氧化鋯氧量分析儀在裂解爐氧含量檢測中的應用

在大型煤制合成氨裝置中，以煙煤為原料的生產過程會副產大量含硫化氫的廢氣。一套500 kt/a規模的裝置，每小時約產生4~6噸硫化氫。基于硫化氫的物化特性及其環境危害，對其排放有嚴格限制，通常需將其送入回收裝置進行資源化利用。與此同時，石油化工烷基化裝置也會產生大量以硫酸為主的廢酸。為實現節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用。

氧化鋯氧量分析儀

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，對烷基化廢酸進行裂解。在裂解爐內，硫化氫與廢酸在高溫下分解為二氧化硫、水等組分，后經凈化系統脫除水分、稀酸及重金屬沉淀物，得到純凈的二氧化硫，進而作為硫酸生產的原料。裂解爐反應溫度高達1060℃，反應介質中包含水、二氧化硫、三氧化硫及金屬顆粒等，導致溫度與氧含量的準確檢測面臨較大挑戰，尤其是氧含量的測量。

目前，國內外在此類裂解爐氧含量檢測中主要采用以下兩種技術路線：

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1100℃。該方法響應迅速、測量準確，但須應對高溫及介質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

通過取樣系統將爐內反應氣體引出，經除塵、降溫、除濕等預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境，延長使用壽命并降低故障率；但其取樣與預處理流程復雜，易發生腐蝕、堵塞及空氣泄漏，導致響應滯后、精度下降，且維護工作量較大。常見儀器包括磁氧及電化學式氧分析儀。

氧化鋯氧量分析儀

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，對裂解爐的穩定控制尤為關鍵。

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硫酸的工藝中，必須精確控制裂解爐反應溫度與氧含量。不恰當的反應條件會導致三氧化硫和還原硫含量升高，二氧化硫產率下降，并引發后續凈化系統堵塞等問題。選用合適的溫度與氧含量測量儀表，結合科學的安裝與維護策略，有助于保障硫化氫及廢酸回收裝置的長周期穩定運行，降低非計劃停車風險，進而支持上游合成氨裝置的連續生產，實現全流程優化，提升安全性與資源綜合利用水平。

在山東某公司硫化氫擴能改造項目中，根據技術要求，我們針對氧含量檢測進行了專項設計。選用了適應高溫與腐蝕環境，采用國外進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，輔以有效的防護措施，確保測量數據準確可靠。DCS復雜調節系統通過合理的參數設置與控制邏輯，實現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物的生成。

為準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置三套氧化鋯氧量分析儀，構成熱備冗余，并于DCS中實現“三取二”聯鎖邏輯。

在DCS組態中，對空氣與硫化氫流量測量實施溫壓補償，提高數據準確性。空氣與硫化氫調節閥均選用氣動高性能控制閥，配備智能電氣閥門定位器，確保調節系統響應迅速、控制可靠。

氧化鋯氧量分析儀

技術特點：

直插式測量滿足工藝參數監測需求，助力裝置在設計工況下高效穩定運行。

溫度與氧含量測量精度符合要求，系統可靠性不低于99.9％。

空氣/硫化氫流量比例控制系統運行平穩，保障回收裝置長周期運轉。

后續凈化系統中三氧化硫與還原硫含量顯著下降，二氧化硫體積分數提高，系統堵塞頻率降低。

測量技術可靠，單點儀表檢修不影響生產連續性，很大限度減少對合成氨及硫酸系統的干擾。

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。

結構設計便于維護，關鍵元件如鋯管、熱電偶等可在現場快速更換，無需拆卸整支探頭。

本底電勢穩定，無需周期標定，實現免維護運行。

目前，國內硫磺制酸裝置常因氧含量測量不準，導致焚硫爐配風控制粗放，多數裝置采取過量供風方式，造成風機負荷與電耗上升。調研顯示，山東省內多套硫磺制酸裝置仍普遍采用抽取式測量，難以實現精準控制，制約了裝置能效提升。而采用直插式測量技術后，實測氧體積分數控制精度顯著提高，系統可靠性超過99.9%，燃燒配比更穩定，二氧化硫產率提升約11.5%，后續轉化吸收系統的堵塞與腐蝕情況也得到明顯改善。