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在合成氨生产的过程中，氧含量的精确监测至关重要，氧分析仪的准确性直接影响着生产安全和效率。但最近的传感器老化和预处理系统失效问题却引发了生产安全的隐忧。究竟是什么导致了分析仪失效？
预处理过程：从气柜出口（脱硫入口）煤气总管道上开孔采样，样气经过预处理装置（水洗－分离－冷却－分离－脱硫－干燥）进入副氧分析仪，如图1所示为预处理系统，如图2所示为预处理实物图。
图1 预处理系统图
正常工况下，造气工段进入脱硫工段半水煤气成分为CO2：9%；H2：39%；CO：27%，O2：0.3%，CH4：2.0%，H2S：3%，N2：19.7% 。煤气温度：35℃以下（夏季40℃以下）；煤气压力≥1.5kPa，工艺控制氧含量＜0.5%。
仪表情况：副氧分析仪（位号NAI2001305）由信号采样板、氧传感器、输出显示等几部分组成的。其检测器采用防腐蚀性的电化学氧传感器（消耗型，如图3所示），仪表设计量程：0~2%；测量方式为离子交换；型号为OXYGEN-610A，由北京某仪表公司生产，2018年8月投入使用，现场由液晶屏显示氧含量数值，并将4~20mA信号远传至控制系统。
图3 氧传感器
图5 主氧表正常状态显示值
2.故障现象详细描述：
2021年6月18日12点30分左右，脱硫操作工反映副氧分析仪显示数据持续上涨，立即通知仪表工前去处理。电仪工到现场调出DCS运行曲线。如图7所示，绿线表示主氧表分析仪一直平稳运行，粉色表示副氧分析仪显示逐步上涨的过程。
图7 主、副氧分析仪运行曲线对比
3.影响范围：
脱硫氧分析仪是对进入脱硫系统半水煤气中氧含量进行监测分析；控制氧含量主要是为了保证安全生产，半水煤气在管道中流动时有可能产生静电，从而导致发生爆炸事故。氧含量大小会对静电除焦和变换工段的影响。当氧含量大于0.5%时，静电除焦必须停车处理，氧含量大于0.8%时变换停车（主氧表联锁，副氧表不参与联锁）。为保证生产安全稳定运行，采用两套分析仪表双系统检测，通过实时比对，提高了氧含量值的准确性和可靠性，从而使操作工能够准确控制氧含量指标。副氧表故障后变为单系统检测，失去了双系统测量实时地进行数值比对，存在一定的安全风险。
4.仪表及系统处理过程：
（1）给副氧分析仪通入零点气（高纯氮气≥99.999%）、量程气（2% O2，其余为N2）进行校验，显示正常；
（2）检查氧传感器。切除样气，通入空气，检测氧传感器输出信号为6.3mV，根据厂家提供氧含量与输出信号对比测试数据（见表1，输出应为9-15mV），得知实际检测到的副氧传感器输出信号偏低；
（3）通入99.999%的N2对氧传感器进行清洗置换；置换4小时后，再次通入样气观察运行，氧含量还是呈上升趋势，最高升至0.5%，显示偏高（此时主氧表显示0.234%）；
（4）6月19日，再次对副氧分析仪进行两小时99.999%的N2标气清洗置换后，通入空气，测量氧传感器输出值为3.0mV，根据表1，输出应为9-15mV，实际输出信号偏低。遂下线停运，发往厂家进一步检查。
表1-1 氧分析仪传感器检测方法
（5）厂家收到副氧分析仪后，先对副氧分析仪24小时通电标气置换，然后对氧传感器进行检测，输出仍偏低。判断出现这种现象的有以下3个原因：
③仪表进气流量和压力超规定值，加速氧电池液的消耗。
现场分析室内温度为28℃，排除第一种可能性，遂判断为氧传感器损坏。厂家更换传感器后，对电路信号、输出信号等进行了逐一排查。返回公司安装后通入样气，仪表运行正常。
5.故障性质：
本次仪表故障为传感器老化故障。
2.失效分析：
（1）直接原因：副氧分析仪的氧传感器检测准确度降低、稳定性差是本次故障的直接原因。
（2）间接原因：预处理系统除湿、脱硫效果不好（图8），对氧传感器有一定腐蚀，进入仪表样气未严格落实压力＜10kPa，流量＜0.5L/min[平时维护只关注了预处理系统流量计控制在40~60L/min，而氧分析仪流量（量程0~1.0 L/min）处于超量程运行]，缩短了氧传感器使用寿命。
图1-7 抽气泵膜片上残留的硫
（3）管理原因：仪表工对富氧分析仪结构原理和使用保养知识，掌握不熟悉，对传感器易失效特点，对预处理系统未制定针对性预防性维修保养策略，并根据策略开展定时性预防性维修保养任务，是本次故障发生的管理原因。
（1）副氧分析仪对进入氧传感器的样气有一定要求：入口压力不能高于正常大气压力的10%（10kPa）；流量要小于0.5L/min，否则会对传感器造成破坏甚至永久性损坏。
（2）有些气体如硫、氮氧化物、硫酸等在一定湿度下会产生较强的腐蚀作用，在样气进入副氧分析仪之前一定要进行最大程度的脱水干燥处理。
（3）一般氧传感器寿命为2~2.5年。使用中应密切关注测量介质中各组分含量的变化，评估预处理效果，对重点设备实施周期寿命管理，做到预防性维修。
（4）空气中氧浓度较高，对微量氧影响很大，仪表及接管不能有任何渗漏。
2.防范措施：
（1）根据副氧分析仪表的原理、结构、性能及预处理系统易失效特点，针对性制定预防性维修检查、清扫、排污、润滑等保养策略清单，并指定专人根据策略清单开展定时性维修保养任务，最后签字确认。
（2）对仪表工和专业技术员开展副氧分析仪针对性培训，做到懂原理、懂结构、懂用途、懂性能，做到熟悉停用和投用仪表流程，能定时性开展预防性维修任务，能分析仪表失效原因并排除故障。
（3）加强与工艺专业沟通，关注工艺参数变化，提升预处理系统的效果。
选择电化学氧分析仪的选择一定要弄清楚样气成分，一般要求样气不含有H2S、氯氟混合物、重金属悬浮物，除去强腐蚀性气体，组分中如果有上述气体，预处理一定要处理好，这样才能保证仪表的使用寿命。
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