煉廠常壓塔頂出口酸性氣體含量在線檢測

劉沛，何之源，張佳亮，陳世龍，盧勇

（中國石油蘭州石化公司研究院，甘肅蘭州730060）

煉廠常壓塔頂出口酸性氣體含量在線檢測

劉沛，何之源，張佳亮，陳世龍，盧勇

（中國石油蘭州石化公司研究院，甘肅蘭州730060）

常減壓蒸餾裝置是石油化工生產企業(yè)的“龍頭”，它為下游石油化工裝置生產提供原料，如果因為常減壓蒸餾裝置設備腐蝕，發(fā)生泄漏而計劃外停工，就會直接影響到整個企業(yè)的生產任務的完成和效益的實現。目前國內同類裝置都采用傳統(tǒng)的人工化驗冷凝冷卻系統(tǒng)中硫離子和氯離子濃度的方式反映常頂塔出口中氯化氫和硫化氫的濃度，分析時間長、相對滯后。本文介紹了利用半導體激光吸收光譜技術，原位、快速、實時、在線檢測常頂出口氣體中氯化氫和硫化氫的含量，可推廣至其他常減壓裝置如常頂出口、減頂出口及初餾口等裝置應用，提高經濟效益。

常壓塔頂出口；氯化氫；硫化氫；在線檢測

蘭州石化公司550×104t/a常減壓蒸餾裝置所加工的原油大部分都是高硫、高酸、高殘?zhí)?、高重金屬含量的重質原油。在蒸餾的過程中，常減壓裝置中常壓塔頂屬于低溫輕油部位（溫度約為120℃），為酸性環(huán)境腐蝕，對碳鋼表現為均勻腐蝕，對0Cr13鋼表現為點腐蝕，對奧氏體不銹鋼表現為應力腐蝕開裂[1]。低溫輕油部位的腐蝕是原油加工過程中釋放出來的酸性氣體氯化氫和硫化氫共同作用的結果，因為原油中的氯化物和硫化物受熱分解產生的硫化氫和氯化氫主要集中在常壓塔內，隨油氣進入塔頂和冷凝冷卻系統(tǒng)，對換熱器、管線、空冷器造成腐蝕。目前裝置上采取的防腐措施就是在揮發(fā)線中注入中和緩蝕劑和注水的方式，而注入中和緩蝕劑和水的量由氯化氫和硫化氫氣體的含量決定的。目前對于常頂出口氣體中氯化氫和硫化氫的含量無法準確測定，只是對后續(xù)系統(tǒng)中的冷凝水里的氯離子和硫離子含量進行檢測，其缺點是由于硫化氫氣體在水中的溶解度較小，所測得的硫離子濃度并不能真實反映出口氣體中硫化氫的真實濃度，再加上化驗室所測得的數據相對滯后，不能及時反映裝置生產狀況。

本文主要介紹利用半導體激光吸收光譜技術，原位、快速、實時、在線檢測常頂出口氣體中氯化氫和硫化氫的含量，裝置操作人員可根據其含量和中和緩蝕劑中有效堿的濃度計算出加入中和緩蝕劑的量，有效調節(jié)塔頂冷凝系統(tǒng)的pH值，以達到控制設備以及管線腐蝕的效果。

1 激光吸收光譜在線檢測技術

激光吸收光譜分析方法是利用氣體分子經激光照射后激發(fā)能量量子化的現象對氣體的成分進行分析，不同氣體分子具有不同的特征吸收光譜。通過與色譜法[2]、分光光度法[3]、化學滴定法[4]等分析方法進行對比，激光光譜分析具有系統(tǒng)結構簡單、可靠性高、測量準確、響應速度快、惡劣環(huán)境適應力強、光學非接觸檢測、測量無擾動等優(yōu)點，通過光譜分析理論分析可以找到只對H2S與HCl有吸收作用的光譜譜段，用該譜段的激光對樣品氣進行吸收率檢測可以測出樣品氣體含量（見圖1）。

圖1 激光吸收光譜在線檢測技術

待測樣品通過流量計在油浴加熱池里被加熱至110℃～125℃（模擬常壓塔頂出口環(huán)境溫度），通過管道混合器以及混合罐里均勻混合，樣品進入到測量室，由發(fā)射單元發(fā)出的激光束經過測量室時，待測樣品中的H2S與HCl吸收了部分激光而使光強度減弱，根據光強度的衰減與被測氣體中H2S與HCl的濃度成一定的函數關系，接收單元會顯示樣品中的H2S與HCl含量，測量完的樣品經冷凝器進入分離罐和吸收罐（見圖2）。

2 HCl在線分析儀準確性、重復性實驗

實驗條件：所測氣體壓力為0.1 MPa，流量為400 L/h，儀器透光率T=94%，HCl分析儀測量量程為0～10 000 mg/L，誤差為滿量程的±1%。

把三種樣品編號：①500 mg/L；②999 mg/L；③1 831 mg/L。

按照①-②-③-②-①-②-③-①-③的順序切換進樣（見表1）。

由表1看出，對于不同濃度的氣體，儀表檢測數據和標準值之間的極差最大為81 mg/L，小于誤差±1%的滿量程，測量準確度高。

表1 切換進樣所測數據

抽取了儀表在線連續(xù)運行期間100次的實驗結果（見圖3）。從圖表中可以發(fā)現，檢測數據和標準值之間的極差都在誤差±1%的滿量程之內，表明HCl激光氣體分析儀在準確性、重復性方面滿足檢測需求。

3 H2S在線分析儀準確性、重復性實驗

實驗條件：所測氣體壓力為0.1 MPa，流量為400 L/h，儀器透光率T=99%，H2S分析儀的測量量程為0～50 000 mg/L，誤差為滿量程的±1%。

圖2 在線分析系統(tǒng)

圖3 500mg/L樣品的重復性實驗

圖4 3000 mg/L樣品的重復性實驗

把三種樣品編號：①1 000 mg/L；②3 000 mg/L；③5 000 mg/L。

按照①-②-③-②-①-②-③-①-③的順序切換進樣（見表2）。

表2 切換進樣所測數據

由表2看出，對于不同濃度的氣體，儀表檢測數據和標準值之間的極差最大為381 mg/L，小于誤差±1%的滿量程，測量準確度高。

抽取了儀表在線連續(xù)運行期間100次的實驗結果（見圖4）。從圖表中可以發(fā)現，檢測數據和標準值之間的極差都在誤差±1%的滿量程之內，表明H2S激光氣體分析儀在準確性、重復性方面滿足檢測需求。

4 總結與展望

利用半導體激光技術對常壓塔頂揮發(fā)管線中的酸性氣體（H2S和HCl）進行在線檢測，可以準確實時的反映塔頂出口中酸性氣體的真實含量，裝置工藝人員可根據其含量和中和緩蝕劑中有效堿的濃度計算出加入中和緩蝕劑的量，有效調節(jié)塔頂冷凝系統(tǒng)的pH值，達到控制設備以及管線腐蝕的效果。

［1］湯世華.常壓塔頂低溫輕油部位腐蝕原因分析及對策［J］.四川化工，2012，15（4）：27－31.

［2］陳惠珠，彭謙.離子色譜法測定車間空氣中氯化氫［J］.現代科學儀器，2003，11（1）：67－69.

［3］楊璐.硫氰酸汞分光光度法測定氯化氫中的影響因素及解決方法［J］.環(huán)境科學與管理，2013，38（5）：139-142.

［4］盧乙試.煤氣和工藝冷凝液中氯化氫的測定［J］.河南化工，2012，29（5）：49－50.

TE962

A

1673-5285（2017）02-0149-03

10.3969/j.issn.1673-5285.2017.02.036

2017－01-05