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化工企業(yè)乙炔和氯乙烯中使用激光氧含量分析儀的方案和技術(shù)優(yōu)勢
在河北省，某氯堿企業(yè)使用電石法生產(chǎn)聚氯乙烯樹脂，生產(chǎn)過程中，在單體車間、乙炔車間、聚合車間中，很多工序的生產(chǎn)過程會存在氯乙烯、乙炔等易燃易爆的氣體，如果氧氣混入乙炔或氯乙烯中的含量過高就會形成爆炸性的混合氣體，可能會引起安全事故，需要嚴(yán)格控制這些氣體中的氧氣濃度，保證生產(chǎn)安全。所以，我們要實時在線監(jiān)測乙炔、氯乙烯中的氧氣濃度并進(jìn)行控制，解決可能出現(xiàn)的安全隱患。
該氯堿企業(yè)在樹脂廠區(qū)聚合車間的部分工序中使用過在線順磁氧分析儀，在正常生產(chǎn)中，在線順磁氧分析儀使用效果還可以，能夠監(jiān)測出氯乙烯介質(zhì)中的氧氣濃度。但是在線順磁氧分析儀的傳感器對被測介質(zhì)的要求高，要求被測介質(zhì)中不能混入水分，否則就會損壞傳感器，導(dǎo)致傳感器進(jìn)水損壞，造成很大的損失或維修不了，成本也不斷提高。為了解決上述問題，該企業(yè)通過考察同行其他公司的情況，并經(jīng)過其他企業(yè)介紹，決定購買激光氧含量分析儀系統(tǒng)。
生產(chǎn)系統(tǒng)要監(jiān)測介質(zhì)中氧氣濃度的點有乙炔車間清凈工序的乙炔、單體車間氯乙烯壓縮和氯乙烯氣柜連通管線的氯乙烯、精餾變壓吸附工序的氯乙烯、聚合車間回收氯乙烯系統(tǒng)和氯乙烯氣柜連接管線的氯乙烯等。根據(jù)工藝點的現(xiàn)場情況來看，采用旁路式激光氧含量分析儀比較合適，在生產(chǎn)系統(tǒng)的被測介質(zhì)主管道引出取樣管，由取樣管將被測介質(zhì)導(dǎo)入到樣品預(yù)處理系統(tǒng)和激光氧分析儀，整套分析系統(tǒng)安裝在獨立的機柜里面。由于被測介質(zhì)具有易燃易爆、有毒有害的特點，不能直接排放到大氣，分析之后的樣氣返回至原管道，這些部位的樣氣采集處和樣氣返回處是在同一管道上下游鄰近的不同位置。旁路式激光氧分析儀系統(tǒng)日常維護(hù)方便，定期標(biāo)定時只需要關(guān)閉取樣管的閥門就可以了，既方便檢修和標(biāo)定，而且對正常生產(chǎn)沒有影響。
可調(diào)諧半導(dǎo)體激光光譜吸收技術(shù)TDLAS本質(zhì)上是一種光譜吸收技術(shù)，通過分析激光被氣體分子的選擇性吸收來獲得氣體的濃度。它與傳統(tǒng)紅外光譜吸收技術(shù)的不同之處在于，半導(dǎo)體激光光譜寬度遠(yuǎn)小于氣體吸收譜線的展寬，如上圖。因此，半導(dǎo)體激光吸收光譜技術(shù)是一種高分辨率的光譜吸收技術(shù)。系統(tǒng)采用特定波長的激光束穿過被測氣體，激光強度的衰減與氣體的濃度滿足朗伯.比爾定理，因此可以通過檢測激光強度的衰減信息分析獲得被測氣體的濃度。采用半導(dǎo)體激光吸收光譜技術(shù)的激光氣體分析儀可從原理上抗背景氣體的干擾，測量結(jié)果可靠性高。
就拿生產(chǎn)系統(tǒng)的樣氣中氧含量測量倆說，半導(dǎo)體激光發(fā)射器發(fā)出一特定頻率的激光，該頻率的激光只能由氧分子吸收，在透過含有氧氣的氯乙烯氣體時，該特定頻率的激光會發(fā)生相應(yīng)強度的衰減，衰減程度和氯乙烯中的氧氣含量存在數(shù)學(xué)關(guān)系，檢測出該衰減程度可以計算出氯乙烯中的氧氣含量。
樣氣預(yù)處理系統(tǒng)：被測樣品氣體進(jìn)入激光氧含量分析儀系統(tǒng)的測量管之前，要經(jīng)過預(yù)處理系統(tǒng)除去其中影響測量準(zhǔn)確度的水氣和各類雜質(zhì)，并且要定期對激光發(fā)射、測量系統(tǒng)和測量管進(jìn)行清理，維護(hù)和保養(yǎng)。
實際應(yīng)用：氯乙烯和乙炔屬于易燃易爆物質(zhì)，生產(chǎn)系統(tǒng)中的氧氣含量需要控制在2%以下，所以，需要在可能會出現(xiàn)氧氣進(jìn)入生產(chǎn)系統(tǒng)的位置定時監(jiān)測內(nèi)部的氧氣濃度，及時發(fā)現(xiàn)異常，盡早處理防止出現(xiàn)生產(chǎn)安全事故。
單體車間精餾工序變壓吸附真空泵的進(jìn)口管道是負(fù)壓工況，在管道出現(xiàn)漏點時很容易造成空氣進(jìn)入管道內(nèi)部，導(dǎo)致進(jìn)入乙炔氣柜的乙炔中氧氣含量過高，致使整個生產(chǎn)系統(tǒng)的氧氣含量增加。因此，需要在變壓吸附抽空進(jìn)一期和二期乙炔氣柜管道上各配備一臺激光在線氧含量分析儀系統(tǒng)。
單體車間和氯乙烯氣柜連接的氯乙烯管道導(dǎo)淋產(chǎn)生的廢水全部收集到氯乙烯氣柜廢水收集罐，該罐和氯乙烯氣柜系統(tǒng)相連接，導(dǎo)淋廢水回收泵是隔膜泵，在隔膜泵泄漏時很容易造成氧氣進(jìn)入氯乙烯氣柜系統(tǒng)，致使生產(chǎn)系統(tǒng)氧氣濃度異常，所以，在氣柜廢水收集罐上配備一臺激光在線氧含量分析儀系統(tǒng)。
聚合車間有三套氯乙烯回收冷卻裝置、三套溢流堰汽提塔、一套廢水汽提裝置，這七套裝置在運行過程中都會產(chǎn)生部分氯乙烯氣體排放回收至氯乙烯氣柜。氯乙烯回收系統(tǒng)在聚合釜進(jìn)行置換操作中，部分管段和設(shè)備有負(fù)壓的工況，溢流堰汽提塔正常工作時也是負(fù)壓工況，塔頂壓力長期保持負(fù)壓狀態(tài)。廢水汽提裝置收集的氣柜溢流水是敞口模式，會導(dǎo)致氧氣進(jìn)入生產(chǎn)系統(tǒng)中。在上述這些位置都很容易造成空氣進(jìn)入生產(chǎn)系統(tǒng)，導(dǎo)致氯乙烯氣柜系統(tǒng)氧氣含量增加，嚴(yán)重時可能會引發(fā)生產(chǎn)安全事故。所以，在這些位置需要配備四臺激光在線氧含量分析儀系統(tǒng)。
激光氧含量分析儀系統(tǒng)不受背景氣體影響，能夠測量高溫、強腐蝕性的氣體，平時只需要定期簡單維護(hù)就可以了。核心部件不易損壞，儀表使用壽命很長，響應(yīng)速度快，測量精確度高。相比于其他原理的氧含量分析儀，激光氧含量分析系統(tǒng)具有更好的性能表現(xiàn)，到目前為止，激光在線氣體分析儀系統(tǒng)在行業(yè)中的使用效果非常好。
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