用氯含氢分析仪在线监测氯气总管中的含氢量

氯气和氢气是电解食盐水生产烧碱过程中必然产生的产品。氢气是极易燃烧的气体,氯气是氧化性很强的有毒气体,一旦两种气体混合极易发生爆炸。当氯气中含氢量处于爆炸范围之内时,则随时可能在光照或受热情况下发生爆炸。在氯碱行业中，因氯气总管中氢含量增高而发生爆炸的事故并不鲜见。造成氢气和氯气混合的原因主要是:阳极室内盐水液面过低;电解槽氢气出口堵塞,引起阴极室压力升高;电解槽的隔膜吸附质量差;石棉绒质量不好;在安装电解槽时碰坏隔膜，造成隔膜局部脱落:送电前注入的盐水量过大而将隔膜冲坏等。这些情况都可能引起氯气中含氢量增高,达到爆炸极限时便易发生爆炸,产生严重的后果。氢气在氯气中的爆炸范围(体积分数)为 55%~89%。因此，氯气安.全规程(GB 11984 - 89)规定,氯气总管中含氢的体积分数应 s04%。所以为确保电解过程的安.全，必须严格控制氯气总管中的合氢量开车初始阶段氯气总管中的含氢量最容易达到爆炸极限,所以，些企业为了严密监测开车阶段氯气总管中的含氢量,每间隔 2mn甚至更短的时间就取样分析 ,动用大量的人力物力。对于氯气总管中氢含量的分析方法，目前广泛采用的是奥氏分析法，其检测手段较落后，既不准确而且由于取样时有氯气泄漏,对操作人员的人身安.全又有危害 ;另一种常用的分析方法是色谱分析，其操作复杂,维护麻烦,且费用较高,每半年更换 1次色谱柱，且分析结果远远滞后,不能实时监测。因此,寻找快捷、准确、安.全的分析手段来分析氯气总管中的氯气含量一直是氯碱行业的重要课题。由于氯含氢分析仪测量准确,校验简单、方便、安.全,基本上无维护费用,且使用寿命长,完.全可以满足氯气总管中合氢量分析的需要。基于上述原因,南宁化工股份有限公司(以下简称“南宁化工”)在国内率先采用了 Hitech公司的 KK650氯含氢分析仪,用于在线监测隔膜法烧碱装置的氯气总管氯气纯度、含氢量这两个指标。
氯含氢分析仪的组成及其工作原理

氯合氢分析仪由取样系统、样气处理系统、传感器系统和控制显示系统等模块组成,其原理简图见图 1。

氯合氢分析仪的工作原理

如图 1所示,经取样系统取样后,样气进入样气处理系统，除去颗粒杂质、盐及水分,通过传感器系统(由两个热导检测器构成,在两个检测器间有 1个反应炉)检测样气的热导系数，然后通过反应炉使氢气完.全反应。反应后的气体通过第 2个检测器。根据这两个检测器所测热导系数的差得出样气中氢气的含量。数据经过控制 示表显示出来图 2是氯含氢分析仪原理图。

2氯含氢分析仪用于氯中含氢量在线监测21在氯气总管使用氯合氢分仪的先决条件在氯气总管使用氯含氢分析仪必须首先解决的3个问题如下。
取样
一般氯气总管处于微负压,因此样气不会自动进入氯含氢分析仪,需要借助泵。考虑到要稳定运行和尽量减少维护工作，一般采用水流泵或者气流泵。本例根据现场情况采用气流泵从氯气总管抽吸样气进入氯合氢分析仪。采用气流泵的好处(可以方便地得到真空;2由于没有运动部件,免除日常维护工作。
安装地点
氯含氢分析仪应该尽可能安装在取样点附近因为一般氯气总管的压力为微负压样气通过气流泵抽到反应炉。如果氯含氢分析仪到取样点的距离太远,增加了分析仪到取样点的压力降,需要增大抽吸真空度。同时如果取样点的距离太远，导致取样管道增长,管道中的栏气从氯气总管到达氯合氢分析仪的时间增加，从而造成分析数据滞后时间长因此,取样管道应尽量短。
样气干燥
如果样气中含水，当样气通过反应炉时 ，水会与少量氯气反应生成氧气和氯化氢,在第 2个检测传感器里出现的氧会使氢气的读数偏低。同时,湿氯气对金属具有很强的腐蚀能力,而干氯气对金属的腐蚀能力相对弱了很多。基于以上原因,必须把样气干燥到露点为 - 10C以下。从氯气总管取得的样气通常为湿氯气,含水量很大,体积分数约为20%.在进入氯含氯分析仪前必须经过干燥。分析仪成套提供了 2级干燥。首先通过滤水器除去样气中的液态水,然后通过干燥的氮气除去样气中的气态水。这2级干燥都通过膜技术来完成。
安装调试
在通入样气前详细检查所有的管路连接。氯气是剧毒、强腐蚀性气体，必须确保没有泄漏,尤其要确保所有的连接件已充分紧固，并且确认易碎的反应炉管没有损坏。在仪表初始化后.显示表将指示其等待反应炉温度达到其工作温度的过程。到达正常工作温度(725 C)后,分析仪将自动进入正常检测模式。把样气流量控制在 100300 mL/min之间，进入正常检测模式后,按如下顺序执行校验过程:(1用空气进行零点校验;@用氢气体积分数为2%的空气校验氢气量程:用体积分数为 100%的氯气或组分已知的工艺样气校验氯气量程，执行校验过程中，必须确保样气管路中的其他气体全部由正在校验的标准气体取代,否则将出现误差。校验氯气量程的更便捷的方式是使用工艺样气,当然，前提是通过另外形式的、可靠的分析方法,确切知道样气组分的含量。
运行中出现的问题
过器排水不畅
在投入运行两天时间后,发现分析仪的读数出现问题:读得氯气体积分数在5%以下气含量读数为负数，明显与实际情况不相符。经过分析可能是样气管路堵塞造成的。检查分析仪器后发现是过滤器中的氯水不能排放出来,整个过滤器的膜过滤器件全部泡在氯水中,样气无法通过。主要原因是过滤器排水管道内径小(为 4mm)集水器容积小(10 mL)最关键的问题是没有平衡管导致水不能排放到集水器中。针对这些问题,在集水器与过滤器之间增加平衡管,同时更换大容积的集水器该问题得以解决。集水器的容积可以依据集水器集中非水周期的需要来确定。根据实际测量,过滤器每天排水约 40mL如果选择 2500mL的集水器则可以满足 30天的集水需要。集水器的容积太小,排水周期短,排水次数增加;容积太大增加了取样系统内样气的数量,造成分析数据滞后,分析时间延长。

氢气读数偏低
在解决过滤器排水不畅之后又出现了氢气体积分数接近 0的读数与实际情况有较大误差。分析其原因可能是在解决过滤器排水问题中增加的集水器的材质是透明的玻璃,由于氢气和氯气是光感气本在经过透明的玻璃集水器过程中氯气和氯气在光照条件下已经发生了反应,所以导致出现氢气体积分数接近 0的读数。解决该问题的措施是采用标色玻璃瓶集水器，同时使用黑色布罩住集水器确保样气通过的管路是完.全避光的。经过改进后.该问题圆满解决。
干燥器堵塞
在运行约 15天后发现样气流量接近零，同时显示表的读数异常.经过检查后,判定是干燥器堵塞。拆下干燥器后,发现干燥膜变形.本来是圆管的干燥膜全部被压扁.局部还出现打福现象。在用钟水进行清洗后，将干燥膜内部通入氮气外部泡入纯水中约 10 h.之后干燥膜的形状恢复为圆管形状分析干燥膜变形的原因是处于干燥膜外部的干燥用氮气压力太大,达到 3MPa(表压,下同)同时干噪膜内部抽真空，在外压内吸的情况下发生变形解决问题的根本是降低处于干燥膜外部的干燥用氮气压力。经过分析,干燥用氮气压力不需要太大,只要保证其流量是样气流量的 5倍以上即可千是将干燥用氮气由原来与气流泵串联改为并联方式可分别调节干燥用氮气与气流泵用氮气。经过改造后,样气流量同样在150mL/mi的情况下气流泵的氮气压力由原来的 03MPa降低为 0075 MPa。而进入干燥器的氮气压力保持在001MPa以下即可维持干燥用氮气的流量在3L/min

使用小结
氯含氢分析仪在南宁化工的应用是成功的。由于该仪器应用到氯气总管上在线测量氯气纯度和氯中含氢量在国内是第 1次,在使用过程中出现了一些小问题。经过对集水瓶和氮气管路等环节进行改进后,解决了排水不畅、氢气读数偏低以及干燥器堵塞的问题.完.全满足了安.全生产的需要。改进后的仪器运行更加稳定可靠。图 3是改造后的氯合氢分析仪原理图

结语

氯含气分析仪实现了氯气纯度及氯中含氢量的在线分析,全自动取样,无需人工,减少了泄漏的可能，对操作人员非常安.全;传感器不受样气和环境压力波动的影响，运行稳定;并且响应快速,直接显示读数,还可以与 DCS系统连接，对操作和读数人员无特殊要求。在维护方面,仅需 1~2次 /a的仪器校验,校验方法简单操作方便。分析结果与化学分析法相比,差距很小。

总之,在氯气总管上应用 KK650氯含氢分析仪对氯气纯度及氯中氢合量的在线监测可以便捷、安.全地得到氯气纯度及氯含氢数据,实现了在线监测氯气总管氯气的纯度、氯中氢合量,达到了氯气质量监测和安.全监测的双重目的。