余熱回收裝置高溫硫酸分析儀常見故障分析及解決辦法
一、概述
余熱回收技術(shù)已成為硫酸裝置的標(biāo)準配置工藝。隨著余熱回收裝置在硫酸裝置中的廣泛應(yīng)用，近年來，我國已發(fā)生多起因余熱回收裝置內(nèi)部水、汽泄漏或其他內(nèi)部泄漏事件，這些事故導(dǎo)致了重大的經(jīng)濟損失。由于高溫硫酸分析儀的故障，使得生產(chǎn)操作中難以及時發(fā)現(xiàn)裝置異常，進而引發(fā)余熱回收裝置的嚴重腐蝕問題，最終導(dǎo)致余熱回收裝置或硫酸裝置長時間停產(chǎn)甚至設(shè)備損壞。
因此，運行過程中的酸濃度直接關(guān)系到余熱回收裝置的安全性。然而，常規(guī)的接觸式或外夾式酸濃度分析儀在當(dāng)前的工況條件下，無法滿足對溫度的特殊要求。鑒于這一挑戰(zhàn)，我們不得不選擇非接觸式電導(dǎo)率傳感器來測量硫酸的濃度。
非接觸式電導(dǎo)率傳感器的工作原理巧妙地采用了兩個線圈：一個作為信號的發(fā)送器，另一個則擔(dān)任信號的接收器。當(dāng)給發(fā)送器線圈通電時，會在硫酸中產(chǎn)生感應(yīng)電流，這一感應(yīng)電流的大小與硫酸的電導(dǎo)率呈正比關(guān)系。隨后，接收器線圈負責(zé)檢測這一電流的大小，并將檢測到的信號傳遞給變送器，由變送器進一步計算出相應(yīng)的電導(dǎo)率值，最終根據(jù)電導(dǎo)率來推算出硫酸的濃度。
考慮到高溫硫酸具有極強的腐蝕性和絕緣材料在高溫下的不耐受性，這兩個線圈并不直接接觸硫酸。為了實現(xiàn)測量，我們采用了創(chuàng)新的設(shè)計：將傳感器兩端的連接法蘭通過導(dǎo)線聯(lián)通，從而形成一個導(dǎo)電回路。這樣，即便在不直接接觸硫酸的情況下，也能準確測量其濃度。傳感器結(jié)構(gòu)如圖1所示。
圖1 傳感器結(jié)構(gòu)及功能示意圖
二、故障原因分析及解決方法
1.絕緣螺栓品質(zhì)過低導(dǎo)致的酸濃測量失敗
原因分析：
在使用過程中，務(wù)必確保傳感器法蘭與兩端的安裝法蘭保持絕緣狀態(tài)。若非接觸式電導(dǎo)率傳感器的法蘭連接處發(fā)生泄漏，將直接導(dǎo)致螺栓的絕緣性能失效，進而使導(dǎo)線、外法蘭、傳感器法蘭及介質(zhì)流通管構(gòu)成一個電阻極低的回路。此情況下，測得的電導(dǎo)率將異常偏高，引發(fā)傳感器失真問題。
目前，現(xiàn)場傳感器安裝所采用的絕緣螺栓，其絕緣材料主要使用四氟或紙類。然而，四氟在高溫環(huán)境下易軟化，可能導(dǎo)致法蘭連接緊固性下降；而紙作為絕緣材料，則可能因螺栓扭力、水及酸霧腐蝕等因素而損壞，兩者均可能引發(fā)法蘭漏酸，進而削弱傳感器的絕緣效果，對現(xiàn)場安全構(gòu)成潛在威脅，并導(dǎo)致傳感器測量結(jié)果失真。如圖2所示。
圖2 漏酸引起的傳感器失真及現(xiàn)場安全隱患
解決方法：
導(dǎo)致傳感器法蘭位置漏酸問題的根源在于絕緣螺栓受到高溫變形、硫酸侵蝕、雨水軟化以及螺栓扭力變形等多重因素影響。為有效解決傳感器硫酸泄漏的難題，需采用能夠克服上述問題的絕緣組件。
推薦采用禮正來科技自主研發(fā)的LJ80絕緣組件，該組件專為禮正來AS118型號及進口產(chǎn)品222型號的非接觸式電導(dǎo)率傳感器設(shè)計，可在-40～260℃的廣泛溫度范圍內(nèi)穩(wěn)定工作。其核心優(yōu)勢在于采用了具備卓越絕緣性、抗腐蝕性和抗扭力的工程塑料作為絕緣墊，確保了組件的耐用性和可靠性。同時，緊固螺栓選用了304不銹鋼材質(zhì)，并在表面噴涂了PTFE防腐材料，進一步增強了組件的抗腐蝕能力，有效抵御稀硫酸的侵蝕和雨水的導(dǎo)電影響。
通過這樣的設(shè)計，LJ80絕緣組件能夠保障硫酸濃度分析儀在長時間使用過程中不出現(xiàn)硫酸泄漏的情況，從而避免分析故障的發(fā)生，并確保了整個裝置的安全穩(wěn)定運行。使用效果如圖3所示。
圖3 絕緣組件使用后效果
2.酸濃數(shù)據(jù)波動過大
原因分析：
一級循環(huán)硫酸是稀釋器后的硫酸（酸溫180～190℃、壓力0.1～0.2MPa、流量800～1000m3/h、濃度99.05%～99.15%），稀釋器為了實現(xiàn)快速把水與硫酸混合均勻，采用壓縮空氣霧化水增強擾動的技術(shù)，導(dǎo)致稀釋器出口的一級循環(huán)酸存在大量的空氣（含量約為硫酸量5%～8%）。由于空氣的存在，其本身不導(dǎo)電，且不與測量介質(zhì)互溶，這就會使得傳感器測得實際電導(dǎo)率偏低（酸濃偏高），同時空氣氣泡大小不一，就會引起傳感器失真（導(dǎo)致一級循環(huán)酸濃度測量值與實際偏差大且波動），因此，非接觸式電導(dǎo)率傳感器不適用于測量含有空氣介質(zhì)的硫酸。如圖4所示，含有空氣的測量數(shù)據(jù)會出現(xiàn)顯著波動，導(dǎo)致該測量結(jié)果無法滿足裝置安全聯(lián)鎖及加水自動控制的需求。
圖4 酸濃波動畫面
解決辦法：
根據(jù)一級循環(huán)硫酸的物理和工藝特性，造成酸濃度波動過大的核心原因是空氣氣泡的存在。為此，禮正來科技自主研發(fā)了一種穩(wěn)態(tài)氣液分離器，該設(shè)備能夠徹底將一級循環(huán)酸中的空氣完全分離，從而有效消除空氣對電導(dǎo)率傳感器的負面影響。
此穩(wěn)態(tài)氣液分離器集成了兩級高效氣液分離裝置、虹吸平衡裝置及其他必要附件。當(dāng)高溫濃硫酸進入氣液分離器后，首先經(jīng)過一級氣液分離處理，隨后進入二級氣液分離階段。值得注意的是，二級氣液分離裝置特別設(shè)計了熱電阻的安裝插套，以滿足電導(dǎo)率傳感器對溫度測量的需求。隨后，處理后的硫酸進入電導(dǎo)率傳感器的安裝管線，并最終回流至HRS循環(huán)槽。
此外，氣液分離器頂部還配備了虹吸平衡裝置，該裝置利用減小管徑的原理，成功降低了排酸口負壓對前級分離裝置和電導(dǎo)率測量裝置的潛在影響。同時，氣液分離器內(nèi)部還設(shè)置了隔熱板和散熱孔裝置，這些設(shè)計有效減少了高溫硫酸散發(fā)的熱量對傳感器性能的影響。
安裝穩(wěn)態(tài)氣液分離器后，酸濃度監(jiān)測結(jié)果如圖5所示。
（a）
（b）
圖5 安裝高溫酸濃儀穩(wěn)態(tài)氣液分離器后酸濃結(jié)果
