CN116256325B - 一种游离氯在线分析装置及分析方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供游离氯在线分析装置及分析方法，其中装置包括游离氯在线分析仪、预处理系统、机柜、标气、零点气、伴热取样管道。机柜分为相对独立的三个部分，上部腔室安装游离氯在线分析仪，下部腔室为过渡腔室，安装独立的预处理系统，中间腔室为隔离腔室。本发明可广泛应用于氯碱化工生产工艺中，可以快速准确测量游离氯值，并将实测值纳入DCS或SIS系统，在游离氯超标情况下，及时切断乙炔或氯化氢管线，在游离氯超标状态下无法与乙炔发生反应，避免发生爆炸，为安全生产提供保障。

Description

一种游离氯在线分析装置及分析方法

技术领域

本发明属于检测设备技术领域，尤其涉及一种游离氯在线分析装置及分析方法。

背景技术

在当前氯碱化工生产工艺中，由于我国富煤贫油，因此大规模采用电石乙炔法来获得聚氯乙烯(详细生产工艺描述和生产规模和分布可查文献)，在乙炔和氯化氢反应获得氯乙烯的工序中，因氯化氢中含游离氯超标导致生产事故的案例大量存在，以前由于在线测量技术不成熟，无法测量游离氯，很多上过游离氯项目的单位，最后都无法准确测量而放弃。

当前在电石氯乙烯的生产工艺中，游离氯是必须测量的一个重要指标，但是当前别的方法就没有能测量准确的，在氯化氢制取过程中，氯气和氢气燃烧后由于温度降低，会产生液滴，一是取样时有可能取到液滴，将吸附游离氯导致无法测量，二是取样后可能产生液滴，也导致无法测量游离氯。

目前的测量方法遇到的问题，一是插入管道直接测量，由于无法解决管道内的液滴对测量的干扰，导致测量失败，二是抽取测量，由于抽取到液滴，无法应对样气管道内可能产生的液滴，也会导致测量失败，三是预处理流程时间太长，无法及时分析到游离氯值。

发明内容

本发明的目的在于解决上述现有技术存在的缺陷，提供一种游离氯在线分析装置及分析方法。

本发明采用如下技术方案：

一种游离氯在线分析装置，包括游离氯在线分析仪、预处理系统、机柜、伴热取样管道。

机柜分为相对独立的三个部分，上部腔室安装游离氯在线分析仪，下部腔室为过渡腔室，安装独立的预处理系统，中间腔室为隔离腔室(气封室)。隔离腔室充入氮气将预处理系统和游离氯在线分析仪隔离，在预处理系统出现泄漏时，不腐蚀游离氯在线分析仪，保障游离氯在线分析仪的使用寿命。

伴热取样管道一端伸出机柜外，另一端安装在预处理系统内，样气进口阀一端通过取样探头连接扩大内径后的主管道上方的倒喇叭结构(预防有酸液进入取样管线，即使有酸液也可以通过倒喇叭形状流回主管线)，样气进口阀另一端通过取样管Ⅰ与安装在预处理系统内的切断阀V1一端相连，伴热取样管道包裹在取样管Ⅰ的外部，伴热取样管道对取样管Ⅰ的加热温度＝主管道温度+10℃左右，切断阀V1另一端安装取样管Ⅱ，取样管Ⅱ另一端连接过滤器F1一端，过滤器F1另一端连接取样管Ⅲ一端，取样管Ⅲ另一端连接三通阀V3一端，三通阀V3的第二端连接取样管Ⅳ一端，取样管Ⅳ第三端通过管路连接室外标气瓶。取样管Ⅳ另一端连接过滤器F2一端，过滤器F2另一端连接取样管V一端，取样管V另一端连接过滤器F3一端，过滤器F3另一端连接取样管Ⅵ一端，取样管Ⅵ另一端穿过隔离腔室，连接上部腔室内的游离氯在线分析仪。

预处理系统内安装有电伴热板。电伴热板使预处理系统的加热温度＝取样管Ⅰ温度+5℃左右。

电伴热板加热预处理，通过温控系统进行：测温元件测量出预处理系统温度，信号传送给温控单元；温控根据测量值与目标值对比，进行PID调节控制，控制电伴热板的加热，保证温度稳定在目标值附近。

游离氯在线分析仪通过电源线连接机柜外部的电源接线箱，游离氯在线分析仪通过信号线连接机柜外部的信号接线箱。游离氯在线分析仪通过取样管Ⅶ连接预处理系统内的流量计FI一端，流量计FI另一端通过取样管Ⅷ连接过渡腔室内的隔膜泵，隔膜泵(为了尽可能降低装置中出现的冷凝点，固对传热导热能力强的隔膜泵需后置处理)通过排气管Ⅰ连接机柜外的排气管道。

取样管Ⅵ与取样管Ⅶ外均包裹有伴热取样管道，使取样管Ⅵ与取样管Ⅶ内温度＝预处理系统内温度+5℃左右。

切断阀V1、过滤器F1、三通阀V3、过滤器F2、流量计FI、过滤器F3均安装在预处理系统内，保证全管路无冷凝点。

机柜外的仪表气通过仪表气管路Ⅸ连接游离氯在线分析仪，机柜外的氮气通过氮气管路Ⅹ连接游离氯在线分析仪。各腔室都安装具有正压吹扫功能，避免现场酸雾对游离氯在线分析仪的影响。隔离腔室(气封室)吹扫压力略高于上下两个腔室，并增加一个微压表。

进一步的，机柜为碳钢喷塑，机柜采用外门锁，确保门紧贴框架，保持密封良好。

进一步的，门锁链采用内藏式，减少现场环境的腐蚀。

进一步的，电源接线箱带防爆、照明、通风等功能。

进一步的，预处理系统为独立箱体，带保温层，预处理系统内安装有测温元件，测温元件、电伴热板均与温控单元相连接。

进一步的，隔膜泵采用KN2防腐防爆型，从取样点到测量出结果，要求分析时间不能超过20秒，因此设计隔膜泵进行抽取设计，不能因流量过小导致测量时间过长。

一种游离氯在线分析方法，包括如下步骤：

步骤1.安装好设备，开启调节温控单元和隔膜泵，从扩大内径后的主管道的倒喇叭型取样口取样，完成气液分离；

步骤2.分离后的样气通过取样管Ⅰ送入机柜内的预处理系统，并通过取样管Ⅰ外的电伴热取样管进行加热，伴热取样管道对取样管Ⅰ的加热温度＝主管道温度+10℃左右。

步骤3.通过预处理系统内保温处理，防止气体冷凝，并控制电伴热板加热，使预处理系统的加热温度＝取样管Ⅰ温度+5℃左右。

步骤4.通过预处理系统的3级过滤，减少固体杂质进入游离氯分析仪；

步骤5.样气在游离氯分析仪内通过紫外吸收，并结合参考信号，对样气中微量氯进行定量分析，得出氯气含量，保证内的取样管Ⅵ与取样管Ⅶ内温度＝预处理系统内温度+5℃。

本发明的有益效果：

(1)本发明很好的解决了当前游离氯测量中遇到的难题，及时准确的测量到游离氯变化，为安全生产带来准确的预判值，并将测量信号送给DCS或SIS系统，及时切断乙炔或氯化氢管线，避免发生爆炸，保障了人员与生产的安全。

(2)本发明保证了全管路无冷凝点，因游离氯含量以ppm微量存在，整个系统只要有一个冷点，就无法准确测量到游离氯，而管路上各个设备(截止阀、减压阀、过滤器、流量计、增压泵等)的散热系数完全不同，因此各设备的伴热量就完全不同，介质里由于存在气态的饱和水，当有冷点就会形成液态水，会吸收游离氯，导致无法测量。

(3)采用梯级伴热方法，管道内工艺介质温度随环境气温变化很小，但环境温度变化较大，在取样点设置喇叭型取样探头，预防有酸液进入取样管线，即使有酸液产生，亦可以顺倒置的喇叭形状流回主管线，然后分三级进行伴热，第一级为取样点至预处理箱的管线，采用沿管线电伴热，伴热温度应超出工艺主管道温度10℃，但不适宜更高，第二级为整个预处理箱，伴热温度需超过取样管路5℃，第三级为预处理箱至分析检测仪的管路，伴热温度应超过预处理箱5℃，然后进入分析仪进行实时测量。

(4)从取样点到测量出结果，要求整个分析周期时间不能超过20秒，然后分析仪因流量和压力波动可能导致测量不准确，因此用泵抽取时，要控制好流量并好计算，既不能泵流量过大导致测量不稳定，又不能因流量过小导致测量时间过长。

附图说明

图1为本发明的游离氯在线分析仪结构示意图；

图2为本发明结构原理图。

图中：1-游离氯在线分析仪、2-预处理系统、3-机柜、4-伴热取样管道、5-样气进口阀、6-倒喇叭结构、7-取样管Ⅰ、8-切断阀V1、9-取样管Ⅱ、10-过滤器F1、11-取样管Ⅲ、12-三通阀V3、14-标气瓶、15-过滤器F2、16-取样管V、17-过滤器F3、18-取样管Ⅵ、19-电伴热板、20-电源接线箱、21-信号接线箱、22-取样管Ⅶ、23-流量计FⅠ、24-取样管Ⅷ、25-隔膜泵、26-排气管Ⅰ、27-排气管道、28-测温元件、29-温控单元。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面本发明中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

如图1-2所示，本发明的游离氯在线分析装置，包括游离氯在线分析仪1、预处理系统2、机柜3、伴热取样管道4。

机柜1为碳钢喷塑，机柜分为相对独立的三个部分，上部腔室安装游离氯在线分析仪1，下部腔室为过渡腔室，安装独立的预处理系统2，中间腔室为隔离腔室(气封室)1-2，用于避免过渡腔室可能泄漏的氯化氢气体对游离氯在线分析仪1的腐蚀。

伴热取样管道4一端伸出机柜外，另一端安装在预处理系统2内，样气进口阀5一端通过取样探头连接扩大内径后的主管道上方的倒喇叭结构6(预防有酸液进入取样管线，即使有酸液也可以通过倒喇叭形状流回主管线)，样气进口阀5另一端通过取样管Ⅰ7与安装在预处理系统2内的切断阀V18一端相连，伴热取样管道4包裹在取样管Ⅰ7的外部，伴热取样管道4对取样管Ⅰ7的加热温度＝主管道温度+10℃左右，切断阀V18另一端安装取样管Ⅱ9，取样管Ⅱ9另一端连接过滤器F110一端，过滤器F110另一端连接取样管Ⅲ11一端，取样管Ⅲ11另一端连接三通阀V312一端，三通阀V312的第二端连接取样管Ⅳ13一端，取样管Ⅳ13第三端通过管路连接室外标气瓶14。取样管Ⅳ13另一端连接过滤器F215一端，过滤器F215另一端连接取样管V16一端，取样管V16另一端连接过滤器F317一端，过滤器F317另一端连接取样管Ⅵ18一端，取样管Ⅵ18另一端穿过隔离腔室，连接上部腔室内的游离氯在线分析仪1。

预处理系统2内安装有电伴热板19。电伴热板19使预处理系统2的加热温度＝取样管Ⅰ7温度+5℃左右。

游离氯在线分析仪1通过电源线连接机柜外部的电源接线箱20，游离氯在线分析仪通过信号线连接机柜外部的信号接线箱21。游离氯在线分析仪1通过取样管Ⅶ22连接预处理系统2内的流量计FI23一端，流量计FI23另一端通过取样管Ⅷ24连接过渡腔室1-2内的隔膜泵25，隔膜泵25(为了尽可能降低装置中出现的冷凝点，固对传热、导热能力强的隔膜泵25需后置处理)通过排气管Ⅰ26连接机柜外的排气管道27。

取样管Ⅵ18与取样管Ⅶ22外均包裹有伴热取样管道4，使取样管Ⅵ18与取样管Ⅶ22内温度＝预处理系统2内温度+5℃左右。

切断阀V18、过滤器F110、三通阀V312、过滤器F215、流量计FI23、过滤器F317均安装在预处理系统2内，保证全管路无冷凝点。

机柜3外的仪表通过仪表气管路连接游离氯在线分析仪1，机柜3外的氮气通过氮气管路连接游离氯在线分析仪1。各腔室都安装具有正压吹扫功能，避免现场酸雾对游离氯在线分析仪1的影响。隔离腔室(气封室)吹扫压力略高于上下两个腔室，并增加一个微压表。

机柜3采用外门锁，确保门紧贴框架，保持密封良好。

门锁链采用内藏式，减少现场环境的腐蚀。

电源接线箱20带防爆、照明、通风等功能。

预处理系统2为独立箱体，带保温层。预处理系统2内安装有电伴热板19。预处理系统2内安装有测温元件28，测温元件28、电伴热板19均与温控单元29相连接。

电伴热板加热预处理，通过温控系统进行。测温元件测量出预处理系统温度，信号传送给温控单元；温控根据测量值与目标值对比，进行PID调节控制，控制电伴热板的加热，保证温度稳定在目标值附近。

隔膜泵25采用KN2防腐防爆型。

如图2所示，一种游离氯在线分析方法，包括如下步骤：

步骤1.安装好设备，开启调节温控单元29和隔膜泵25，从扩大内径后的主管道的倒喇叭结构6取样口取样，完成气液分离；

步骤2.分离后的样气通过取样管Ⅰ7送入机柜3内的预处理系统2，并通过取样管Ⅰ7外的电伴热取样管4进行加热，伴热取样管道4对取样管Ⅰ7的加热温度＝主管道温度+10℃左右。

步骤3.通过预处理系统2内保温处理，防止气体冷凝，并控制电伴热板19加热，使预处理系统2的加热温度＝取样管Ⅰ7温度+5℃左右。

步骤4.通过预处理系统2的3级过滤，减少固体杂质进入游离氯分析仪1；

步骤5.样气在游离氯分析仪1内通过紫外吸收，并结合参考信号，对样气中微量氯进行定量分析，得出氯气含量。

1、样气通过取样探头，初步气液分离；

2、分离后的样气通过伴热保温管缆进入预处理箱；

3、预处理箱做伴热保温处理，防止气体冷凝；

4、样气通过3级过滤，确保尽量少的固体杂质进入分析仪流通池；

5、分析仪通过紫外吸收，并结合参比信号，对样气中的微量氯气进行定量分析，得出氯气含量。

实施例

如下所示表1为安装设备部件的采购型号：分析仪带正压吹扫，防爆等级为Class1,Div.2。一个光度计可装8个滤光片，可以同时测量多个成分。其多波长技术，干扰组分的影响减小到最小。哈氏合金测量池具有强的抗腐蚀性，测量池及组件恒温在120度，防止样气冷凝，降低样气温度和环境温度的影响，提高了测量精度。外置的测量池，很容易拆卸和清洗。

表1设备资料图表

机柜为碳钢喷塑，尺寸W2000*H2200*D800。机柜分为相对独立的三个部分，上部腔室安装分析仪，下部腔室为过渡腔室，安装独立的预处理系统。中间为隔离腔室(或气封室)避免预处理室有可能泄漏的氯化氢气体对分析仪器主机的腐蚀。

本装置于2018年3月9日在宜宾天原集团旗下海丰和锐有限公司PVC分厂的合成装置投用，检测到下一工段的游离氯含量。分析仪经标定投用后，游离氯分析仪测量结果非常稳定，测量值在30—35ppm之间，为安全生产保驾护航。

本发明以前由于在线测量技术不成熟，无法测量游离氯，很多上过游离氯项目的单位，最后都无法准确测量而放弃，本发明先后在宜宾天原、四川永祥、华融化工等采用全新的预处理系统，稳定及时准确的测量游离氯，并在全国实现首创将测量结果纳入SIS系统，体现了该系统的成熟与稳定。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (9)

1.一种游离氯在线分析装置，其特征在于，包括游离氯在线分析仪、预处理系统、机柜；

机柜分为相对独立的三个部分，上部腔室安装游离氯在线分析仪，下部腔室为过渡腔室，安装独立的预处理系统，中间腔室为隔离腔室；

伴热取样管道一端伸出机柜外，另一端安装在预处理系统内，样气进口阀一端通过取样探头连接扩大内径后的主管道上方的倒喇叭结构，样气进口阀另一端通过取样管Ⅰ与安装在预处理系统内的切断阀V1一端相连，伴热取样管道包裹在取样管Ⅰ的外部，伴热取样管道对取样管Ⅰ的加热温度＝主管道温度+10℃，切断阀V1另一端安装取样管Ⅱ，取样管Ⅱ另一端连接过滤器F1一端，过滤器F1另一端连接取样管Ⅲ一端，取样管Ⅲ另一端连接三通阀V3一端，三通阀V3的第二端连接取样管Ⅳ一端，取样管Ⅳ第三端通过管路连接室外标气瓶，取样管Ⅳ另一端连接过滤器F2一端，过滤器F2另一端连接取样管V一端，取样管V另一端连接过滤器F3一端，过滤器F3另一端连接取样管Ⅵ一端，取样管Ⅵ另一端穿过隔离腔室，连接上部腔室内的游离氯在线分析仪；

预处理系统内安装有电伴热板，电伴热板使预处理系统的加热温度＝取样管Ⅰ温度+10℃；

游离氯在线分析仪通过电源线连接机柜外部的电源接线箱，游离氯在线分析仪通过信号线连接机柜外部的信号接线箱，游离氯在线分析仪通过取样管Ⅶ连接预处理系统内的流量计FI一端，流量计FI另一端通过取样管Ⅷ连接过渡腔室内的隔膜泵，隔膜泵通过排气管Ⅰ连接机柜外的排气管道；

取样管Ⅵ与取样管Ⅶ外均包裹有伴热取样管道，使取样管Ⅵ与取样管Ⅶ内温度＝预处理系统内温度+5℃。

2.根据权利要求1所述的游离氯在线分析装置，其特征在于，切断阀V1、过滤器F1、三通阀V3、过滤器F2、流量计FI、过滤器F3均安装在预处理系统内。

3.根据权利要求1所述的游离氯在线分析装置，其特征在于，机柜外的仪表气通过仪表气管路连接游离氯在线分析仪，机柜外的氮气通过氮气管路连接游离氯在线分析仪，隔离腔室吹扫压力略高于上下两个腔室，并安装一个微压表。

4.根据权利要求1所述的游离氯在线分析装置，其特征在于，机柜为碳钢喷塑，机柜采用外门锁，确保门紧贴框架。

5.根据权利要求4所述的游离氯在线分析装置，其特征在于，门锁链采用内藏式。

6.根据权利要求1所述的游离氯在线分析装置，其特征在于，电源接线箱带防爆、照明、通风功能。

7.根据权利要求1所述的游离氯在线分析装置，其特征在于，预处理系统为独立箱体，带保温层，预处理系统内安装有测温元件，测温元件、电伴热板均与温控单元相连接。

8.根据权利要求1所述的游离氯在线分析装置，其特征在于，隔膜泵采用KN2防腐、防爆型。

9.一种应用权利要求1游离氯在线分析装置的在线分析方法，其特征在于，包括如下步骤：

步骤1.安装好上述装置，开启调节温控单元和隔膜泵，从扩大内径后的主管道的倒喇叭型取样口取样，完成气液分离；

步骤2.分离后的样气通过取样管Ⅰ送入机柜内的预处理系统，并通过取样管Ⅰ外的电伴热取样管进行加热，伴热取样管道对取样管Ⅰ的加热温度＝主管道温度+10℃；

步骤3.通过预处理系统内保温处理，防止气体冷凝，并控制预处理系统内电伴热板加热，使预处理系统的加热温度＝取样管Ⅰ温度+5℃；

步骤4.通过预处理系统的3级过滤，减少固体杂质进入游离氯分析仪；

步骤5.样气在游离氯分析仪内通过紫外吸收，并结合参考信号，对样气中微量氯进行定量分析，得出氯气含量，保证内的取样管Ⅵ与取样管Ⅶ内温度＝预处理系统内温度+5℃。