全密度聚乙烯反應(yīng)器色譜儀波動原因的探討

劉 芯 呂紹峰 蘇德存 詹光福 咸立軍

（1.中石油獨山子石化公司信息網(wǎng)絡(luò)公司乙烯儀表車間；2.中石油獨山子石化公司科技信息處，獨山子 833699）

全密度聚乙烯裝置反應(yīng)器在線色譜儀分析反應(yīng)器內(nèi)的乙烯、氫氣、1?丁烯、1?己烯及異戊烷等氣體濃度，監(jiān)測控制反應(yīng)器的負荷、溫度和產(chǎn)品質(zhì)量。近年來，在線色譜儀測量結(jié)果波動頻繁，嚴重影響工藝控制參數(shù)的調(diào)整和裝置的平穩(wěn)操作，同時也增加了儀表維護人員的工作量。本文對在線色譜儀波動原因展開了深入的探討，并進行了現(xiàn)場實施，在實際生產(chǎn)中也得到了驗證，效果良好。

1 工藝簡述

全密度聚乙烯裝置工藝以乙烯為主要原料，1?丁烯或1?己烯為共聚單體，在催化劑的作用下，在反應(yīng)器內(nèi)聚合反應(yīng)成聚乙烯樹脂。反應(yīng)器內(nèi)的乙烯、共聚單體、氫氣及異戊烷等氣體通過循環(huán)氣壓縮機進入反應(yīng)器。位號30AT43001A/B、30AT40001A/B 在線色譜儀（互為備用）對反應(yīng)器循環(huán)氣進行全組分分析，其中氫氣、乙烯、1?丁烯、1?己烯、異戊烷的測量結(jié)果參與工藝控制，直接影響著產(chǎn)品質(zhì)量，因此在線色譜儀能否正確、平穩(wěn)運行對工藝生產(chǎn)具有重要的作用［1］。

2 原因探討

在對在線色譜儀進行檢修、維護的過程中，發(fā)現(xiàn)造成在線色譜儀波動的原因主要有：樣品溫度變化引起重組分汽化不完全造成波動；樣品閥故障造成頻繁波動；TCD 檢測器性能惡化，檢測信號出現(xiàn)干擾造成波動；樣品排放有背壓造成測量值波動。

2.1 樣品汽化不完全

在線色譜儀波動的一種情況是重組分異戊烷和1?己烯波動幅度大，而輕組分沒有較大的影響，從現(xiàn)場判斷是保溫伴熱出現(xiàn)了問題。

按要求樣品溫度達到70 ℃以上才能保證樣品不失真，才能滿足在線色譜儀分析條件。因此全密度聚乙烯反應(yīng)器在線色譜儀對樣品的保溫伴熱，包括取樣探頭、樣品傳輸管線、樣品前處理箱、分析小屋預(yù)處理箱、在線色譜儀本機以及返回點處均有嚴格的溫度要求。

實際運行過程中，會出現(xiàn)以下伴熱保溫的問題，造成儀表重組分的波動：

全密度聚乙烯裝置轉(zhuǎn)產(chǎn)頻繁，檢修次數(shù)多，現(xiàn)場經(jīng)常出現(xiàn)拆除保溫、保溫恢復不到位的現(xiàn)象；

從取樣探頭到在線色譜儀的樣品管線經(jīng)過四段低壓蒸汽強制伴熱。長時間不停歇的運行，疏水閥可能出現(xiàn)故障，使得蒸汽的伴熱效率不好；

全密度聚乙烯裝置工藝特點，樣品中帶有大量的粉塵，在快速回路樣品的返回點處，很容易出現(xiàn)堵塞的現(xiàn)象，使得樣品流通不暢，返回點壓力降低，重組分波動。

經(jīng)過對這些問題的分析與處理，消除了樣品伴熱保溫缺失引起樣品汽化不完全對波動造成的影響，加強對在線色譜儀系統(tǒng)伴熱的巡檢；定期對疏水閥進行維護；裝置停工檢修期間對快速回路用氮氣吹掃。

2.2 樣品閥故障

色譜儀采用50 閥作為樣品閥，完成樣品的定量、分離之后，待測樣品進入TCD 檢測器進行分析，如圖1 所示，樣品從右下角進入，經(jīng)過50 閥SR1 和色譜柱R1?1、R1?2A、R1?2B 完成分離后，進入TCD檢測器RR2 進行測量。50 閥出現(xiàn)故障后，會造成每個周期檢測器分析的樣品含量不同，從而引起測量值的波動。50 閥故障形式主要分為兩種，分別為閥被污染和閥動作不到位。

2.2.1 50 閥污染

檢修維護過程中發(fā)現(xiàn)50 閥膜片和閥體上經(jīng)常有黃色液態(tài)粘稠物質(zhì)存在。這些污染物可能會吸附樣品中的一些物質(zhì)，使樣品失真；也可能會造成樣品流通通道的堵塞，使得到達檢測器的樣品含量不穩(wěn)定，進而造成測量結(jié)果不恒定而波動。

針對污染物，選取了過濾液體物質(zhì)但不會改變氣相樣品組成的膜式過濾器增加到樣品預(yù)處理系統(tǒng)中［2］，極大的降低了50 閥污染的次數(shù)，延長了在線色譜儀平穩(wěn)運行周期。

2.2.2 50 閥動作不到位

如圖1 所示，50 閥正常開關(guān)時，樣品流通路徑為：

圖1 色譜儀閥位圖

閥的開關(guān)動作不到位會使得樣品不會按上述正常的順序在閥體通道（1~10）中通行，而出現(xiàn)亂竄的現(xiàn)象，進而使得到達檢測器的樣品時大時小，重復性變差，引起測量的波動。

按照50 閥構(gòu)造和工作原理，再結(jié)合維護經(jīng)驗，判斷造成50 閥動作不到位的原因是閥氣壓力低。在線色譜儀的閥氣來源為工廠儀表風。進入分析小屋的儀表風總管尺寸為1，經(jīng)過兩路互為備用的過濾器，之后通過3/8 變1/4 不銹鋼管線進入色譜儀。

工業(yè)色譜儀對閥氣壓力的要求為6.7 kg±10%，而現(xiàn)場儀表入口處壓力只有5 kg，閥氣壓力嚴重不足，從工廠儀表風進入小屋之后的路徑分析原因主要有①閥氣傳輸過程中漏氣［3］。通過對儀表風管線從分析小屋入口處直到進入在線色譜儀本機的端口之間的接頭進行試漏檢查，發(fā)現(xiàn)每臺在線色譜儀的閥氣入口軟管與接頭連接處都有不同程度的漏氣現(xiàn)象，會造成閥氣或多或少的壓降；②閥氣供氣管線過長，壓降嚴重。分析小屋中有6 臺在線色譜儀，每臺在線色譜儀中有5個50 閥，儀表風供給對象多，會造成分壓多；1/4 傳輸管線過長，造成壓降嚴重，閥氣壓力不足。

重新設(shè)計閥氣管路從儀表風總管的另一端引一路1/4 管線下來，由兩端向在線色譜儀供氣，閥氣壓力由原來的5 kg 升高到6.5 kg，50 閥動作不到位的現(xiàn)象消除，波動次數(shù)降低。

2.3 TCD 檢測器性能惡化

樣品中的不同組分分別進入不同的檢測器進行測量，如果某一種組分測量值出現(xiàn)了不規(guī)律大范圍的波動，則考慮對應(yīng)的檢測器是否出現(xiàn)故障。如圖2 所示，檢測器信號出現(xiàn)不規(guī)律的毛刺（即干擾信號），會使得積分忽大忽小，測量值不停的變化。

圖2 1‐己烯和碳六組分測量譜圖

造成在線色譜儀TCD 檢測器性能惡化的主要因素有TCD 檢測器熱敏元件被污染、被氧化、違反了通載氣和通橋流的操作程序［4］。在實際中通過完善樣品的預(yù)處理系統(tǒng)、盡可能多的過濾掉樣品中的雜質(zhì)、用氮氣對取樣回路的定期吹掃，來消除氧氣的影響、制定相應(yīng)的檢修規(guī)程，嚴格操作步驟。

2.4 樣品排放有背壓

樣品排放線不暢會影響在線色譜儀定量的不恒定，造成每個周期分析的樣品多少不同，自然會引起測量值波動。

樣品定量的過程：如圖3 所示，樣品從預(yù)處理箱中出來進入在線色譜儀，在在線色譜儀內(nèi)經(jīng)過如圖1 所示的1?2?9?10 路徑（2 和9 口之間是定量管），之后從在線色譜儀出來分了兩路排放：一路經(jīng)過預(yù)處理箱內(nèi)的大氣平衡閥（氣開閥）、單向閥、球閥，排入火炬總管；一路經(jīng)過大氣平衡閥（氣關(guān)閥）排入大氣放空。

圖3 樣品預(yù)處理箱結(jié)構(gòu)圖

在線色譜儀定量的原理是：由玻意耳定律PV=C 得到，在定量管入口關(guān)閉而出口敞開的條件下，使定量管內(nèi)的氣體介質(zhì)與大氣壓力進行平衡，可以得到恒定的V 值。

要完成樣品的定量，就要保證在大氣壓力平衡過程中的氣路無背壓。但是實際運行過程中，會因為一些因素而產(chǎn)生背壓，就有在全密度聚乙烯生產(chǎn)過程中樣品會帶有粉塵雜質(zhì)，多級過濾后，也無法達到完全消除的程度，長期積累會造成排放火炬線的管路中有堵塞，使得樣品大量積聚在大氣平衡閥入口，造成背壓；單向閥長時間運行，內(nèi)部橡膠圈會老化，也可能被污染，造成單向?qū)üδ苁?，火炬線壓力反作用于樣品排放，產(chǎn)生了背壓，通過對火炬排放管線的吹掃，更換單向閥后，消除了樣品排放的背壓。

4 結(jié)語

全密度聚乙烯裝置經(jīng)過多次停工、轉(zhuǎn)產(chǎn)，在線色譜儀的常規(guī)校驗，更換備件，目前在線色譜儀運行情況良好，波動次數(shù)減少，分析準確性與穩(wěn)定性明顯提高，能滿足全密度聚乙烯工藝高負荷運行的要求，為工藝提供可靠的操作數(shù)據(jù)。