷凝液可增至1:5

(6)       防止相变,即在传输过程中,气体样品完全保持为气态,液体样品完全保持为液态。

(7)       样品管线应避免通过极端的湿度变化区, 它会引起样品条件无控制的变化。

(8)       样品传输系统不得有泄漏,避免样品外泄或环境空气侵入。

 

 

? 样品气体处理系统的作用是什么?它有什么重要性?

样品处理系统的作用是保证气体分析仪在最短的滞后时间内得到有代表性的工艺样品,样品的状态(湿度、压力、流量和清洁程度)适合气体分析仪所需的操作条件。

在线气体分析仪能否用好,往往不在气体分析仪自身,而是取决于样品系统的完善程度和可靠性。因为,气体分析仪无论如何复杂和精确,分析精度也要受到样品的代表性,实时性和物理状态的限制。事实上,样品系统使用中遇到的问题往往比气体分析仪还要多,样品系统的维护量也往往超过气体分析仪本身。所以, 要重视样品系统的作用,至少要把它放在和分析仪等同的位置上来考虑。

 

 

? 对气体样品系统的基本要求有哪些?

(1)       使气体分析仪得到的样品与工艺管线或设备中物料的组成和含量一致。

(2)       工艺样品的消耗量最少。

(3)       易于操作和维护。

(4)       能长期可靠工作。

(5)       系统构成尽可能简单。

(6)       采用快速回路以减少样品传送滞后时间。

 

 

? 取样点的位置如何选择?

在工艺管线上选择气体分析仪的取样点位置时,应遵循下述原则,最佳位置可能是以下各点中某几点的权衡:

(1).   取样点应仅位于能反映工艺流体性质和组成变化的灵敏点上;

(2).   取样点应仅次于对过程控制最适宜的位置,以避免不必要的工艺滞后;

(3).   取样点应仅次于可用工艺压差构成快速循环回路的位置;

(4).   取样点应选择在样品温度、压力、清洁度、干燥度和其他条件尽可能接近气体分析仪要求的位置,以便使样品处理部件的数目减至最小(越多部件出问题的隐患越多);

(5).   取样点位置应易于从扶梯或固定平台接近;

(6).   在线分析仪和实验室分析取样点应分开设置。

一般认为,在大多数气体和液体管线中,从产生良好混合的湍流位置上取样,可保证样品真正具有代表性。因为气体或流体混合物除非有湍流存在是不容易达到完全混合的,取样点可选在一个或多个90º弯头之后,紧接最后一个弯头的顺流位置上,或选在节流元件下游一个相对平静的位置上(不要紧靠节流元件)

尽可能避免以下情况。

(1)       不要在一个相当长而直的管道下游取样。因为这个位置流体的流动往往呈层流状态,管道横截面上的浓度梯度会导致样品组成的非代表性。

(2)       避免在可能存在污染的位置或可能积存有气体、蒸汽、液态烃、水、灰尘和污物的死体积处取样。

 

 

? 对于清洁样品、含尘气样、脏污液样、各应采用何种探头取样?

对于清洁样品或含尘量不大(<10mg/m3)气体样品,采用直通式(敞开式)取样探头,探头切口呈45º角,背向流体流动方向。

含尘量较高(>10mg/ m3)的气体样品, 可采用过滤式探头取样,过滤器装在探管头部(工艺管道内)的称为内置过滤器式探头,装在探管尾部(工艺管道外)的称为外置过滤器式探头。

对于乙烯裂解气、催化裂化再生烟气、硫磺回收尾气、煤或重油汽化气、尿素酸性气等复杂条件样品的取样,应采用特殊设计的专用取样装置。

 

 

? 取样探头的长度应如何确定?

探头的长度主要取决于插入长度,为了保证取出样品的代表性,SINZEN新泽仪器推荐插入长度至少等于管道内径的1/3

 

 

? 气体取样探头应从什么方位插入工艺管道?

   气体取样探头的插入方位应作如下考虑:

1.水平管道  气体取样,探头应从管道顶部插入,以避开可能存在的凝液或液滴,探头应从管道侧壁插入,以避开管道上部可能存在的蒸气,以及管道底部可能存在的残渣和沉淀物。

2.垂直管道  从管道侧壁插入。

 

 

? 在线气体分析仪表和样品处理系统中使用的Tube管有哪些类型和规格?

常用的Tube管按材质分,主要有316不锈钢和304不锈钢;按成型工艺分,有无缝钢管(先热轧后冷拔而成)和焊接钢管(用带钢焊接而成)两种; 按其外径和壁厚尺寸采用的计量单位制有英寸制Tube管米制Tube管两种。

 

 

? 在线气体分析仪表和样品处理系统中使用的管接头有哪些类型?

答:管接头的类型繁多,但可归纳为以下几个大类。

1. 中间接头(Union)  用于Tube管和Tube管之间的连接,或者说两边均采用卡套连接的接头,主要有以下几种:直通中间接头(Union);三通中间接头(Union Tee);四通中间接头(Union Cross);弯通中间接头{Union Elbow(90º和45º弯通两种)};穿板接头(Bulkhead Union)

2. 异径接头(Reducing Union)  用于不同管径Tube管之间的连接,俗称大小头,也是一种中间接头。

3. 终端接头(Connector)  用于Tube管和分析仪、样品处理部件(过滤器、减压阀、流量计、样品泵等)之间的连接。这种接头,一边采用卡套和Tube管连接,一边采用螺纹和分析仪及样品处理部件连接,是Tube管终端处的连接件,所以称为终端接头。主要有以下几种:直通终端接头(Connector);三通终端接头(Connector Tee);弯通终端接头{Connector Elbow (90º和45º弯通两种)};穿板接头(Bulkhead Connector)

4 压力表接头(Gauge Connector)  用于Tube管和压力表之间的连接,也是一种终端接头。主要有直通(Gauge Connector)和三通(Gauge Connector Tee)两种。

5 其他如短管接头(Adapter)、管堵头(Flug)、管帽(Cap)等,不再赘述。

 

 

? 什么是取样管路伴热?什么是隔热?

伴热(heattracing)   利用蒸汽伴热管、电伴热带对样品管线加热来补充样品在传输过程中损失的热量,以维持样品湿度在某一范围内。

隔热(thermal insulation) 为了减少样品在传输过程中向周围环境散热,或从周围环境中吸热,而在样品管线外表面采取的包覆措施。或者说,为保证样品在传输过程中免受周围环境温度影响而采取的隔离措施。

 

 

? 样品传输管线为什么要进行伴热或隔热保温?哪些样品需要伴热或隔热保温传输?

在石油化工装置中,样品传输管线往往需要伴热或隔热保温,以保证样品相态和组成不因温度变化而改变。样品传输过程中一个明显的温度变化来源是天气的变化, 我国处于大陆性季风带,冬夏极端温度之差往往高达60℃以上。此外,还必须考虑直接太阳辐射的加热效应,在夏季阳光曝晒下,样品管线表面温度有时可达8090℃。因此,在样品传输设计中必须考虑环境温度变化对样品粗态和组成的影响。

气样中含有易冷凝的组分,应伴热保温在其露以上;液样中含有易气化的组分,应隔热保温在其蒸发温度以下或保持压力在其蒸气压以上。微量分析样品(特别是微量水、微量氧)必须伴热输送,因为管壁的吸附效应随温度降低而增强,解吸效应则呈相反趋势。易凝析、结晶的样品也必须伴热传输。总之,应根据样品条件和组成,根据环境温度的变化情况,合理选择保温方式,确定保温温度。

 

 

? 蒸汽伴热有何公有优缺点?

采用低压蒸汽伴热的优点:温度高,热量大,可迅速加热样品并使样品保持在较高温度。其缺点如下:

1        .蒸汽伴热系统因蒸汽管径偏细,气压不能太高和存在立管高度的变化,有效伴热长度受到很大的限制,以致样品管线较长或重负荷伴热时,不得不采用分段伴热的做法。根据国外资料,蒸汽伴热的最大有效伴热长度为100ft(30.48m),因此,对于60m长的样品管线,一般要分两段伴热。

2        .蒸汽压力的波动会导致温度的较大幅度变化,供气不足甚至短时中断也时有发生,难以达到样品管线伴热温度均衡、稳定的要求。

3        .样品管线采用蒸汽伴热时,对伴热温度进行控制是非常困难的,或者说是不可控的(对样品处理箱可采用温控阀控温)

 

 

? 与蒸汽伴热方式相比,电伴热有何优越性?

目前国内石化企业大多使用蒸汽伴热方式,主要原因是可以利用厂内原已存在的蒸汽锅炉,但其伴热效能及日后运转中的维修和水泵都远不如采用电伴热经济。另外,供汽管网和回水管路的材料、保温安装及日后维护费用、蒸汽用水的费用也是相当可观的。与蒸汽伴热相比,电伴热还具有以下优点。

1            电伴热是比较简单的伴热系统,不像蒸汽伴热那样需要复杂的供汽管网和回水管路,所需的供配电设施可与其他电气线路共用。

2            电伴热的热损失范围和运行、维护费用仅限于伴热管线上。

3            电伴热是极易控制的伴热系统,其温度控制可以十分精确,这是蒸汽伴热无法达到的。

4            无噪声、无污染,蒸汽伴热有“跑、冒、滴、漏”现象,电伴热则没有。

5            电伴热带的使用寿命可达25年甚至更长,这一点是蒸汽伴热很难达到的。

6            安装、使用、维护方便。

很多发达国家已在工业领域普遍采用电伴热技术,目前国内新建的大型石化项目,仪表系统的伴热不少已采用电伴热。但需注意电伴热温度范围通常低于200℃,蒸汽伴热范围可达到450℃,有些样品的汽化、传输仍需采用蒸汽伴热方式。

 

 

? 样品处理的基本任务和功能是什么?

答:分析仪通常需要不含干扰组分的清洁、非腐蚀性的样品,在正常情况下,样品必须是在限定的温度、压力和流量范围之内。样品处理的基本任务和功能可归纳如下:

 流量调节,包括快速回路和分析回路;

 压力调节,包括降压、抽吸和稳压;

 温度调节,包括降温和保温;

 除尘;

 除水除湿和气液分离;

 去除有害物,包括对气体分析仪有危害的组分和影响分析的干扰组分。

 

 

? 样品处理系统常用的流量调节部件有哪些?

答:(1)球阀(Ball Valvees)阀芯呈球形,用于切断或接通样品流路。样品处理系统中大量使用的是二通球阀(2WayBall Valves)和三通(3WayBall Valves)球阀,根据驱动方式,二通、三通球阀又可分为手动、气动、电动几种。此外,有时还少量使用四通、五通、六通、七通球阀。

2)旋塞阀(Plug Balves)阀芯呈圆柱形,其作用同二通球阀。

3)单向阀(Check Valaes)又称止逆阀、止回阀,只允许样品单向流动,而不能逆向流动。

4)针阀(Needle Valves)阀芯呈圆锥形,用于微调样品流量和压力。

5)稳流阀 用于稳定样品流量和压力。

6)限流阀、限流孔板 限制样品流量不超过某一允许值,起安全保护作用。

7)浮子流量计(Flowmeter)又称转子流量计,用于指示样品流量。其锥形圆管材料有玻璃和金属两种,浮子材料有不锈钢、铜、铝、塑料等几种。样品系统中多使用带针阀的浮子流量计,既可指示流量,也可调节流量。有时也使用带低流量报警的浮子流量量,当样品流量低于规定值时发出报警号,以免分析仪发出错误的流量信号。

 

 

? 气体多路取样流路切换系统

   在多流路分析中,需要多流路切换系统。一台多流路分析仪和数台单流路分析仪相比,可节约很多资金。但多流路分析系统有更大的故障率和维护量。当分析仪出现故障停运时,所有流路的分析中断和信息损失。样品之间可能出现串气现象,分析间隔周期较长。

流路切换系统常见故障是阀件泄漏、样品置换不干净、流路样品之间掺混。

流路切换系统常采用以下两种方式

1.切断和放泄系统

     采用两个三通阀的双通双阻塞系统,构成如图。

列管式冷凝器,搅拌式反应釜,列管式换热器

图中NO3流路被选择。NO1和NO2流路的样品被双阀隔断,双阀之间死体积中滞留的样品或由于阀门偶尔泄漏流入的少量样品经旁通管路排入火炬系统,不会对NO3流路造成污染。

2.反向洗涤系统。

  采用被选择流路的样品反吹洗涤其他流路的系统,构成和原理如图所示。

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图中NO3流路被选择。NO1和NO2流路和标准气流路的样品被气动二通阀截断。NO3流路的样品在流向分析仪的同时,还反向吹洗NO1和NO2流路和标准气流路,将上述流路启动出发前滞留的样品或由于阀门偶尔泄漏流入的少量样品吹出,经旁通管路排入火炬系统,因而不会对NO3流路造成污染。

 

? 气体样品处理后排放的原则

样品排放要求不应对环境带来危险或造成污染。

气体样品的排放方式有:

1.排火炬或返回工艺管线。

这对于易燃、有毒或腐蚀性气体是最安全最经济的处理方法。

样品返回点的压力应低于排放压力,以维持一定的排放压差。

而且返回点不应有压力波动,否则影响分析值得稳定性和准确性。

如果样品中有易冷凝的组分,排放管线应伴热保温,并在适当位置加凝液阀以排除冷凝物。防止凝液堵塞和背压形成。

多台仪表的集中排放,应保证总管有足够的容积,总管口径应是分析仪排气管的6倍以上。总管水平敷设时,应有1:100—1:10的斜度,以利于排放,且排气管应从总管上部垂直接入,避免排放口被总管内积液或杂质瘀堵。还可以用排气收集罐取代排气总管,每台分析仪的排气管线分别接入罐中。

 

2.排大气。

直接排放。对环境无危害的清洁、无毒、不易燃气体可直接排大气。有些以大气压力为参照点的分析仪(如红外、气相色谱仪的柱系统和检测器出口等),也需要直接排入大气。排放时,可在分析小屋顶部伸出一根垂直管子,管子未端应装有防护罩或180?弯头,防止雨水侵入并将风的影响减至最低限度。如果含有冷凝物,则加一个低点排放。

稀释排放。即设置稀释排放系统,用压缩空气和氮气在一个足够容积的稀释罐中稀释至LEL以下,通入放空烟窗(高于6米)排空。

  对于以大气压力为参照点的分析仪,应注意大气压变化对分析仪示值误差的影响。因为气候变化会引起大气压的变化,尤其是下雨时,这个变化不能忽视。必要时可加装绝对压力调节阀。

   

? 液体样品的排放

液体样品的排放方式及应注意的问题;

1.返回工艺管线  

液体样品一般是直接返回工艺流程,特别是具有产品、中间产品或原料价值时。液体样品一般需要泵送以提供传动压力。

2.就地排放

如果样品不能返回工艺,少量的、不含易燃、有毒、腐蚀性成分的液体样品可排入化学排水沟或污水沟送处理厂处理,如含有上述成分则需经过处理后才能排放。但是,决不能排入地表水排水沟里。

需注意的一点是:如果液样中含有易挥发的可燃性组分、或混有可燃性气体成分时,必须将其脱除后才可以排放。

 

 

? 特殊样品的取样和处理系统

  特殊样品是指那些取样点工艺条件苛刻、样品组成复杂、采样一般的处理方法难以奏效的样品。例如:乙烯裂解气取样和样品预处理系统。

   目前,我厂乙烯裂解气取样采用的是PY-GAS 美国Fluid Date )的产品。它基于回流取样的原理,在世界范围内广泛采用,我国乙烯裂解装置也大多选用该产品。  PY-GAS的结构如图所示:

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该装置由过滤逆流部件、列管式冷凝器列管式换热器、渦旋置冷观和温度控制器四个部分组成。

工作过程如下:

1. 高温、高含水、高油尘样品先经过过滤段除去一部分液态油滴。

2.渦旋制冷管产生0—30℃的制冷气源,经列管式冷凝器列管式换热器换热冷却样品,使绝大多数的水分和重的烃类冷凝为液体,顺样品管流下,冲洗过滤逆流部件后,返回工艺管道。

3.冷却后的样品用测温元件测量,温度控制器根据测温信号调节压缩空气出口压力(即调节冷气流量),以保持设定制冷温度,并控制样品出口阀门,使达到要求的样品送出,再经简单的处理,过滤吸附掉残留的水分和夹带的油雾后送气体分析仪或色谱仪进行测量。

    SINZEN新泽仪器有限企业在焦炉煤气或者煤气炉煤气测量氧含量的时候使用这种类型的取样探头获得了不错的效果。

常见问题和注意事项:

裂解气的取样点是在急冷器出口管道上,样品中含有大量急冷油,此点的主要问题是除油,不需要用除焦阀除焦。因此,对PY-GAS之后的油气分离,还要重视,加强巡检维护,及时发现并采取相应措施,避免带油样气进入色谱柱造成危害。

从PY-GAS之后到气体分析仪之间的样品传输管线应采用∮10MM的不锈钢管,并应采取伴热保温措施。

 

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