在大型煤制合成氨裝置中，以煙煤為原料的生產(chǎn)過程會副產(chǎn)大量含硫化氫的廢氣。一套500 kt/a規(guī)模的裝置，每小時約產(chǎn)生4~6噸硫化氫。基于硫化氫的物化特性及其環(huán)境危害，對其排放有嚴(yán)格限制，通常需將其送入回收裝置進(jìn)行資源化利用。與此同時，石油化工烷基化裝置也會產(chǎn)生大量以硫酸為主的廢酸。為實現(xiàn)節(jié)能減排與資源高效利用，以硫化氫和烷基化廢酸為原料的裂解工藝得到廣泛應(yīng)用。

該類裂解裝置利用合成氨廢氣中硫化氫高溫燃燒所釋放的熱量，對烷基化廢酸進(jìn)行裂解。在裂解爐內(nèi)，硫化氫與廢酸在高溫下分解為二氧化硫、水等組分，后經(jīng)凈化系統(tǒng)脫除水分、稀酸及重金屬沉淀物，得到純凈的二氧化硫，進(jìn)而作為硫酸生產(chǎn)的原料。裂解爐反應(yīng)溫度高達(dá)1060℃，反應(yīng)介質(zhì)中包含水、二氧化硫、三氧化硫及金屬顆粒等，導(dǎo)致溫度與氧含量的準(zhǔn)確檢測面臨較大挑戰(zhàn)，尤其是氧含量的測量。

目前，國內(nèi)外在此類裂解爐氧含量檢測中主要采用以下兩種技術(shù)路線：

直插式測量（原位測量）

將檢測元件直接安裝于裂解爐出口管道，該處溫度可達(dá)1100℃。該方法響應(yīng)迅速、測量準(zhǔn)確，但須應(yīng)對高溫及介質(zhì)中重金屬對元件的毒化影響。取樣部件與測量元件需采用特種合金或陶瓷等耐高溫材料，氧化鋯氧量分析儀是此類測量的典型代表。

抽取式測量

通過取樣系統(tǒng)將爐內(nèi)反應(yīng)氣體引出，經(jīng)除塵、降溫、除濕等預(yù)處理后送入氧分析儀。該方式可使分析儀器避開高溫惡劣環(huán)境，延長使用壽命并降低故障率；但其取樣與預(yù)處理流程復(fù)雜，易發(fā)生腐蝕、堵塞及空氣泄漏，導(dǎo)致響應(yīng)滯后、精度下降，且維護(hù)工作量較大。常見儀器包括磁氧及電化學(xué)式氧分析儀。

此外，裂解爐氧含量測量元件也常受高溫沖擊與腐蝕影響。因此，合理選型與正確安裝氧含量檢測儀表，對裂解爐的穩(wěn)定控制尤為關(guān)鍵。

在以烷基化廢酸和合成氨廢氣為原料制取二氧化硫并生產(chǎn)硫酸的工藝中，必須精確控制裂解爐反應(yīng)溫度與氧含量。不恰當(dāng)?shù)姆磻?yīng)條件會導(dǎo)致三氧化硫和還原硫含量升高，二氧化硫產(chǎn)率下降，并引發(fā)后續(xù)凈化系統(tǒng)堵塞等問題。選用合適的溫度與氧含量測量儀表，結(jié)合科學(xué)的安裝與維護(hù)策略，有助于保障硫化氫及廢酸回收裝置的長周期穩(wěn)定運行，降低非計劃停車風(fēng)險，進(jìn)而支持上游合成氨裝置的連續(xù)生產(chǎn)，實現(xiàn)全流程優(yōu)化，提升安全性與資源綜合利用水平。

在山東某公司硫化氫擴(kuò)能改造項目中，根據(jù)技術(shù)要求，我們針對氧含量檢測進(jìn)行了專項設(shè)計。選用了適應(yīng)高溫與腐蝕環(huán)境，采用國外進(jìn)口芯片及傳感器的氧化鋯氧量分析儀，并在工藝管道上合理布置測點，輔以有效的防護(hù)措施，確保測量數(shù)據(jù)準(zhǔn)確可靠。DCS復(fù)雜調(diào)節(jié)系統(tǒng)通過合理的參數(shù)設(shè)置與控制邏輯，實現(xiàn)了燃燒空氣與硫化氫流量的精確配比控制，有效抑制了不合格反應(yīng)物的生成。

為準(zhǔn)確測量裂解爐出口氧含量，本項目采用直插式氧化鋯分析儀，在出口管道合適位置設(shè)置三套氧化鋯氧量分析儀，構(gòu)成熱備冗余，并于DCS中實現(xiàn)“三取二”聯(lián)鎖邏輯。

在DCS組態(tài)中，對空氣與硫化氫流量測量實施溫壓補(bǔ)償，提高數(shù)據(jù)準(zhǔn)確性?？諝馀c硫化氫調(diào)節(jié)閥均選用氣動高性能控制閥，配備智能電氣閥門定位器，確保調(diào)節(jié)系統(tǒng)響應(yīng)迅速、控制可靠。

技術(shù)特點：

直插式測量滿足工藝參數(shù)監(jiān)測需求，助力裝置在設(shè)計工況下高效穩(wěn)定運行。

溫度與氧含量測量精度符合要求，系統(tǒng)可靠性不低于99.9％。

空氣/硫化氫流量比例控制系統(tǒng)運行平穩(wěn)，保障回收裝置長周期運轉(zhuǎn)。

后續(xù)凈化系統(tǒng)中三氧化硫與還原硫含量顯著下降，二氧化硫體積分?jǐn)?shù)提高，系統(tǒng)堵塞頻率降低。

測量技術(shù)可靠，單點儀表檢修不影響生產(chǎn)連續(xù)性，很大限度減少對合成氨及硫酸系統(tǒng)的干擾。

氧化鋯傳感器具備良好的耐腐蝕、抗硫中毒、耐磨損與抗熱震性能，適用于高硫、高水分工況。

結(jié)構(gòu)設(shè)計便于維護(hù)，關(guān)鍵元件如鋯管、熱電偶等可在現(xiàn)場快速更換，無需拆卸整支探頭。

本底電勢穩(wěn)定，無需周期標(biāo)定，實現(xiàn)免維護(hù)運行。

目前，國內(nèi)硫磺制酸裝置常因氧含量測量不準(zhǔn)，導(dǎo)致焚硫爐配風(fēng)控制粗放，多數(shù)裝置采取過量供風(fēng)方式，造成風(fēng)機(jī)負(fù)荷與電耗上升。調(diào)研顯示，山東省內(nèi)多套硫磺制酸裝置仍普遍采用抽取式測量，難以實現(xiàn)精準(zhǔn)控制，制約了裝置能效提升。而采用直插式測量技術(shù)后，實測氧體積分?jǐn)?shù)控制精度顯著提高，系統(tǒng)可靠性超過99.9%，燃燒配比更穩(wěn)定，二氧化硫產(chǎn)率提升約11.5%，后續(xù)轉(zhuǎn)化吸收系統(tǒng)的堵塞與腐蝕情況也得到明顯改善。