一、概述

余热回收技术已成为硫酸装置的标准配置工艺。随着余热回收装置在硫酸装置中的广泛应用，近年来，我国已发生多起因余热回收装置内部水、汽泄漏或其他内部泄漏事件，这些事故导致了重大的经济损失。由于高温硫酸分析仪的故障，使得生产操作中难以及时发现装置异常，进而引发余热回收装置的严重腐蚀问题，最终导致余热回收装置或硫酸装置长时间停产甚至设备损坏。

因此，运行过程中的酸浓度直接关系到余热回收装置的安全性。然而，常规的接触式或外夹式酸浓度分析仪在当前的工况条件下，无法满足对温度的特殊要求。鉴于这一挑战，我们不得不选择非接触式电导率传感器来测量硫酸的浓度。

非接触式电导率传感器的工作原理巧妙地采用了两个线圈：一个作为信号的发送器，另一个则担任信号的接收器。当给发送器线圈通电时，会在硫酸中产生感应电流，这一感应电流的大小与硫酸的电导率呈正比关系。随后，接收器线圈负责检测这一电流的大小，并将检测到的信号传递给变送器，由变送器进一步计算出相应的电导率值，最终根据电导率来推算出硫酸的浓度。

考虑到高温硫酸具有极强的腐蚀性和绝缘材料在高温下的不耐受性，这两个线圈并不直接接触硫酸。为了实现测量，我们采用了创新的设计：将传感器两端的连接法兰通过导线联通，从而形成一个导电回路。这样，即便在不直接接触硫酸的情况下，也能准确测量其浓度。传感器结构如图1所示。

图1 传感器结构及功能示意图

二、故障原因分析及解决方法

1.绝缘螺栓品质过低导致的酸浓测量失败

原因分析：

在使用过程中，务必确保传感器法兰与两端的安装法兰保持绝缘状态。若非接触式电导率传感器的法兰连接处发生泄漏，将直接导致螺栓的绝缘性能失效，进而使导线、外法兰、传感器法兰及介质流通管构成一个电阻极低的回路。此情况下，测得的电导率将异常偏高，引发传感器失真问题。

目前，现场传感器安装所采用的绝缘螺栓，其绝缘材料主要使用四氟或纸类。然而，四氟在高温环境下易软化，可能导致法兰连接紧固性下降；而纸作为绝缘材料，则可能因螺栓扭力、水及酸雾腐蚀等因素而损坏，两者均可能引发法兰漏酸，进而削弱传感器的绝缘效果，对现场安全构成潜在威胁，并导致传感器测量结果失真。如图2所示。

图2 漏酸引起的传感器失真及现场安全隐患

解决方法：

导致传感器法兰位置漏酸问题的根源在于绝缘螺栓受到高温变形、硫酸侵蚀、雨水软化以及螺栓扭力变形等多重因素影响。为有效解决传感器硫酸泄漏的难题，需采用能够克服上述问题的绝缘组件。

推荐采用礼正来科技自主研发的LJ80绝缘组件，该组件专为礼正来AS118型号及进口产品222型号的非接触式电导率传感器设计，可在-40～260℃的广泛温度范围内稳定工作。其核心优势在于采用了具备卓越绝缘性、抗腐蚀性和抗扭力的工程塑料作为绝缘垫，确保了组件的耐用性和可靠性。同时，紧固螺栓选用了304不锈钢材质，并在表面喷涂了PTFE防腐材料，进一步增强了组件的抗腐蚀能力，有效抵御稀硫酸的侵蚀和雨水的导电影响。

通过这样的设计，LJ80绝缘组件能够保障硫酸浓度分析仪在长时间使用过程中不出现硫酸泄漏的情况，从而避免分析故障的发生，并确保了整个装置的安全稳定运行。使用效果如图3所示。

图3 绝缘组件使用后效果

2.酸浓数据波动过大

原因分析：

一级循环硫酸是稀释器后的硫酸（酸温180～190℃、压力0.1～0.2MPa、流量800～1000m3/h、浓度99.05%～99.15%），稀释器为了实现快速把水与硫酸混合均匀，采用压缩空气雾化水增强扰动的技术，导致稀释器出口的一级循环酸存在大量的空气（含量约为硫酸量5%～8%）。由于空气的存在，其本身不导电，且不与测量介质互溶，这就会使得传感器测得实际电导率偏低（酸浓偏高），同时空气气泡大小不一，就会引起传感器失真（导致一级循环酸浓度测量值与实际偏差大且波动），因此，非接触式电导率传感器不适用于测量含有空气介质的硫酸。如图4所示，含有空气的测量数据会出现显著波动，导致该测量结果无法满足装置安全联锁及加水自动控制的需求。

图4 酸浓波动画面

解决办法：

根据一级循环硫酸的物理和工艺特性，造成酸浓度波动过大的核心原因是空气气泡的存在。为此，礼正来科技自主研发了一种稳态气液分离器，该设备能够彻底将一级循环酸中的空气完全分离，从而有效消除空气对电导率传感器的负面影响。

此稳态气液分离器集成了两级高效气液分离装置、虹吸平衡装置及其他必要附件。当高温浓硫酸进入气液分离器后，首先经过一级气液分离处理，随后进入二级气液分离阶段。值得注意的是，二级气液分离装置特别设计了热电阻的安装插套，以满足电导率传感器对温度测量的需求。随后，处理后的硫酸进入电导率传感器的安装管线，并最终回流至HRS循环槽。

此外，气液分离器顶部还配备了虹吸平衡装置，该装置利用减小管径的原理，成功降低了排酸口负压对前级分离装置和电导率测量装置的潜在影响。同时，气液分离器内部还设置了隔热板和散热孔装置，这些设计有效减少了高温硫酸散发的热量对传感器性能的影响。

安装稳态气液分离器后，酸浓度监测结果如图5所示。

（a）

（b）

图5 安装高温酸浓仪稳态气液分离器后酸浓结果