氯氣和氫氣是電解食鹽水生產燒堿過程中必然產生的產品。氫氣是極易燃燒的氣體,氯氣是氧化性很強的有毒氣體,一旦兩種氣體混合極易發生爆炸。當氯氣中含氫量處于爆炸范圍之內時,則隨時可能在光照或受熱情況下發生爆炸。在氯堿行業中，因氯氣總管中氫含量增高而發生爆炸的事故并不鮮見。造成氫氣和氯氣混合的原因主要是:陽極室內鹽水液面過低;電解槽氫氣出口堵塞,引起陰極室壓力升高;電解槽的隔膜吸附質量差;石棉絨質量不好;在安裝電解槽時碰壞隔膜，造成隔膜局部脫落:送電前注入的鹽水量過大而將隔膜沖壞等。這些情況都可能引起氯氣中含氫量增高,達到爆炸極限時便易發生爆炸,產生嚴重的后果。氫氣在氯氣中的爆炸范圍(體積分數)為 55%~89%。因此，氯氣安.全規程(GB 11984 - 89)規定,氯氣總管中含氫的體積分數應 s04%。所以為確保電解過程的安.全，必須嚴格控制氯氣總管中的合氫量開車初始階段氯氣總管中的含氫量最容易達到爆炸極限,所以，些企業為了嚴密監測開車階段氯氣總管中的含氫量,每間隔 2mn甚至更短的時間就取樣分析 ,動用大量的人力物力。對于氯氣總管中氫含量的分析方法，目前廣泛采用的是奧氏分析法，其檢測手段較落后，既不準確而且由于取樣時有氯氣泄漏,對操作人員的人身安.全又有危害 ;另一種常用的分析方法是色譜分析，其操作復雜,維護麻煩,且費用較高,每半年更換 1次色譜柱，且分析結果遠遠滯后,不能實時監測。因此,尋找快捷、準確、安.全的分析手段來分析氯氣總管中的氯氣含量一直是氯堿行業的重要課題。由于氯含氫分析儀測量準確,校驗簡單、方便、安.全,基本上無維護費用,且使用壽命長,完.全可以滿足氯氣總管中合氫量分析的需要。基于上述原因,南寧化工股份有限公司(以下簡稱“南寧化工”)在國內率先采用了 Hitech公司的 KK650氯含氫分析儀,用于在線監測隔膜法燒堿裝置的氯氣總管氯氣純度、含氫量這兩個指標。
氯含氫分析儀的組成及其工作原理

氯合氫分析儀由取樣系統、樣氣處理系統、傳感器系統和控制顯示系統等模塊組成,其原理簡圖見圖 1。

氯合氫分析儀的工作原理

如圖 1所示,經取樣系統取樣后,樣氣進入樣氣處理系統，除去顆粒雜質、鹽及水分,通過傳感器系統(由兩個熱導檢測器構成,在兩個檢測器間有 1個反應爐)檢測樣氣的熱導系數，然后通過反應爐使氫氣完.全反應。反應后的氣體通過第 2個檢測器。根據這兩個檢測器所測熱導系數的差得出樣氣中氫氣的含量。數據經過控制 示表顯示出來圖 2是氯含氫分析儀原理圖。

2氯含氫分析儀用于氯中含氫量在線監測21在氯氣總管使用氯合氫分儀的先決條件在氯氣總管使用氯含氫分析儀必須首先解決的3個問題如下。
取樣
一般氯氣總管處于微負壓,因此樣氣不會自動進入氯含氫分析儀,需要借助泵。考慮到要穩定運行和盡量減少維護工作，一般采用水流泵或者氣流泵。本例根據現場情況采用氣流泵從氯氣總管抽吸樣氣進入氯合氫分析儀。采用氣流泵的好處(可以方便地得到真空;2由于沒有運動部件,免除日常維護工作。
安裝地點
氯含氫分析儀應該盡可能安裝在取樣點附近因為一般氯氣總管的壓力為微負壓樣氣通過氣流泵抽到反應爐。如果氯含氫分析儀到取樣點的距離太遠,增加了分析儀到取樣點的壓力降,需要增大抽吸真空度。同時如果取樣點的距離太遠，導致取樣管道增長,管道中的欄氣從氯氣總管到達氯合氫分析儀的時間增加，從而造成分析數據滯后時間長因此,取樣管道應盡量短。
樣氣干燥
如果樣氣中含水，當樣氣通過反應爐時 ，水會與少量氯氣反應生成氧氣和氯化氫,在第 2個檢測傳感器里出現的氧會使氫氣的讀數偏低。同時,濕氯氣對金屬具有很強的腐蝕能力,而干氯氣對金屬的腐蝕能力相對弱了很多。基于以上原因,必須把樣氣干燥到露點為 - 10C以下。從氯氣總管取得的樣氣通常為濕氯氣,含水量很大,體積分數約為20%.在進入氯含氯分析儀前必須經過干燥。分析儀成套提供了 2級干燥。首先通過濾水器除去樣氣中的液態水,然后通過干燥的氮氣除去樣氣中的氣態水。這2級干燥都通過膜技術來完成。
安裝調試
在通入樣氣前詳細檢查所有的管路連接。氯氣是劇毒、強腐蝕性氣體，必須確保沒有泄漏,尤其要確保所有的連接件已充分緊固，并且確認易碎的反應爐管沒有損壞。在儀表初始化后.顯示表將指示其等待反應爐溫度達到其工作溫度的過程。到達正常工作溫度(725 C)后,分析儀將自動進入正常檢測模式。把樣氣流量控制在 100300 mL/min之間，進入正常檢測模式后,按如下順序執行校驗過程:(1用空氣進行零點校驗;@用氫氣體積分數為2%的空氣校驗氫氣量程:用體積分數為 100%的氯氣或組分已知的工藝樣氣校驗氯氣量程，執行校驗過程中，必須確保樣氣管路中的其他氣體全部由正在校驗的標準氣體取代,否則將出現誤差。校驗氯氣量程的更便捷的方式是使用工藝樣氣,當然，前提是通過另外形式的、可靠的分析方法,確切知道樣氣組分的含量。
運行中出現的問題
過器排水不暢
在投入運行兩天時間后,發現分析儀的讀數出現問題:讀得氯氣體積分數在5%以下氣含量讀數為負數，明顯與實際情況不相符。經過分析可能是樣氣管路堵塞造成的。檢查分析儀器后發現是過濾器中的氯水不能排放出來,整個過濾器的膜過濾器件全部泡在氯水中,樣氣無法通過。主要原因是過濾器排水管道內徑小(為 4mm)集水器容積小(10 mL)最關鍵的問題是沒有平衡管導致水不能排放到集水器中。針對這些問題,在集水器與過濾器之間增加平衡管,同時更換大容積的集水器該問題得以解決。集水器的容積可以依據集水器集中非水周期的需要來確定。根據實際測量,過濾器每天排水約 40mL如果選擇 2500mL的集水器則可以滿足 30天的集水需要。集水器的容積太小,排水周期短,排水次數增加;容積太大增加了取樣系統內樣氣的數量,造成分析數據滯后,分析時間延長。

氫氣讀數偏低
在解決過濾器排水不暢之后又出現了氫氣體積分數接近 0的讀數與實際情況有較大誤差。分析其原因可能是在解決過濾器排水問題中增加的集水器的材質是透明的玻璃,由于氫氣和氯氣是光感氣本在經過透明的玻璃集水器過程中氯氣和氯氣在光照條件下已經發生了反應,所以導致出現氫氣體積分數接近 0的讀數。解決該問題的措施是采用標色玻璃瓶集水器，同時使用黑色布罩住集水器確保樣氣通過的管路是完.全避光的。經過改進后.該問題圓滿解決。
干燥器堵塞
在運行約 15天后發現樣氣流量接近零，同時顯示表的讀數異常.經過檢查后,判定是干燥器堵塞。拆下干燥器后,發現干燥膜變形.本來是圓管的干燥膜全部被壓扁.局部還出現打福現象。在用鐘水進行清洗后，將干燥膜內部通入氮氣外部泡入純水中約 10 h.之后干燥膜的形狀恢復為圓管形狀分析干燥膜變形的原因是處于干燥膜外部的干燥用氮氣壓力太大,達到 3MPa(表壓,下同)同時干噪膜內部抽真空，在外壓內吸的情況下發生變形解決問題的根本是降低處于干燥膜外部的干燥用氮氣壓力。經過分析,干燥用氮氣壓力不需要太大,只要保證其流量是樣氣流量的 5倍以上即可千是將干燥用氮氣由原來與氣流泵串聯改為并聯方式可分別調節干燥用氮氣與氣流泵用氮氣。經過改造后,樣氣流量同樣在150mL/mi的情況下氣流泵的氮氣壓力由原來的 03MPa降低為 0075 MPa。而進入干燥器的氮氣壓力保持在001MPa以下即可維持干燥用氮氣的流量在3L/min

使用小結
氯含氫分析儀在南寧化工的應用是成功的。由于該儀器應用到氯氣總管上在線測量氯氣純度和氯中含氫量在國內是第 1次,在使用過程中出現了一些小問題。經過對集水瓶和氮氣管路等環節進行改進后,解決了排水不暢、氫氣讀數偏低以及干燥器堵塞的問題.完.全滿足了安.全生產的需要。改進后的儀器運行更加穩定可靠。圖 3是改造后的氯合氫分析儀原理圖

結語

氯含氣分析儀實現了氯氣純度及氯中含氫量的在線分析,全自動取樣,無需人工,減少了泄漏的可能，對操作人員非常安.全;傳感器不受樣氣和環境壓力波動的影響，運行穩定;并且響應快速,直接顯示讀數,還可以與 DCS系統連接，對操作和讀數人員無特殊要求。在維護方面,僅需 1~2次 /a的儀器校驗,校驗方法簡單操作方便。分析結果與化學分析法相比,差距很小。

總之,在氯氣總管上應用 KK650氯含氫分析儀對氯氣純度及氯中氫合量的在線監測可以便捷、安.全地得到氯氣純度及氯含氫數據,實現了在線監測氯氣總管氯氣的純度、氯中氫合量,達到了氯氣質量監測和安.全監測的雙重目的。