GC-SCD常見故障診斷與處理

劉 欣

（中天合創能源有限責任公司化工分公司，鄂爾多斯 017000）

中天合創能源有限責任公司化工分公司建設規模為360萬噸/年甲醇裝置，生產的合成氣（以CO＋H2計）為107×104Nm3/h。為了防止含硫化合物造成后續反應使用的催化劑中毒，凈化氣中要求H2S+COS含量＜0.1μL/L，對分析儀器檢出限要求高。

SCD檢測器是目前世界公認的對硫檢測靈敏度最高的專用檢測器，SCD檢測器檢出限低、選擇性好、且不受大多數樣品基質的干擾，它對硫成等摩爾響應，不因硫化物的不同而變化，廣泛應用于石油天然氣、石油化工樣品中硫化物含量的分析。目前應用較多的主要有AC公司、安捷倫公司、PE公司及PAC公司的SCD檢測器。

為滿足工藝要求，選用GC-SCD是目前最佳的選擇。我實驗室采用島津GC-2010 PLUS氣相色譜儀，配PAC公司的7090系列SCD檢測器進行痕量含硫化合物的分析。由標氣測定出H2S和COS組分的最低檢出限分別是H2S：0.028μL/L、COS：0.010μL/L，均滿足工藝分析要求。

1 GC-SCD的工作原理

GC-SCD工作原理是樣品經過色譜柱分離后進入到檢測系統的燃燒爐，組分在900℃的溫度下與氧反應，氧化為CO2、H2O和SO2，如式（1）所示。氧化后的SO2氣體與氫氣反應，形成H2S， 如式（2）所示。H2S與來自臭氧發生器的O3(臭氧)反應，形成SO2* (激發態的二氧化硫)。當處于激發態的物質回到基態時，放射出特定波長的光子，這些光子由光電倍增管檢測，如式（3）所示。這種化學發光發射對硫是特定的，它與原始樣品中硫的量成正比[1]。

式中：R-S為有機硫化物；

R-H為有機非硫化物；

SO2*為激發態二氧化硫；

h 為普朗克常數；

ν為光波頻率。

2 GC-SCD的主要組成

氣相色譜主要由氣路系統、進樣系統、分離系統、檢測系統和數據處理系統組成，而檢測系統主要由燃燒爐、臭氧發生器、反應器、真空泵等部分組成。示意圖見圖1。

圖1 GC-SCD主要組成示意圖

3 常見故障及處理

在日常使用過程中常出現GC-SCD無法啟動、沒有響應信號、分析結果重復性差、組分響應變小、基線噪聲大、出峰異常等情況，現就常出現的問題分別進行闡述。

3.1 無法啟動

因GC-SCD是由氣相色譜儀和SCD檢測器兩部分組成，所以無法啟動一般分為氣相色譜儀無法啟動和SCD檢測器無法啟動兩種情況，但無論哪種情況，都應從開關是否開啟，電路是否有電，保險是否完好幾個方面判斷，此儀器有多個保險，應逐一排查，及時更換已損壞的保險。

3.2 沒有響應信號（比較復雜、難以判斷和處理的故障）

進樣完成后發現譜圖中沒有任何硫化物的響應信號出現，只有平直的基線。首先應檢查參數設置是否正確，六通閥位置是否正確，樣品是否引入，若以上均正確沒有問題，則應依次排除GC-SCD的各關鍵組成部件是否故障。

3.2.1 檢查各參數是否正確

首先檢查氣相色譜儀方法參數設置是否正確，檢查檢測器各開關是否打開、靈敏度選擇是否正確，閥位置是否正確等，若不正確應重新設置。

3.2.2 氣路系統檢查

報錯顯示壓力狀態異常。檢查使用載氣等氣源壓力，若壓力不足，應檢查氣瓶壓力及氣路系統，氣瓶壓力不足及時更換氣瓶，若不是氣瓶壓力不足則應及時排查氣路系統漏點并消除。

3.2.3 進樣系統檢查

進樣部分堵塞或樣品中沒有硫化物?？梢赃M一個已知含量的標氣，通過查看進樣阻力，判斷進樣管線及六通閥部分是否有堵塞；通過出峰情況，判斷是樣品本身不含硫化物還是儀器異常導致。

3.2.4 分離系統檢查

報錯顯示漏氣。

檢查色譜柱是否有斷裂，各連接處是否松動。

3.2.5 檢測系統檢查

（1）燃燒爐溫度出現波動

熱電偶故障：熱電偶起傳感燃燒爐溫度的作用，若熱電偶燒斷，則不能判斷燃燒爐工作是否正常，若燃燒爐未正常工作，各硫化物不能在燃燒爐中反應，故可表現為沒有峰。應檢查熱電偶通斷，已壞的熱電偶應及時更換。有時熱電偶已壞，但燃燒爐溫度未出現波動，顯示值為假值，要注意此種情況下對熱電偶阻值進行檢查。

（2）氫氣流量指示燈變紅，面板流量顯示為負數

氫氣用于燃燒氧化產物的還原。氫氣流量由氫氣電磁閥和氫氣開關閥共同控制，氫氣流量波動可能導致面板流量顯示變為負數，表示氫氣流量不能正常供給。此時通常為氫氣開關閥斷開，手動將氫氣流量開關閥打開即可。此處要注意，儀器燃燒爐一般會設定溫度達到一定后（一般為750℃）氫氣電磁閥會自動打開，若氫氣流量手動供給不上，請檢查實際溫度及熱電偶?；謴蜌錃夤┙o后，需待系統穩定。

（3）燃燒爐不加熱

a 熱電偶故障,參照熱電偶故障處理方法。

b 真空度不夠，檢查真空度顯示，真空度沒有達到要求時系統不能加熱。真空度不夠應檢查真空泵及各連接是否有松動，密封是否完好。若有松動或密封不嚴的情況，應修復使其能夠保持一定真空度。

（4）高壓顯示異常

排查高壓電源板，此板為光電倍增管提供穩定的電壓；若無電壓繼續排查其變壓器，該變壓器為高壓電源板提供24V交流電源。通常為插頭接觸不良，插拔后重新安裝即可恢復。

（5）檢查燃燒爐裂解管

經色譜柱分離后的組分會在燃燒爐中進行反應，儀器長時間使用后，易造成燃燒爐裂解管污染或損壞。通常應先斷開氫氣，在只有氧氣的情況下老化裂解管8h以上，若不能解決將儀器降溫關機后拆開燃燒爐，找到裂解管，查看有無破損。若無損壞，應繼續查看連接管濾膜是否干凈，必要時進行清潔；若仍不能解決則應更換裂解管。

（6）檢查臭氧

臭氧參與反應，若無臭氧，反應則無法完成。確認臭氧發生器開關打開，氧氣壓力足夠。然后檢查臭氧是否產生，若有臭氧產生說明不是此處問題，若沒有臭氧產生，進一步檢查臭氧發生器電路板，此板上有一個5V電源，此電源為臭氧發生器提供穩定的5V直流電源。若不是由以上原因造成無臭氧，則可能是臭氧發生器的反應管已失效，此時需要更換。

（7）檢查光電倍增管、放大器電路板

光電倍增管會對放射出的特性波長的光子進行檢測，若化學反應正常，但無法正常檢測，則也會表現為無響應信號。檢查光電倍增管的電壓是否處于打開狀態，電壓供給是否正常，檢查光電倍增管附件室內的信號前置放大器是否正常。注意光電倍增管被裝在沒有光線的光電倍增管（PMT）艙環境里，此艙體不能在供電狀態下打開，否則可能對光電倍增管造成永久損害。

故障處理完成后，因SCD檢測器穩定時間較慢，若儀器關機后再啟動則需要較長時間穩定，一般一周左右才會有硫化物響應信號。隨著時間的增長，硫化物響應信號也會逐步增加，直至穩定，所以當進行故障處理后，可能會出現前期無任何響應信號的情況，不必擔心，穩定一定時間后響應會逐步提高直至達到穩定狀態。

3.3 分析結果重復性差

根據GC-SCD的特性，一般重復進樣6次以上，相對標準偏差（RSD）應小于3% ，若大于此值，通常認為分析結果的重復性較差，應從進樣量和反應過程進行原因分析和處理。

（1）外標法對進樣手法要求較為嚴格，進樣不一致會導致分析結果重復性差，應規范操作。

（2）樣品燃燒不完全。檢查燃燒爐溫度和氣體流量是否正確、穩定。

（3）裂解管污染。長時間使用后會有燃燒殘渣積累在燃燒管上，可氧化裂解管，必要時更換新的裂解管。

（4）反應室不潔凈。反應室是一個能均勻混合臭氧和樣品并發生反應的混合室。長時間使用后殘渣會積累，此時可能出現結果的重復性變差，需要進行清潔。

（5）臭氧發生器不穩定。檢查臭氧產生量是否與設定流量相同并且穩定，反應管是否有黑色物質等。若臭氧產生量發生變化且看到黑色物質，則需更換新的臭氧發生器反應管。

3.4 組分響應變小

相同已知含量的標準氣體，若出現多次進樣后相同組分的硫化物響應明顯變小，應排查儀器狀況是否發生變化。

（1）上述“ 分析結果重復性差 ”的原因也可能導致組分響應變小。但首先應檢查增益是否發生改變，增益對光電倍增管放大電路靈敏度影響最大，對分析結果產生較大影響。

（2）氫氣與氧氣的流量也會影響出峰情況，影響組分響應，應確認實際流量正確。

3.5 基線噪聲大

引起基線噪聲大的因素有很多，鑒于GC-SCD的特性，大多數原因集中在漏光、風扇異響及系統被污染這幾方面。

（1）檢查漏光。檢查需要避光的管線、反應室的避光保護層是否破損，若破損應重新進行避光處理或更換。

（2）檢查風扇。風扇馬達轉動異常會引起內部異常振動，內部不穩定。及時潤滑風扇馬達或更換。

（3）系統污染

a 應檢查載氣是否純凈，選用高純度載氣，更換變色的氣體過濾器。

b 檢查色譜柱是否被污染，被污染應及時進行老化或更換處理。

3.6 出峰異常

正常情況下出峰情況如圖2所示，若出峰情況如圖3所示，則表示流量設置不正確。異常峰從左到右依次表示氫氣流速過低、氫氣流速過高、氧氣流速過低，應根據實際出峰情況，及時調整氫氣或氧氣的流量。

圖2 正常峰

圖3 異常峰

4 常規維護

4.1 每日維護

(1) 檢查各種氣體鋼瓶壓力；

(2) 檢查所有分析參數包括溫度,檢測器設置等；

(3) 通過流量控制顯示器檢查所有氣體流量。

4.2 定期維護

（1）清潔反應室。 燃燒殘渣會積累在反應室上。通常每年清潔1次,但如果響應逐漸降低或重復性變差,這種情況可能是反應室需要清潔。

（2）更換任何老化的氣路部件(例如燃燒管,O型環等)，通常每年1次。

（3）清理連接管濾膜，通常每年1次。

（4）清空真空泵連接瓶中的水，通常每季度1次。

（5）檢查風扇轉動是否正常并進行潤滑，通常每季度1次。

5 結束語

GC-SCD的使用是目前檢測氣體中痕量硫化物最好的方案，有著十分明顯的優勢，但其價格也較昂貴，應對使用過程中出現的故障進行分析，找出具體原因，針對性地采用有效措施解決實際問題，確保儀器能夠在良好的工作狀態下運行[2]。同時也應進行常規維護，減少儀器的故障，使儀器能夠準確地反映出樣品中含硫化物的情況，為裝置運行調整提供準確數據依據。