在線分析儀表在烯烴裝置的應(yīng)用及常見(jiàn)問(wèn)題處理

許思敏

(中國(guó)石化上海石油化工股份有限公司烯烴部，上海 200540)

烯烴在國(guó)民經(jīng)濟(jì)中極為重要，它代表了一個(gè)國(guó)家的石化工業(yè)水平。隨著工業(yè)發(fā)展水平的不斷提高，烯烴生產(chǎn)工藝流程日趨復(fù)雜，成分分析變得越來(lái)越重要。而在線分析儀表可以更好地對(duì)工藝系統(tǒng)的關(guān)鍵成分進(jìn)行監(jiān)視和控制，避免了手動(dòng)取樣分析帶來(lái)的時(shí)間滯后現(xiàn)象。因此，企業(yè)應(yīng)加大在線分析儀表的研發(fā)和使用力度[1]。

1 在線分析儀表在烯烴生產(chǎn)上的作用

1.1 提高生產(chǎn)效率

在線分析儀表在烯烴生產(chǎn)過(guò)程中具有極其突出的作用，相對(duì)于實(shí)驗(yàn)室分析，在線分析儀表能夠從流量、壓力以及物料組分等方面對(duì)生產(chǎn)過(guò)程進(jìn)行整體監(jiān)控，不但可以通過(guò)在線分析的方式來(lái)達(dá)到直接監(jiān)控物料轉(zhuǎn)化率以及產(chǎn)品質(zhì)量的效果，同時(shí)可以指導(dǎo)工藝參數(shù)的調(diào)整。如果能夠統(tǒng)合生產(chǎn)數(shù)據(jù)，建立智能化的控制系統(tǒng)，以科技手段輔助工藝操作，工廠將可以在同樣投入的情況下取得更高的經(jīng)濟(jì)效益。

1.2 保證裝置的安穩(wěn)運(yùn)行

在線分析儀表的最重要特點(diǎn)是可以連續(xù)不間斷地監(jiān)控生產(chǎn)過(guò)程。相比于常規(guī)生產(chǎn)控制手段，能夠全天候?qū)ιa(chǎn)全流程進(jìn)行監(jiān)控，更快速地對(duì)異常信號(hào)進(jìn)行抓取，所以在確保生產(chǎn)穩(wěn)定方面具有不可替代的效果。從生產(chǎn)實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)來(lái)看，在線分析儀表可以有效地協(xié)助排查生產(chǎn)故障問(wèn)題，不但可以協(xié)助技術(shù)人員快速摸排異常原因，同時(shí)可以對(duì)可能發(fā)生的質(zhì)量問(wèn)題進(jìn)行預(yù)警，從而協(xié)助工藝人員及時(shí)進(jìn)行工藝調(diào)整和操作，消除隱患，避免重大質(zhì)量事故的發(fā)生。

1.3 監(jiān)測(cè)污染狀況

隨著國(guó)家環(huán)保要求越來(lái)越嚴(yán)，在線分析儀表在安全和環(huán)保方面的應(yīng)用也越來(lái)越廣。對(duì)于烯烴裝置而言，利用在線分析儀表測(cè)量燃燒后廢氣組分含量和排污水的化學(xué)耗氧量(COD)等，可以有效地協(xié)助解決能耗高、污染大的問(wèn)題。借助在線分析儀表還可以對(duì)廢水廢氣進(jìn)行合理監(jiān)控，提升污染防控工作水平，充分滿足國(guó)家環(huán)保要求。

2 在線分析儀表在烯烴裝置的應(yīng)用情況

在線分析儀表在烯烴裝置有著廣泛的應(yīng)用，在此根據(jù)在線分析儀表類型進(jìn)行介紹。

2.1 氣相色譜在線分析儀

氣相色譜在線分析儀可以基于不同物質(zhì)在固定相和流動(dòng)相所構(gòu)成的體系，即色譜柱中具有不同的分配系數(shù)將被測(cè)樣氣各組分分離，然后用檢測(cè)器將各組成氣體的色譜峰轉(zhuǎn)變成電信號(hào)，經(jīng)電子放大器轉(zhuǎn)換成電壓或電流輸出。氣相色譜在線分析儀在烯烴裝置的裂解和分離單元具有廣泛的應(yīng)用，主要用于富乙烷氣、裂解氣和分離塔塔頂氣的組分分析，可以直觀地確定反應(yīng)和分離程度，從而指導(dǎo)工藝操作，提升產(chǎn)品的整體性能。氣相色譜在線分析儀主要安裝在爐出口、干燥器以及反應(yīng)器出口，以此來(lái)確保生產(chǎn)運(yùn)行的可靠性。在關(guān)鍵質(zhì)量控制點(diǎn)，在線分析儀表與實(shí)驗(yàn)室分析采樣點(diǎn)往往靠得很近，從而減少對(duì)兩者數(shù)據(jù)的影響，以雙重分析的方式提高工藝操作的準(zhǔn)確性。在整個(gè)過(guò)程中，樣品的傳輸具有一定的滯后性，可能會(huì)影響分析的結(jié)果，所以在進(jìn)行取樣器的設(shè)置時(shí)，要確保流量盡可能穩(wěn)定，并且設(shè)置好預(yù)處理系統(tǒng)的溫度控制標(biāo)準(zhǔn)，提升控制精度。氣相色譜在線分析儀使用過(guò)程中經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)裂解爐燒焦后取樣器沒(méi)有及時(shí)關(guān)閉的問(wèn)題，可能會(huì)導(dǎo)致分析設(shè)備產(chǎn)生故障。針對(duì)上述問(wèn)題，可以通過(guò)構(gòu)建樣品傳輸快速回路的方式來(lái)解決，不但可以提升采樣的效率，也可以進(jìn)一步優(yōu)化預(yù)處理的設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)，做好壓力波動(dòng)幅度的調(diào)整。

2.2 微量水分析儀

微量水分析儀是用于檢測(cè)水分的儀器，有電解法、阻容法、冷鏡法、光纖法等幾種類型。以常見(jiàn)的阻容法為例，利用吸濕物質(zhì)的電學(xué)參數(shù)隨濕度變化的原理進(jìn)行測(cè)量。氧化鋁薄膜傳感器遇到水汽后引起電抗的改變，通過(guò)測(cè)量電抗的變化，可以得知被測(cè)氣體中濕度的大小。阻容法微量水分析儀在烯烴裝置中往往用于干燥器出口氣體中的微量水測(cè)定，以確保干燥效果能夠達(dá)到工藝要求。以聚乙烯樹(shù)脂生產(chǎn)為例，如果作為原料的乙烯其水分含量過(guò)高,將降低催化劑的活性,減少反應(yīng)堆中聚乙烯的產(chǎn)量，過(guò)多的水分還會(huì)縮短催化劑的使用壽命。在微量水分析儀的使用過(guò)程中，需要重點(diǎn)關(guān)注以下問(wèn)題：(1)微量水分析儀的檢測(cè)限極低，各種因素都會(huì)對(duì)結(jié)果產(chǎn)生較大影響，因此必須保證管道和設(shè)施的清潔，同時(shí)保證氣體輸送的穩(wěn)定，最好將采樣口置于長(zhǎng)輸送管線中部；(2)為了克服探頭老化的問(wèn)題，需要定期對(duì)設(shè)備進(jìn)行校準(zhǔn)，可以采用實(shí)驗(yàn)室分析與儀表數(shù)據(jù)定期比對(duì)的形式確保設(shè)備靈敏。

2.3 紅外分析儀

紅外線氣體在線分析儀利用紅外線進(jìn)行氣體分析。它基于待分析組分的濃度不同，使得吸收的輻射能不同，因此剩下的輻射能使得檢測(cè)器里的溫度升高不同，動(dòng)片薄膜兩邊所受的壓力也就不同，從而產(chǎn)生一個(gè)電容檢測(cè)器的電信號(hào)。這樣，就可間接測(cè)量出待分析組分的濃度。相對(duì)于氣相色譜在線分析儀，它不需要過(guò)于復(fù)雜的樣品前處理過(guò)程，可以廣泛應(yīng)用于氣體、液體等各種物料分析，目前主要應(yīng)用于石腦油、碳五、加氫尾油等原料分析，以及與氣相色譜儀一起對(duì)壓縮和分析單元各處物料進(jìn)行組分分析。

2.4 pH儀和電導(dǎo)儀

pH儀和電導(dǎo)儀在工業(yè)水系統(tǒng)中極為常見(jiàn)，廣泛用于工業(yè)水酸堿度和鹽含量的指示。烯烴裝置在生產(chǎn)過(guò)程中對(duì)于水質(zhì)通常具有較高的要求，而在線分析儀表相對(duì)于實(shí)驗(yàn)室分析排除了取樣干擾，數(shù)據(jù)更加準(zhǔn)確，且穩(wěn)定性更高。但是在使用過(guò)程中，pH儀和電導(dǎo)儀可能會(huì)受到油污、懸浮物的影響而出現(xiàn)精準(zhǔn)度下降的問(wèn)題，所以設(shè)備的定期校準(zhǔn)相對(duì)其他儀表顯得更為重要，且所需頻次也更高。

2.5 熱值儀

熱值儀作為乙烯裂解生產(chǎn)的專用設(shè)備，可以通過(guò)熱值分析與控制的方式來(lái)提升燃料的綜合效率，從而得到節(jié)能和控制成本的效果。通過(guò)對(duì)比樣品與助燃空氣的差異，可以對(duì)燃燒空氣的流量值、溫度條件以及構(gòu)成元素比例進(jìn)行控制，從而確保在煙氣溫度不變的情況下提升熱值水平的效果。由于可以達(dá)到快速響應(yīng)、精準(zhǔn)調(diào)控的效果，所以無(wú)論是熱值還是燃料密度都可以達(dá)到預(yù)期的參數(shù)。經(jīng)過(guò)技術(shù)調(diào)整與控制，熱值儀也可以為實(shí)現(xiàn)企業(yè)經(jīng)濟(jì)效益的提升創(chuàng)造良好的條件[2]。

3 在線分析儀表在使用中的常見(jiàn)問(wèn)題及處理

在線分析儀表屬于精密儀表，在使用過(guò)程中經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)各種問(wèn)題，如硫化物、灰塵、水分等都會(huì)極大干擾分析儀表運(yùn)行的穩(wěn)定，溫度、流量等參數(shù)的設(shè)置也會(huì)對(duì)數(shù)據(jù)準(zhǔn)確性產(chǎn)生影響。在此以烯烴裝置在線分析儀表常見(jiàn)的幾種問(wèn)題為例，對(duì)儀表運(yùn)行故障處理進(jìn)行探討。

3.1 設(shè)備選型不當(dāng)

在線分析儀表型號(hào)種類多，同一種樣品可能有多種儀表型號(hào)可供選擇。例如硫含量分析儀，常見(jiàn)的型號(hào)有X熒光硫分析儀和紫外熒光硫分析儀。X熒光硫分析儀結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，不需要前期處理，適用于各種環(huán)境下的樣品如原油；而紫外熒光硫分析儀對(duì)樣品要求高，需要對(duì)樣品進(jìn)行前期復(fù)雜處理，但分析精度高，適用于成品油等。同樣原理，一般分析一氧化碳、二氧化碳時(shí)可以用電導(dǎo)式或紅外線分析儀，背景氣為干凈的氫、氮?dú)獾龋也缓辛蚧瘹?、不飽和烴、氨及較多水分。被測(cè)氣體溫度在5～40 ℃，壓力大于0.5 MPa，一般應(yīng)選用紅外線吸收式微量氣體分析儀；測(cè)量精度要求不高時(shí)，可選用電導(dǎo)式分析儀。

某烯烴裝置曾發(fā)生過(guò)如下問(wèn)題：急冷水pH指示時(shí)常不準(zhǔn)，設(shè)備人員現(xiàn)場(chǎng)對(duì)管線、閥門和電極等部位進(jìn)行剖析，發(fā)現(xiàn)是電極沒(méi)有使用耐油型電機(jī)，而急冷水中含有少量的油，因此用一般的電極對(duì)樣品進(jìn)行前處理系統(tǒng)極易受到干擾，造成數(shù)據(jù)不準(zhǔn)，通過(guò)更換耐油型電極，pH恢復(fù)正常。這就是選型不當(dāng)引發(fā)的一種典型問(wèn)題。

如果選型不當(dāng)，應(yīng)根據(jù)具體情況采取不同處理措施：(1)選型時(shí)未考慮物料雜質(zhì)影響，儀表數(shù)據(jù)偏離實(shí)際情況,根據(jù)雜質(zhì)情況，對(duì)預(yù)處理系統(tǒng)進(jìn)行改造，如增加防塵、脫硫、吸附步驟，對(duì)物料進(jìn)行凈化，同時(shí)根據(jù)實(shí)驗(yàn)室分析數(shù)據(jù)而非標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)對(duì)標(biāo)準(zhǔn)曲線進(jìn)行優(yōu)化，從而保證數(shù)據(jù)準(zhǔn)確性；(2)儀表精度不達(dá)標(biāo),根據(jù)物料組分情況，縮小儀表量程，從而相對(duì)擴(kuò)大儀表靈敏度，提高儀表精度，此種情況下要特別注意對(duì)儀表的安全保護(hù)，防止物料超常波動(dòng)損傷儀表。

當(dāng)然后期改造或調(diào)整只能相對(duì)改善儀表的應(yīng)用情況，最根本的解決方案還是在儀表選型過(guò)程中充分考慮物料的性質(zhì)和組分的含量及檢驗(yàn)精度需求等，對(duì)儀表運(yùn)行過(guò)程中產(chǎn)生較大影響的因素進(jìn)行充分研究，確保儀表適用于當(dāng)前生產(chǎn)環(huán)境。

3.2 預(yù)處理系統(tǒng)故障

在線分析儀表屬于精密儀表，而乙烯樣品的組分較多，通常含有一定量的雜質(zhì)，在樣品帶水、帶油污等情況時(shí)，難以滿足分析儀表的應(yīng)用要求，且極易造成檢測(cè)器的污染。

以工業(yè)生產(chǎn)中常用的氣體檢測(cè)分析儀表和紅外線分析儀表為例，紅外線分析集光電于一體，紅外線分析儀的檢測(cè)部件主要由光源、氣室、檢測(cè)氣等組成。其工作原理是紅外線的選擇吸收，要求紅外光在氣室中是平行的，并且無(wú)吸收、無(wú)反射。因此，預(yù)處理在在線分析儀表的應(yīng)用中起著關(guān)鍵的作用，進(jìn)表氣體必須干凈無(wú)灰塵、禁止水分及硫化物進(jìn)入氣室，否則會(huì)加快氣室的污染、縮短分析儀表的使用壽命。

預(yù)處理系統(tǒng)在很大程度上決定了分析儀表的測(cè)量準(zhǔn)確性。在實(shí)際操作中，預(yù)處理系統(tǒng)要充分考慮到可能對(duì)數(shù)據(jù)產(chǎn)生影響的雜質(zhì)情況，如含水量和含塵量。在線分析儀表的預(yù)處理系統(tǒng)主要分為前級(jí)處理和后級(jí)處理。前者主要是進(jìn)行簡(jiǎn)單的樣品處理，保證樣品可以順利傳輸，讓后級(jí)處理更順利地完成，以降低樣品溫度為例，前級(jí)處理主要是進(jìn)行脫水處理，對(duì)壓力予以調(diào)整，從而達(dá)到降低樣品露點(diǎn)的效果；而后者主要是對(duì)樣品作進(jìn)一步的處理，包含對(duì)壓力和溫度的深入調(diào)整、流量的有效控制、去除其中有害物質(zhì)等。通過(guò)上述兩級(jí)處理，最終的樣品才能滿足工藝生產(chǎn)的需要，確保最終分析結(jié)果的準(zhǔn)確性。同時(shí)在常規(guī)維護(hù)過(guò)程中，需要定期清理過(guò)濾器，定期更換活性炭和檢查預(yù)處理的氣密性。維護(hù)不當(dāng)不僅影響到分析數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性，也關(guān)系到人身和設(shè)備的安全問(wèn)題。

3.3 設(shè)備參數(shù)設(shè)置不當(dāng)

查詢烯烴產(chǎn)品的國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)可以發(fā)現(xiàn)，產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)對(duì)于檢驗(yàn)設(shè)備參數(shù)的設(shè)定有明確的要求。同理，在線分析儀表設(shè)備參數(shù)的設(shè)置對(duì)于檢測(cè)數(shù)據(jù)準(zhǔn)確性也有著決定性的影響。以黏度計(jì)為例，在國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)中對(duì)測(cè)定溫度有嚴(yán)格控制，SC-131急冷油黏度在實(shí)驗(yàn)室人工分析環(huán)境中溫度為80 ℃時(shí)測(cè)得運(yùn)動(dòng)黏度，而現(xiàn)場(chǎng)黏度計(jì)在環(huán)境溫度為170 ℃時(shí)測(cè)得運(yùn)動(dòng)黏度，因此儀表的條件設(shè)置與實(shí)驗(yàn)室的條件設(shè)置不一致，測(cè)量的結(jié)果無(wú)法與工藝指標(biāo)相匹配，儀表的數(shù)據(jù)與人工分析數(shù)據(jù)偏差較大。同樣，老區(qū)裂解氣干燥器FA-209A/B的水分在線分析儀表，儀表數(shù)據(jù)與實(shí)驗(yàn)室數(shù)據(jù)有巨大偏差，經(jīng)分析，雖然儀表溫度和流量設(shè)置正確，但預(yù)處理系統(tǒng)的伴熱管線溫度過(guò)高，實(shí)際環(huán)境與設(shè)備參數(shù)不一致，通過(guò)更換探頭、關(guān)小管線伴熱、關(guān)閉回收閥門等措施，目前水分儀數(shù)據(jù)已趨于正常。

因此，生產(chǎn)工藝人員與儀表維護(hù)人員要做好溝通，確保在線分析儀表分析過(guò)程與實(shí)驗(yàn)室分析環(huán)境下的溫度、壓力等保持一致；同時(shí)，對(duì)現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境進(jìn)行確認(rèn)，核實(shí)環(huán)境能否滿足參數(shù)設(shè)置情況；定期對(duì)儀表數(shù)據(jù)和實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行比對(duì)，確保儀表運(yùn)行正常；最后，設(shè)備人員應(yīng)熟練掌握儀表正常運(yùn)行所需的溫度、壓力，及時(shí)對(duì)設(shè)備進(jìn)行維護(hù)保養(yǎng)，這樣才能確保在線分析儀表的長(zhǎng)期穩(wěn)定運(yùn)行。

4 結(jié)語(yǔ)

隨著市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)的加劇，在線分析儀表這種能夠起到節(jié)能增效作用的設(shè)備在化工生產(chǎn)上的應(yīng)用必將越來(lái)越廣泛，因而化工儀表的故障維修也將變得越來(lái)越重要。除了故障后的檢修外，設(shè)計(jì)之初做好儀表選型，日常做好化工儀表的維護(hù)工作，盡可能減少故障的發(fā)生概率，技術(shù)人員不斷提高自身修養(yǎng)，定期對(duì)化工儀表進(jìn)行檢修和維護(hù)，這些措施才是儀表長(zhǎng)期穩(wěn)定運(yùn)行的關(guān)鍵所在。