M6200E紫外荧光H2S分析仪故障分析

王佑兵

(海洋石油富岛有限公司，海南 东方 572600)

紫外荧光法作为一种检测手段已经广泛应用于生化及环境污染检测等领域，克服了化学检测方法重复性不好、操作繁琐、响应速度慢和主观性强的缺陷。紫外荧光法是SO2浓度检测的主要方法，具有测量范围宽、灵敏度高、选择性好、抗干扰能力强、分析速度快、不需要化学药剂及可实时连续在线监测等优点，是国际ISO和我国标准化方法之一。

紫外荧光法测量SO2，利用合适波长的紫外激光照射SO2气体，通过测量SO2吸收紫外光后发出的荧光强度来检测SO2的浓度。荧光量会受到气体温度和SO2浓度、紫外光光强、紫外光路径长度的间接影响；受到反应速率和SO2*存量两个因素的直接影响；因此，如果激发光路径长度很短，就不会有任何干扰气体和干扰光，气体温度和光强度都将为已知量并进行补偿；发出的荧光(F)数与样本室中SO2浓度有直接的关系。

笔者介绍了海洋石油富岛有限公司环保气体装置M6200E紫外荧光H2S分析仪的构造和测量原理，并针对频繁出现的深色校准报警(Dark Cal Warning)故障现象进行深入分析。

M6200E紫外荧光H2S分析仪经特殊设计，具有五大特点：光路径短；光设计在几何与光谱方面削减了杂散光效应；特殊的碳氢化合物滤净器会从样本气体中去除常见的干扰气体；参考检测器会测定激发紫外光的强度，并用来消除灯漂移的影响；最后，测定样本气中的温度，并通过与样本室相连的加热器进行控制。

最终的结果是紫外荧光的任何变化都可以直接归因于样本气体中SO2浓度的变化。

2 测定干扰

检测H2S时所用的荧光方法可能会受到多个源的干扰，M6200E已成功经历多次测试，能够排除这些源的干扰。

2.1 直接干扰

很明显，由于M6200E是将H2S转化为SO2后对其进行测定，因此，测定过程中最主要的干扰气体是样本气体中的SO2，M6200E是通过使样本气体通过化学滤净器，在H2S→SO2转化过程开始前除去样本气体中所有SO2的方法来解决这一问题的。这一过程确保了只有样本室中的SO2才是H2S→SO2转化过程的结果。要保证分析仪能够正常运行，很重要的一点就是要使滤净器工作正常。

第二类常见的干扰源是一些其他的气体，当此类气体暴露在紫外线环境下时，会以类似于SO2的形式发出荧光，其中最主要的一类是被称为肽核酸的碳氢化合物，二甲苯和臭樟脑是最常见的例子。由于NO发出的荧光的波段接近SO2，因此对于一些可能会有大量NO产生的关键型应用，可以选用光过滤器，以提高NO的滤净水平。

2.2 臭氧吸收紫外线

由于臭氧会吸收相对来说很大的波段范围内的紫外线，因此，在吸收样本室中SO2*衰变过程产生的一部分紫外线时，可能会导致测定值出现偏差。M6200E防止出现偏差的方法是在SO2*发出荧光的区域与PMT检测器间有一条很短的光路径。由于此路径非常短，因而能够产生明显效应所需的O3量，要远大于在仪器应用中有充分理由认为的量。

2.3 稀释

某些具有高粘性的气体可通过临界流孔口来降低流速，通过分析仪来控制样本气体的移动，减少样本室中样本气体含量，从而使其中的SO2能够与紫外线发生作用。虽然这是一些分析仪的主要问题，但M6200E的设计支持样本气体流速的变化，因而不会受到此类干扰的影响。

2.4 第三体淬火

虽然SO2*到SO2的衰变过程非常快，但也不会是瞬时性的，因此SO2*分子在与其他分子相撞时，它的受激电子的额外能量会以动能的形式释放出来，从而使其他分子变热，并使受激电子移向更低能位轨道，且不释放光子。在此方面，最主要的干扰物是NO、CO2、水蒸气和氧分子。在周围的应用中，这些气体的淬火效应可以忽略不计。对于部分或全部气体浓度非常高的堆积应用，必须采取特殊的措施使其在进入分析仪前从样本气体中去除。

2.5 光污染

杂散光可能是一个重要的干扰因素，M6200E会以多种方式来消除干扰源。样本室的设计对于除激发紫外光源灯外的光线，保证不露光。所有连接样本室的气动导管都设计为不透明的，避免光线通过管壁照入室中。

3 H2S分析仪故障描述、分析与处理

M6200E H2S分析仪在使用过程中出现深色校准报警“Dark Cal Warning”无法消除且分析仪无法标定，导致分析仪无法正常工作的问题。

首先，分析仪上电，启动正常；预热完毕后，光源正常；进入分析界面后，仪表显示“Dark Cal Warning”，并且无法消除；通入零点气和量程气，仪表没有反应，不能标定；检测仪表的SHUTTER功能不起作用，导致Dark Cal Warning出现，判断控制SHUTTER的RELAY BOARD故障，需更换；用备用RELAY BOARD替换，继续检测仪表，SHUTTER功能正常；再检测仪表，仍出现Dark Cal Warning报警，检测发现I2C总线指示灯异常，需更换MAINBOARD；用备用MAINBOARD替换，继续测试，Dark Cal Warning消除。

故障分析：液态污染物进入到分析仪内部测量池，信号异常，致使RELAY BOARD和MOTHER BOARD故障，主要原因是现场原料气水分过高且有污染物，导致仪表产生故障。

处理办法：更换主板和控制板后，功能测试正常。

后来又出现Dark Cal Warning，仪表无法标定，导致该分析仪再次无法正常工作。首先仪表上电，预热、自检功能正常；分别通入零点气(99.999%的N2)、量程气和样品气，仪表显示数据无变化，且仪表频繁Dark Cal Warning；检查仪表内部参数，并适当调整相关参数，分别通3种气体，数据仍无变化；清洗仪表各进气管路和仪表气室各组件，仪表内部线路接插件检查，无任何松动。重新复位后通N2吹扫，数据显示900多并下降缓慢，经一整晚吹扫，数据下降到300，仪表不能标定；经反复调整与测试，仪表通气数据仍反应迟缓，不能标定，且报Dark Cal Warning。

返厂后，仪表上电，开机正常，仪表运行一段时间后周期性出现提示Dark Cal Warning；对仪表测量池内部进行检查和清洗，并对仪表的零点和量程进行标定；对仪表进行测试，仪表的Dark Cal Warning仍然出现，DARK PMT数值远大于100MV，随后更换新的PMT进行测试，DARK PMT数据下降明显但仍然大于100MV；对样品测量池整体和所有光学部件(包含UV Sources Lens&Housing，Sample Chamber，Light Trap，Reference Detecter，PMT Lens&Housing，PMT)进行更换并对仪表进行出厂标定和设置；对仪表的零点和量程进行重新标定，交替通入零点气和量程气，每种气体持续通入24h，测试总时间为7d，仪表在测试过程中工作正常，测量数值稳定准确，仪表的DARK PMT参数始终小于20MV，Dark Cal Warning消失，且未出现；仪表断电48h后重启，仪表通入零点气后测量数据在20min内下降到5以下，仪表未出现测量数值偏高且测量数值无法降下来的情况。

故障分析：此次仪表与样气接触的所有光学组件都进行了更换后，仪表工作才恢复正常，分析原因光学部件受到样气中某些微量的组分的干扰和影响，造成这些部件的性能下降从而影响仪表的测量。需保证气源进入分析仪前没有水、粉尘和其他杂质气体。

4 结束语

海洋石油富岛有限公司环保气体装置主要生产食品级液体CO2和干冰，H2S分析仪M6200E分别对储罐、生产线、槽车、原料气进行取样监测，原料气从二期合成氨装置脱碳系统引入，含水量较高(4.58%左右)，虽经两级过滤和除烃，难以满足分析仪的样气要求，频繁发生深色校准报警故障，虽然经现场和返厂维修后，分析仪暂时恢复正常使用，但要彻底解决该故障，需对分析仪的取样系统进行技术改造，在对取样系统进行技术改造之前，应先将原料气总硫分析改为手动取样分析，避免含水量较高的原料气进入到硫分析仪样气室对设备造成污染，以保证该分析仪的稳定运行。