煉油裝置在線分析儀的典型配置

葉信旭，曾維俊

(中國石油化工股份有限公司鎮(zhèn)海煉化分公司質(zhì)量技術(shù)中心，浙江 寧波 315207)

煉油裝置在線分析儀的典型配置

葉信旭，曾維俊

(中國石油化工股份有限公司鎮(zhèn)海煉化分公司質(zhì)量技術(shù)中心，浙江 寧波 315207)

在線分析儀可以快速、實時監(jiān)測產(chǎn)品參數(shù)，能快速發(fā)現(xiàn)泄漏等異常情況和安全隱患。在煉油裝置穩(wěn)定運(yùn)行、提高產(chǎn)品質(zhì)量、降低能耗的前提下，在線分析儀越來越得到重視。如何合理配置在線分析儀、匹配符合實際情況的預(yù)處理系統(tǒng)顯得尤為重要。對原油加工裝置、催化裂化及其聯(lián)合裝置、催化重整裝置、硫回收裝置在線分析儀的合理配置、選型，以及應(yīng)用中出現(xiàn)的問題進(jìn)行了討論，使在線分析儀能在提升產(chǎn)品質(zhì)量方面發(fā)揮更重要的作用。

控制要點(diǎn) 在線分析儀 預(yù)處理系統(tǒng)

通常煉油裝置的加工流程是將原油引入常減壓裝置通過加熱蒸餾、分餾得到各種不同的側(cè)線餾分，這些餾分的部分質(zhì)量指標(biāo)由于不符合汽柴油產(chǎn)品的質(zhì)量要求，因而不能直接出廠銷售，還需將它們當(dāng)成原料進(jìn)入下一道甚至再下一道工序進(jìn)行二次、三次加工，常見的后續(xù)加工裝置主要有催化裂化、加氫裂化、催化重整、加氫等，可以生產(chǎn)出汽柴油、航空煤油等產(chǎn)品。同時一些餾分還可以通過芳烴、乙烯裂解、聚烯烴等裝置生產(chǎn)出芳烴、烯烴、聚烯烴等化工產(chǎn)品。

加工過程中目標(biāo)產(chǎn)品都有相應(yīng)的質(zhì)量指標(biāo)要求，傳統(tǒng)的做法是在固定時間采樣進(jìn)行化驗分析來判別確認(rèn)。但由于煉油裝置具有集約化程度高、系統(tǒng)流程長、能耗大等特點(diǎn)，尤其在當(dāng)前提高質(zhì)量、降低能耗、節(jié)約資源、環(huán)境友好的新要求下，生產(chǎn)的苛刻度更加嚴(yán)格，裝置操作的彈性不斷壓縮，而實驗室采樣、分析再出數(shù)據(jù)結(jié)果有一定的滯后，當(dāng)分析數(shù)據(jù)表明質(zhì)量不合格時，不合格品已流入下一道工序，甚至到下一個產(chǎn)品罐。為解決該矛盾，近些年符合連續(xù)性生產(chǎn)的在線儀表新產(chǎn)品不斷投入應(yīng)用，為裝置優(yōu)化操作、質(zhì)量卡邊操作、及時調(diào)整控制提供了依據(jù)，特別是部分快速分析儀表可以數(shù)分鐘內(nèi)就檢測一個數(shù)據(jù)，已成為裝置操作人員很好的幫手。

在線分析儀是1套復(fù)雜的系統(tǒng)，一般由取樣系統(tǒng)、預(yù)處理系統(tǒng)、進(jìn)樣系統(tǒng)、儀表測試系統(tǒng)、信號傳輸系統(tǒng)及分析小屋組成。如何對在線分析儀表進(jìn)行合理布局、如何選擇適宜的分析儀表、配置什么樣的預(yù)處理及進(jìn)樣系統(tǒng)等將決定在線分析儀表能否穩(wěn)定、長周期運(yùn)行。文中就石油煉制企業(yè)常見裝置在線分析儀典型配置及應(yīng)用進(jìn)行了探討。

1 典型加工裝置在線儀的配置

1.1 原油加工裝置

原油加工裝置一般稱為常減壓裝置，其主要目的是將原油通過加熱分餾的方式，分割成組分不同的目的原料，供下游裝置進(jìn)行再加工，它的控制關(guān)鍵點(diǎn)是要得到滿足下游加工裝置條件的原料，主要有石腦油、航空煤油、柴油、蠟油及渣油。根據(jù)各個原料質(zhì)量指標(biāo)的不同控制要求進(jìn)行重點(diǎn)控制，相關(guān)在線儀表配置見表1所列。

表1 原油加工裝置在線儀表配置

需說明的是，對于蠟油、渣油等重質(zhì)油的餾程目前還無成熟的在線儀技術(shù)應(yīng)用，渣油生產(chǎn)瀝青產(chǎn)品時相關(guān)分析也無成熟技術(shù)應(yīng)用。

原油水含量分析有電容法、核磁法、頻譜法等多種原理，但技術(shù)都不太成熟，目前只適用于原油品種相對固定的情形。

1.2 加氫類裝置

加氫類裝置主要對汽油、航煤、柴油、蠟油、渣油等原料在催化劑作用下進(jìn)行加氫反應(yīng)，目的是將硫、氮、氯等雜質(zhì)變成含氫的化合物而脫除，達(dá)到降低硫、氯、氮的目的，確保產(chǎn)品顏色、抗氧化性及總硫質(zhì)量分?jǐn)?shù)滿足質(zhì)量要求。主要包括汽油加氫、航煤加氫、柴油加氫、蠟油加氫、渣油加氫和加氫裂化等裝置，其在線分析儀表配置見表2所列。

目前國內(nèi)柴油產(chǎn)品質(zhì)量升級到國V標(biāo)準(zhǔn)，其對總硫質(zhì)量分?jǐn)?shù)控制為不大于10mg/kg，在線儀技術(shù)有紫外熒光法、X射線法、XOS熒光法等幾種方法，各有優(yōu)劣。但在如此苛刻的要求下，采用紫外熒光法原理進(jìn)行監(jiān)測是最合適的選擇，與柴油產(chǎn)品出廠分析的實驗室方法一致，均滿足ASTM D5453—2009[1]及SH/T 0689—2000[2]的要求，避免了在小質(zhì)量分?jǐn)?shù)分析時兩者偏差過大導(dǎo)致在線分析儀不能發(fā)揮更好作用，否則裝置很難調(diào)整操作。

表2 加氫類裝置在線分析儀表配置

1.3 催化裂化及其聯(lián)合裝置

催化裂化裝置主要是在催化劑作用下，將一次或二次加工得到的蠟油、摻混部分渣油的原料高溫裂化為液化石油氣、汽油、柴油等產(chǎn)品，是生產(chǎn)液化石油氣、汽油產(chǎn)品的主要裝置。其中的液化石油氣可以通過氣體分離裝置分離出價值更高的丙烯，汽油經(jīng)過堿洗或汽油加氫、S-Zorb等裝置加工成為汽油產(chǎn)品最主要的調(diào)和組分，柴油進(jìn)入柴油加氫裝置生產(chǎn)柴油調(diào)和組分，催化裂化及其聯(lián)合裝置在線分析儀表配置見表3所列。

表3 催化裂化及其聯(lián)合裝置在線分析儀表配置

催化汽油本身辛烷值較高，但其總硫質(zhì)量分?jǐn)?shù)高，因此需進(jìn)行脫硫，目前主要采用S-Zorb和輕度加氫兩種工藝，都需總硫質(zhì)量分?jǐn)?shù)不大于10mg/kg，因此建議總硫在線儀盡量選用紫外熒光硫儀。

1.4 催化重整裝置

催化重整裝置主要是重整料石腦油在催化劑作用下高溫反應(yīng)，分子結(jié)構(gòu)發(fā)生重新組合，生成液化石油氣及含芳烴和異構(gòu)化分子為主的高辛烷值重整生成油，是生產(chǎn)高標(biāo)號汽油和芳烴的重要組分。該組分可以再通過芳烴抽提、對二甲苯等裝置生產(chǎn)苯、甲苯、對二甲苯、鄰二甲苯等附加值高的芳烴產(chǎn)品及高標(biāo)號汽油的調(diào)和組分，同時還產(chǎn)出純度較高的氫氣用于加氫裝置使用，催化重整裝置在線分析儀表配置見表4所列。

1.5 硫磺回收裝置

加氫類裝置在使用氫將硫脫除的同時生成了高含H2S，俗稱酸性氣的副產(chǎn)物，由于其劇毒性，不能直接排放，直接燃燒會生成大量的SO2，也不允許排放到大氣，因此必須進(jìn)行回收處理。最常規(guī)的辦法就是采用硫磺回收裝置進(jìn)行處理，將H2S變?yōu)閱钨|(zhì)硫磺作為產(chǎn)品進(jìn)行銷售，硫磺回收裝置在線分析儀表配置見表5所列。

表5 硫磺回收裝置在線分析儀表配置

2 煉油裝置典型在線儀簡介

2.1 在線分析儀系統(tǒng)

在線分析儀又稱過程分析儀，是指直接安裝在工藝過程中，對物料的組分或物性參數(shù)進(jìn)行自動連續(xù)分析的一類儀表。通常由安裝在分析小屋或?qū)ｉT的保護(hù)裝置中的在線分析儀表及安裝在取樣點(diǎn)附近預(yù)處理裝置共同組成一個在線測量系統(tǒng)，以保證良好的環(huán)境適應(yīng)性和高可靠性，其典型的結(jié)構(gòu)如圖1所示。

圖1 在線分析儀表系統(tǒng)示意

取樣裝置從生產(chǎn)設(shè)備中自動快速地提取待分析的試樣，前級預(yù)處理裝置對該試樣進(jìn)行初步處理，預(yù)處理裝置對該試樣進(jìn)行進(jìn)一步冷卻、除水、除塵、加熱、氣化、減壓和過濾等處理，還實現(xiàn)流路切換、試樣分配等功能，為分析儀提供符合技術(shù)要求的試樣。公用系統(tǒng)為整個系統(tǒng)提供蒸汽、冷卻水、儀表空氣、電源等。試樣經(jīng)分析儀分析處理后轉(zhuǎn)換成電流信號遠(yuǎn)傳到DCS。

2.2 在線餾程分析儀

餾程也稱沸程，是指在專門的蒸餾儀器中，所測的油品試樣蒸餾溫度與餾出量之間的關(guān)系，表示油品沸騰的溫度范圍。常以餾出物達(dá)到一定體積分?jǐn)?shù)時，讀出的蒸餾溫度來表示。油品蒸餾出第一滴油時對應(yīng)的蒸氣溫度叫初餾點(diǎn)，試樣蒸餾干后出現(xiàn)的最高溫度叫終餾點(diǎn)。

目前大部分在線餾程儀根據(jù)恩氏蒸餾法原理進(jìn)行在線化設(shè)計，工作原理和實驗室標(biāo)準(zhǔn)方法相同。

2.3 熱導(dǎo)分析儀

熱導(dǎo)式氣體分析儀是根據(jù)不同氣體具有不同熱傳導(dǎo)能力的原理，通過測定混合氣體導(dǎo)熱系數(shù)來推算其中某些組分的體積分?jǐn)?shù)。這種分析儀表簡單可靠，適用的氣體種類較多，應(yīng)用范圍很廣，如氫氣、氨氣、二氧化碳、二氧化硫和低體積分?jǐn)?shù)可燃性氣體。還可作為色譜分析儀中的檢測器用以分析其他成分。由于氣體的熱傳導(dǎo)系數(shù)很小，它的變化量更小，因而很難用直接方法準(zhǔn)確地測量出來。

2.4 紫外熒光總硫分析儀

2.5 色譜分析儀

色譜法的分離原理就是利用待分離的各種物質(zhì)在兩相中的分配系數(shù)、吸附能力等親和能力的不同來進(jìn)行分離，從而按一定次序由固定相中先后流出，被安裝在色譜柱出口的檢測器檢測，輸出對應(yīng)于該組分質(zhì)量分?jǐn)?shù)大小的信號從而得到色譜圖，以一定方法計算出各組分質(zhì)量分?jǐn)?shù)。

2.6 比值分析儀

比值分析儀在硫磺裝置是關(guān)鍵分析儀，控制好H2S和SO2的比值是提高硫轉(zhuǎn)化率的關(guān)鍵。

比值分析儀的分析原理符合朗伯-比爾定律的紫外光度法，是利用1組多波長、無散射的紫外光譜在同1光路同時測量4個通道的互不干涉的紫外光波，波長分別為232，280，254，400nm，分別測量H2S，SO2，硫蒸氣的質(zhì)量分?jǐn)?shù)和參比基準(zhǔn)，經(jīng)過計算得到相應(yīng)結(jié)果。比值分析儀的檢測原理如圖2所示。

圖2 比值分析儀的光學(xué)檢測原理示意

3 存在問題

1) 認(rèn)真巡檢及合適的維護(hù)保養(yǎng)是在線分析儀長周期穩(wěn)定、準(zhǔn)確運(yùn)行的關(guān)鍵。但目前在線分析儀表維護(hù)人員比較缺乏，少數(shù)企業(yè)運(yùn)行維護(hù)采用外包的模式取得了較好的效果。

2) 在線儀表與實驗室之間數(shù)據(jù)經(jīng)常有差異，皆認(rèn)為各自數(shù)據(jù)準(zhǔn)確，導(dǎo)致工藝操作人員無法獲得準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)，最后逐漸對分析儀表失去了信任。目前部分石化企業(yè)為解決該問題，讓在線儀表管理人員牽頭管理，避免責(zé)任推諉，較好地解決該問題。

3) 在進(jìn)行在線分析儀表布局設(shè)置時，存在儀表選型不合適、取樣位置代表性差、預(yù)處理系統(tǒng)配套不符合實際，導(dǎo)致最終儀表投運(yùn)不好。

目前運(yùn)行較好的企業(yè)是運(yùn)行維護(hù)人員和生產(chǎn)管理等單位在設(shè)計階段就參與進(jìn)來，各種問題考慮周全，保證了儀表后期的穩(wěn)定、準(zhǔn)確運(yùn)行，滿足了生產(chǎn)的監(jiān)控需要。該做法值得推廣。

4 結(jié)束語

配置在線分析儀表時，必須結(jié)合不同裝置工藝控制重點(diǎn)及產(chǎn)品質(zhì)量、安全監(jiān)控等要求，同時還需根據(jù)測試的精度、速度要求和試樣潔凈程度、干擾因素、試樣氣液特性等，選擇合適檢測原理的在線分析儀，選擇有代表性的取樣點(diǎn)，并匹配合適的預(yù)處理系統(tǒng)，才能使分析儀表很好地發(fā)揮作用。

[1] 中國石油化工集團(tuán)公司石油化工科學(xué)研究院.SH/T0689—2000輕質(zhì)烴及發(fā)動機(jī)燃料和其他油品的總硫含量測定法(紫外熒光法)[S].北京： 中國標(biāo)準(zhǔn)出版社，2000.

[2] 美國材料與試驗協(xié)會.ASTMD5453—2009紫外線熒光法測定輕質(zhì)烴、火花點(diǎn)火發(fā)動機(jī)燃料、柴油發(fā)動機(jī)油和發(fā)動機(jī)油總硫量的標(biāo)準(zhǔn)試驗方法[S].賓夕法尼亞：美國材料與實驗協(xié)會，2009.

[3] 王森，符青靈.儀表工試題集[M].2版.北京： 化學(xué)工業(yè)出版社，2011.

[4] 謝爾曼RE.過程分析儀樣品處理系統(tǒng)技術(shù)[M].馮秉耘，高長春，譯.北京： 化學(xué)工業(yè)出版社，2004.

Typical Configuration of On-Line Analyzer for Refinery Installation

Ye Xinxu， Zeng Weijun

(Quality & Technology Centre， Sinopec Zhenhai Refining & Chemical Company， Ningbo， 315207， China)

s： Online instrument can be used to monitor product parameters quickly and real time. The abnormal situation of leakage and potential safety can be quickly discovered. Online analyzer is getting more and more attention on improving product quality and decreasing energy consumption with stable refinery equipment running. It is very important on how to allocate reasonable online analyzer and pretreatment system to match actual situation. Reasonable online analyzer allocation and type selection for installation of crude oil processing， catalytic cracking and its unite， catalytic reforming， sulfur recycling are discussed. The problem during application is also discussed. Online analyzer is playing a more and more important role on improving product quality.

key control points; online analyzer; pretreatment system

葉信旭(1976—)，男，1997年畢業(yè)于北京石油化工學(xué)院工業(yè)自動化專業(yè)，現(xiàn)工作于中國石油化工股份有限公司鎮(zhèn)海煉化分公司質(zhì)量技術(shù)中心。

TH83

B

1007-7324(2016)06-0001-04

稿件收到日期： 2016-10-14。