裂解在線色譜儀試樣處理系統(tǒng)存在問題及解決辦法

馬洪娟

(北京燕山石油化工分公司運(yùn)保中心，北京 102500)

1 項(xiàng)目背景及工藝介紹

2006年初，化工一廠裂解車間對15臺(tái)裂解爐進(jìn)行裂解深度優(yōu)化控制。裂解爐深度優(yōu)化控制的主要目的是使原料中C2H4的收率最大化，提高C2H4產(chǎn)量?；ひ粡S裂解老區(qū)共有11臺(tái)裂解爐，采用2000年投用的4臺(tái)ABB Vista2000 色譜儀： 1號分析間AR10503/10603，AR1134/1144/1154，2號分析間AR10703/10803/1124，AR10903/11003/11103，測量5～15號爐裂解氣組分H2，CH4，C2H4，C2H6，C3H6，C3H8體積分?jǐn)?shù)。但在實(shí)際應(yīng)用過程中，隨著取樣裝置和預(yù)處理系統(tǒng)使用年限的加長，除油過濾效果明顯降低，加上試樣處理系統(tǒng)設(shè)計(jì)存在缺陷，致使色譜儀出現(xiàn)測量組分體積分?jǐn)?shù)波動(dòng)的現(xiàn)象。因此，針對上述現(xiàn)象詳細(xì)論述8號爐色譜儀AR10803取樣及前處理系統(tǒng)改造情況。

2 裂解爐在線色譜儀系統(tǒng)組成

裂解爐在線色譜儀系統(tǒng)組成如圖1所示。

2．1 PY-GAS3560取樣裝置

PY-GAS3560取樣裝置是美國流體數(shù)據(jù)公司的產(chǎn)品，主要用于乙烯裝置裂解氣高溫、高含水、高油塵樣氣的處理。該裝置由過濾逆流部件、列管式冷卻管、渦流制冷管和溫度控制器4個(gè)部分組成，其工作原理如圖2所示。

圖2 PY-GAS3560取樣裝置工作原理示意

2．2 試樣處理系統(tǒng)

裂解8號爐色譜儀未改造前試樣經(jīng)過取樣裝置后直接進(jìn)入預(yù)處理系統(tǒng)。試樣預(yù)處理系統(tǒng)一方面對試樣作進(jìn)一步處理和調(diào)節(jié)，如溫度、壓力、流量的調(diào)節(jié)，過濾，除濕，除有害物質(zhì)等；另一方面有試樣安全返回回路、多流路切換系統(tǒng)及快速回路，實(shí)現(xiàn)在線分析的安全、快速、多通道等性能。預(yù)處理系統(tǒng)工作原理如圖3所示。

圖3 試樣預(yù)處理系統(tǒng)工作原理示意

3 在線色譜儀測量組分體積分?jǐn)?shù)波動(dòng)原因分析

3．1 PY-GAS3560取樣裝置不穩(wěn)定

1) 取樣裝置的過濾段、冷卻脫水段高度不夠，造成冷卻介質(zhì)和試樣的接觸面積太小，冷卻不夠徹底；部分冷凝液來不及下沉，由試樣帶出取樣裝置。

2) 裝置出口無樣氣流量檢測控制單元，造成樣氣流量不穩(wěn)定。當(dāng)樣氣流量超過1 500 ml/min 時(shí)，會(huì)帶出部分油霧和水分。

3) 取樣裝置由于夏季溫度高，渦流制冷效果不佳，造成溫度控制達(dá)不到設(shè)定點(diǎn)；而冬季北方天氣寒冷，當(dāng)溫度設(shè)定低時(shí)，取樣器冷凝，容易造成斷樣。

4) 制冷空氣未安裝空氣過濾器，渦流制冷效果不理想，影響試樣壓力、流量的穩(wěn)定。

3．2 試樣處理系統(tǒng)設(shè)計(jì)不完善

1) 試樣處理系統(tǒng)的除油污設(shè)備不完善，不能徹底清除從PY-GAS3560取樣器帶出的油污。

2) 試樣處理系統(tǒng)中，由于部件老化等原因，流路切換閥存在切換不到位造成泄漏情況及大氣壓平衡閥工作不穩(wěn)定使色譜儀各流路取樣壓力不一致的問題。

3．3 樣品傳輸伴熱管線不理想

伴熱管線采用Φ6不銹鋼管，取樣管線較長、蒸汽量不足、伴熱效果差，造成試樣在傳輸過程中可能析出凝液。

3．4 色譜儀滑閥膜片磨損或柱系統(tǒng)堵塞

試樣處理系統(tǒng)除塵、除油效果差，水分和油污易進(jìn)入色譜儀，導(dǎo)致取樣滑閥膜片出現(xiàn)劃痕，甚至導(dǎo)致色譜定量管、柱管堵塞，造成取樣量不足，測量不穩(wěn)定。

以上四個(gè)方面是色譜儀測量波動(dòng)的原因，其中PY-GAS3560取樣裝置不穩(wěn)定和試樣處理系統(tǒng)設(shè)計(jì)不完善是最主要的要因。

4 在線色譜儀取樣系統(tǒng)的改進(jìn)

為了使在線色譜儀盡快能參與裂解的先進(jìn)控制中，對色譜儀AR10703/10803/1124中AR10803流路進(jìn)行取樣系統(tǒng)改造。把原來FLUID DATA PY-GAS3560取樣裝置更換成蘇州天華YQXL-PY GAS型旋冷儀,在旋冷儀之后色譜儀之前又加裝了1個(gè)試樣前處理箱。8號爐色譜儀改造后取樣及前處理系統(tǒng)如圖4所示。

圖4 8號爐色譜儀改造后取樣及前處理系統(tǒng)示意

YQXL-PYGAS型旋冷儀仍然依據(jù)原PY-GAS3560取樣裝置的原理，對其結(jié)構(gòu)進(jìn)行了完善和優(yōu)化，主要表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面。

4．1 優(yōu)化和完善取樣器

1) 增加過濾逆流段的長度，確保雜質(zhì)和重油的充分過濾。

2) 增加冷卻脫水段的長度，便于冷凝液的充分冷卻，增加冷凝液的附著面積，增加冷凝液的回流空間。

3) 在每個(gè)列管式冷卻管中間添加垂直、光滑的不朽鋼棒，增加冷凝液的附著面積。

4) 在溫控開關(guān)的空氣入口處增加一級精密過濾器。

5) 增加冷卻脫水段的保溫層，將環(huán)境溫度的影響減到最小。

6) 隨環(huán)境溫度的變化，及時(shí)調(diào)整設(shè)定溫度，使控溫效果處于最佳狀態(tài)。

4．2 控制系統(tǒng)流量

在取樣器的出口對試樣進(jìn)行油污過濾、穩(wěn)壓、穩(wěn)流處理措施。

4．3 凈化試樣

在試樣進(jìn)入分析儀表前對試樣進(jìn)行凈化，采取如下措施：

1) 在分析小屋外的試樣預(yù)處理前增設(shè)渦旋制冷氣液分離器，通過降低試樣露點(diǎn)的方法，除去試樣中的油霧。

2) 在試樣的旁通過濾器前增設(shè)聚結(jié)器，進(jìn)一步濾除試樣中可能存在的油霧。

經(jīng)過改造后，試樣經(jīng)過渦流制冷后除掉了絕大部分油水混合物，且兩級清洗過濾效果明顯，在積油杯中可以看到以前無法除掉的油污。經(jīng)觀察8號爐色譜儀AR10803運(yùn)行效果有了更進(jìn)一步的好轉(zhuǎn)。8號爐色譜儀改造前后運(yùn)行趨勢如圖5、圖6所示。

圖5 8號爐色譜儀取樣系統(tǒng)改造前運(yùn)行趨勢

圖6 8號爐色譜儀取樣系統(tǒng)改造完成后運(yùn)行趨勢

改造完成投用后數(shù)據(jù)(包括在線分析數(shù)據(jù)以及分析室采樣數(shù)據(jù))見表1所列。

表1 BA108分析室與在線分析對比 %

通過表1可以看出： 在線分析與實(shí)驗(yàn)室取樣分析結(jié)果近似，從色譜儀運(yùn)行趨勢可以說明改造后的取樣及預(yù)處理系統(tǒng)有效地阻止了雜質(zhì)、油污、冷凝液的堵塞以及污染，保證了色譜儀測量的準(zhǔn)確性、穩(wěn)定性。

5 改進(jìn)措施與建議

1) 通過對8號裂解爐取樣及試樣前處理系統(tǒng)改造可以看出，旋冷儀及前處理系統(tǒng)設(shè)計(jì)是較理想、有效的方案。建議對1臺(tái)色譜儀AR10703/10803/1124進(jìn)行整體改造，其中8號爐仍保留2008年改造時(shí)更換的旋冷儀取樣器，設(shè)計(jì)使用相同的取樣及試樣處理系統(tǒng)。這樣，能保證進(jìn)入色譜儀前的3個(gè)流路的試樣溫度、壓力、流量、清潔程度都適合色譜儀的操作條件，使改造效果達(dá)到最優(yōu)化。

2) 建議在取樣器出口增加流量控制檢測單元控制樣氣流量,防止流量過大,帶出油霧和水。

3) 增加試樣處理系統(tǒng)過濾單元，將試樣中油、水徹底分離。

4) 建議增加取樣裝置中壓縮空氣壓力，提高渦流制冷效果。

5) 對試樣、伴熱管線進(jìn)行改造，建議采用試樣0．64 cm、蒸汽0．95 cm一體化蒸汽伴熱管纜，以保證保溫伴熱充足，試樣流量、壓力穩(wěn)定。

6) 建議預(yù)處理系統(tǒng)中采用工作性能穩(wěn)定的流路切換閥及進(jìn)樣閥。

6 結(jié)束語

通過對該廠裂解裝置8號爐色譜儀AR10803取樣及前處理系統(tǒng)改造，有效地將試樣中的雜質(zhì)、油污、冷凝液過濾干凈，大幅減小了旋冷儀出口試樣中的油污含量，阻止了雜質(zhì)對色譜儀的堵塞以及污染。優(yōu)化與完善后的取樣及前處理系統(tǒng)能準(zhǔn)確控制旋冷儀出口樣品的溫度、流量。通過對整個(gè)在線色譜儀系統(tǒng)的精心維護(hù)，能確保色譜在線分析的長周期可靠運(yùn)行。

參考文獻(xiàn)：

[1] 王森，符青靈．儀表工試題集： 在線分析儀表分冊[M]．北京： 化學(xué)工業(yè)出版社，2006．

[2] 樂嘉謙．儀表工手冊[M]．2版．北京： 化學(xué)工業(yè)出版社，2004．

[3] 崔福軍． 對在線色譜儀的一次成功改造[J]．石油化工自動(dòng)化,2000，36(02)： 79-80．

[4] 王軍． 色譜在線取樣方式的研究[J]．齊魯石油化工，2007(02)： 102-103．

[5] 楊金城． 石化行業(yè)乙烯裂解氣在線分析系統(tǒng)性能評價(jià)及存在問題探析[J]．石油化工自動(dòng)化,2009，45(06)： 1-5．

[6] 張會(huì)國,曲衛(wèi)方,生顯林,等．乙烯裂解氣在線分析取樣系統(tǒng)存在的問題及改進(jìn)措施[J]．化工自動(dòng)化及儀表,2008(05)： 93-96．

[7] 曲衛(wèi)方． 乙烯裂解氣在線色譜儀應(yīng)用解析[J]．化工自動(dòng)化及儀表，2009(02)： 88-91．

[8] 宋夕平，葛孚強(qiáng),徐廣通，等． 乙烯裝置裂解氣在線色譜的預(yù)處理系統(tǒng)改進(jìn)方法的研究與應(yīng)用[J]．石油化工，2004(06)： 575-578．

[9] 高枝榮，王川，張育紅，等． 在線色譜分析及其在石化中的應(yīng)用問題探討[J]．化工自動(dòng)化及儀表,2009(01)： 71-74．

[10] 張瑜,關(guān)淞云，劉巨才． 在線色譜儀和質(zhì)譜儀在石化工業(yè)中的應(yīng)用[J]．硅谷，2012(01)： 153,160．