在線氣相色譜儀在聚丙烯裝置中的應(yīng)用

龔寶華

(中韓(武漢)石油化工有限公司，武漢 430080)

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在線氣相色譜儀在聚丙烯裝置中的應(yīng)用

龔寶華

(中韓(武漢)石油化工有限公司，武漢 430080)

摘要：通過對色譜儀應(yīng)用軟件的修改及樣品預(yù)處理系統(tǒng)過濾器的重新選型，既確保了在線氣相色譜儀測量的準(zhǔn)確性，又滿足了工藝生產(chǎn)的實際要求。在裝置倒開車階段，在線氣相色譜儀用于測量丙烯去反應(yīng)器的氫氣含量，由于現(xiàn)場介質(zhì)為高溫高壓，因而導(dǎo)致蒸汽減壓閥損壞，在對其樣品預(yù)處理系統(tǒng)內(nèi)蒸汽減壓閥進行改造后，確保了色譜儀的正常投運，為工藝操作提供了可靠的數(shù)據(jù)。

關(guān)鍵詞：在線氣相色譜儀色譜柱預(yù)處理過濾器

氣相色譜法是一種快速、高效、靈敏的現(xiàn)代分離分析技術(shù)，已廣泛應(yīng)用于石油、化工和環(huán)保等領(lǐng)域。它利用色譜柱和檢測器對混合氣體進行分離和檢測，在線氣相色譜儀能自動、連續(xù)、可靠地運行，具有實時、穩(wěn)定和準(zhǔn)確等優(yōu)點。為了給色譜儀提供符合儀器要求的被測試樣，每臺色譜儀都配有一套完整的取樣和樣品預(yù)處理系統(tǒng)。但在實際應(yīng)用中，由于配件的選型不對，導(dǎo)致樣品預(yù)處理系統(tǒng)的不完善，從而造成色譜儀測量不準(zhǔn)確或不能滿足工藝實際使用要求。筆者分析了武漢乙烯聚丙烯裝置開車過程中，在線氣相色譜儀在投運時出現(xiàn)的

問題，并采取了應(yīng)對措施，使儀表投運正常，既保證了儀表測量的準(zhǔn)確性，又符合工藝生產(chǎn)的要求。

1在線氣相色譜儀的結(jié)構(gòu)及工作原理

1.1系統(tǒng)組成及結(jié)構(gòu)

在線氣相色譜儀由采樣單元、分析器、控制器三部分組成。采樣單元包括樣品處理、流路切換、大氣平衡部件、氣路控制、指示部件等；分析器由恒溫爐、自動進樣閥、色譜柱系統(tǒng)、檢測器組成；控制器的功能是實現(xiàn)對爐溫、進樣、柱切和流路切換系統(tǒng)的程序控制，對檢測器信號進行放大處理和數(shù)據(jù)計算等[1]。在線氣相色譜儀分析系統(tǒng)如圖1所示。

圖1　在線氣相色譜儀分析系統(tǒng)示意

1.2工作原理

工藝試樣經(jīng)取樣和預(yù)處理裝置后變得潔凈、干燥，處理后的試樣連續(xù)流過定量管，然后在載氣的攜帶下進入色譜柱系統(tǒng)，試樣中的各組分被色譜柱內(nèi)的填充劑所吸收或解析，由于不同分子極性不同，被填充劑吸收或解析的程度也不同，因而通過柱子的時間產(chǎn)生差異，在柱出口處發(fā)生分離，再依次進入檢測器。檢測器將組分的濃度信號轉(zhuǎn)換成電信號，微弱的電信號經(jīng)放大電路后進入數(shù)據(jù)處理部件，最后送至主機的液晶顯示器顯示，并以模擬或數(shù)字信號輸出[1]。

2在線氣相色譜儀的應(yīng)用

2.1應(yīng)用概況

武漢乙烯0.4Mt/a聚丙烯裝置有兩條生產(chǎn)線，分別采用國產(chǎn)ST環(huán)管法聚丙烯工藝技術(shù)(簡稱STPP裝置)和日本JPP公司的氣相法聚丙烯工藝技術(shù)(簡稱JPP裝置)，以丙烯、氫氣、乙烯(生產(chǎn)共聚物時用)等為主要原料，可生產(chǎn)均聚、無規(guī)、抗沖共聚等產(chǎn)品。

該裝置配備7臺德國西門子Maxum EditionⅡ型在線氣相色譜儀，對原料精制單元的雜質(zhì)含量以及反應(yīng)器的反應(yīng)物含量進行連續(xù)測量。色譜儀的配置及開車階段的投運狀況見表1所列。

表1　在線氣相色譜儀應(yīng)用概況

在2013年6月聚丙烯裝置試開車時，7臺在線氣相色譜儀隨著工藝流程的打通陸續(xù)投運，但在投運過程中，JPP裝置色譜儀1820-AT-60023原設(shè)計不能滿足工藝實際需要測量點的檢測；STPP裝置色譜儀1810-AT-201中，樣品預(yù)處理系統(tǒng)的蒸汽減壓閥不耐現(xiàn)場高溫高壓，導(dǎo)致色譜儀無法正常投運。

2.2技術(shù)改造

2.2.1工藝應(yīng)用要求及軟件應(yīng)用修改

聚丙烯JPP裝置的西門子Maxum Edition Ⅱ型在線氣相色譜儀1820-AT-60023，測量原料丙烯中甲醇、一氧化碳和二氧化碳雜質(zhì)含量。采用FID檢測器、MODEL50樣品閥和柱間閥，色譜儀配置2個流路，分別測量2個不同采樣點的被測組分，每個流路對應(yīng)1個色譜應(yīng)用方法。

原設(shè)計是色譜儀的流路Stream1檢測丙烯中雜質(zhì)甲醇的含量；流路Stream2檢測乙烯中雜質(zhì)甲醇、一氧化碳和二氧化碳的含量。裝置開工時，按工藝要求，原料丙烯中需增加測量一氧化碳和二氧化碳雜質(zhì)的含量，而原料乙烯是根據(jù)市場需求，在切換牌號生產(chǎn)無規(guī)共聚物時才需添加，故只需分析雜質(zhì)甲醇的含量。根據(jù)工藝實際需求，需對色譜儀的應(yīng)用軟件進行改造，使之滿足工藝使用要求，見表2所列。

表2　色譜儀1820-AT-60023出廠配置與工藝要求

利用西門子色譜軟件Maxun System Manager和Maxum EZChrom對流路和方法的關(guān)聯(lián)關(guān)系做修改，然后用標(biāo)氣重新標(biāo)定色譜儀，檢查并校對組分4～20mA輸出信號。經(jīng)過修改應(yīng)用軟件，該在線氣相色譜儀滿足了工藝的使用要求。

2.2.2對樣品預(yù)處理系統(tǒng)的部分改造

在裝置開車階段，色譜儀1820-AT-60023投運后，工藝人員反映被測組分甲醇的測量值總是偏低。用標(biāo)準(zhǔn)氣重新標(biāo)定后，甲醇的出峰保留時間均和出廠文件中的譜圖相吻合，但測量值偏低。使用與該色譜儀共用同一套預(yù)處理系統(tǒng)的色譜儀1820-AT-60022，分別測量原料丙烯和原料乙烯中的硫化氫含量，同樣存在測量值偏低的問題。針對該現(xiàn)象對色譜儀進行了仔細檢查和深入研究，發(fā)現(xiàn)問題出在樣品預(yù)處理系統(tǒng)的過濾器上。

針對現(xiàn)場被測介質(zhì)是甲醇和硫化氫，預(yù)處理系統(tǒng)內(nèi)的樣品管線、色譜內(nèi)部管線均采用硅鋼管，與試樣接觸的材質(zhì)均為316SS不銹鋼，選用Swagelok品牌的管閥件配置。原技術(shù)協(xié)議里設(shè)計配置精細過濾器，但未特殊說明材質(zhì)要求?，F(xiàn)場使用直通紙質(zhì)過濾器(屬于細過濾器)，由于真濾芯采用濾紙，對甲醇、硫化氫有吸附作用，試樣經(jīng)過減壓、穩(wěn)流和過濾處理后，甲醇、硫化氫被濾芯部分吸附，再由載氣帶入色譜柱系統(tǒng)分離，進入檢測器，造成測量值偏低。經(jīng)過認(rèn)真選型，將紙質(zhì)過濾器更換為燒結(jié)過濾器，由于燒結(jié)過濾器符合過濾被測介質(zhì)不被吸附的要求，在更換過濾器后2臺色譜儀測量值恢復(fù)正常，從根本上解決了測量值偏低的問題。

2.2.3蒸汽減壓閥損壞的處理

在STPP裝置中，在線氣相色譜儀1810-AT-201用于測量丙烯去反應(yīng)器的氫氣含量，在現(xiàn)場測試驗收和現(xiàn)場調(diào)試中，測量值都準(zhǔn)確，但在裝置開車時，色譜儀切換到工藝試樣后只運行了不到20h，指示值全為零。經(jīng)過全面檢查，發(fā)現(xiàn)樣品預(yù)處理箱內(nèi)的樣品流量計內(nèi)無試樣流過，查其原因是樣品預(yù)處理箱內(nèi)的蒸汽減壓閥損壞。

研究發(fā)現(xiàn)，在色譜儀樣品預(yù)處理系統(tǒng)配置時存在蒸汽減壓閥選型錯誤，現(xiàn)場使用的蒸汽減壓閥型號： H2-1D55A3E111，其中A表示減壓閥內(nèi)部密封墊片的材質(zhì)為Tefzel，其能耐的最高溫度是193 ℃，最大操作輸入壓力為2.76MPa，而現(xiàn)場采樣點的壓力在4.2～4.9MPa，預(yù)處理系統(tǒng)均采用低壓蒸汽伴熱，伴熱溫度接近190 ℃，故密封墊片的材質(zhì)不能滿足現(xiàn)場的耐壓使用要求，從而導(dǎo)致色譜儀不能正常投運。將蒸汽減壓閥的密封墊片更換為PEEK材質(zhì)(在193 ℃時的最大操作輸入壓力為24.82MPa)后，蒸汽減壓閥工作正常，色譜投運后，測量值恢復(fù)正常，為裝置開車時工藝操作提供了準(zhǔn)確的測量數(shù)據(jù)。

3結(jié)論

1) 在武漢乙烯聚丙烯裝置開車過程中，針對原設(shè)計配置的在線氣相色譜儀不能滿足現(xiàn)場實際測量需要和測量不準(zhǔn)的現(xiàn)象，對色譜儀的應(yīng)用軟件進行修改，并對其樣品預(yù)處理系統(tǒng)的過濾器、蒸汽減壓閥進行重新選型更換，既滿足了工藝生產(chǎn)的需要，又保證了儀表本身的測量準(zhǔn)確性。

2) 截至目前，7臺在線氣相色譜儀在該裝置全部投運正常，給工藝操作提供及時準(zhǔn)確的分析數(shù)據(jù)，保障工藝的正常生產(chǎn)。

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中圖分類號：TP833

文獻標(biāo)志碼：B

文章編號：1007-7324(2015)03-0079-03

作者簡介：龔寶華(1976—)，女，湖北枝江人，1997年畢業(yè)于湖北廣播電視大學(xué)(全日制)工業(yè)自動化專業(yè)，現(xiàn)就職于中韓(武漢)石油化工有限公司，從事分析儀表管理工作，任助理工程師。

稿件收到日期： 2015-02-13，修改稿收到日期： 2015-04-28。