色譜分析儀在低溫甲醇中的應(yīng)用

文/崔紅林 李芳 杜錦龍 邊宏波

本文作者供職于江西心連心化學(xué)工業(yè)有限公司。

在線色譜分析儀測量原理以及安裝事項(xiàng)總結(jié)——色譜分析儀作為低溫甲醇系統(tǒng)的重儀表，對系統(tǒng)開車及生產(chǎn)的穩(wěn)定運(yùn)行極其重要，本文主要介紹色譜分析儀的原理，以及在安裝調(diào)試過程中需要注意的事項(xiàng)，采用流路合并的并聯(lián)測量方式，縮短測量周期，提高系統(tǒng)控制的實(shí)時(shí)性。

在大型煤化工項(xiàng)目中，組分的分析在系統(tǒng)開車以及正常生產(chǎn)過程中具有極其重要的作用，是工藝人員判斷該工段操作是否達(dá)標(biāo)的關(guān)鍵指標(biāo)，在低溫甲醇洗T1601塔出口氣體中含有H2S、COS、CO2等氣體成分，總硫含量小于0.3 ppm，CO2含量小于5 ppm，否則會造成合成塔催化中毒以及液氮洗管道的凍堵等，因此需要對系統(tǒng)組分進(jìn)行實(shí)時(shí)分析。經(jīng)過多個(gè)項(xiàng)目的應(yīng)用以及分析，在線氣相色譜分析儀作為一種直接安裝在工藝流程中對物流的成分和物性參數(shù)進(jìn)行自動連續(xù)分析的儀表，樣氣需要通過預(yù)處理系統(tǒng)后進(jìn)入色譜分析儀進(jìn)行分析，整個(gè)過程持續(xù)時(shí)間較長，對工藝的自動控制產(chǎn)生不利影響。目前我公司采用西門子Maxum edition II，分析總硫和CO2含量，分析一次需要6 min時(shí)間，無法滿足現(xiàn)場實(shí)際需求，經(jīng)過多個(gè)項(xiàng)目經(jīng)驗(yàn)的積累，并結(jié)合廠家技術(shù)人員，從色譜分析儀安裝、分析方案等方面著手，進(jìn)行改進(jìn)，目前可以將分析時(shí)間縮短至3 min，提高了總硫和CO2測量的實(shí)時(shí)性，現(xiàn)在將相應(yīng)的改動方法介紹如下。

分析儀的并聯(lián)測量原理

為了縮短色譜分析儀對低溫甲醇洗總硫、CO2等成分的分析周期，需要對該方案的可行性和原理進(jìn)行分析。在分析可行性方案前，必須對流路進(jìn)行解釋，流路：Stream（流路）是用以分析的樣品源。它既可以是工藝管路中待測樣品，也可以是用來標(biāo)定的標(biāo)準(zhǔn)樣品。1臺色譜可以有1個(gè)或多個(gè)流路（最多19個(gè)），但是在某一段時(shí)間段只能有1路待測樣品進(jìn)入色譜儀進(jìn)行分析（1個(gè)流路對應(yīng)1個(gè)采樣點(diǎn)）。

根據(jù)某公司新疆項(xiàng)目、新鄉(xiāng)項(xiàng)目低溫甲醇洗工段，色譜分析儀的取樣點(diǎn)如圖1所示，設(shè)備的配置見表1、表2。根據(jù)圖1所示，工藝流程圖給出的為兩個(gè)流路，然而在實(shí)際測量中，為一個(gè)采樣點(diǎn)，分析兩個(gè)組分。目前新疆項(xiàng)目和新鄉(xiāng)項(xiàng)目分析總硫和CO2的周期分別為6 min和3 min，現(xiàn)在將其配置對比如下。

圖2新鄉(xiāng)項(xiàng)目流路配置

圖3新疆項(xiàng)目流路配置

1.色譜柱配置

色譜柱配置：不管是幾個(gè)流路一根色譜柱不可能分離出總硫和CO2，必須在毛細(xì)管色譜柱填充不同的固定相。必須單獨(dú)設(shè)置不同的色譜柱來對總硫和CO2進(jìn)行分離。流路配置如圖2和圖3所示。新鄉(xiāng)項(xiàng)目配置兩個(gè)流路，新疆項(xiàng)目配置1個(gè)流路。

從表1和表2的配置圖中可以看出分離H2S和COS的色譜柱都經(jīng)過鈍化處理（硅鋼管），分離CO2的色譜柱選的是316不銹鋼管，里面根據(jù)需要分離的組份放入不同的填充物（填料）。分離總硫的色譜柱中填充1.5%OV225（高惰性交聯(lián)）和1.0%的磷酸，所以新鄉(xiāng)公司與新疆公司分離總硫的毛細(xì)管色譜柱長度一樣。分離CO2的色譜柱新鄉(xiāng)和新疆公司都是采用的安捷倫色譜柱，新鄉(xiāng)使用的固定相填充物為HAYESEP N型的新疆為HAYESEP Q型，所以長度不一樣，從長度來看新鄉(xiāng)項(xiàng)目的分離效果較好。

表1 新鄉(xiāng)項(xiàng)目配置列表

表2 新疆項(xiàng)目配置列表

2.方法應(yīng)用及序列

方法：是用來控制色譜分析儀相關(guān)硬件的一系列參數(shù)，包括閥動作時(shí)間、柱箱溫度控制、氣路壓力調(diào)整、檢測器設(shè)置、檢測信號的處理。

序列：是一個(gè)關(guān)于流路/方法的順序列表。序列規(guī)定分析儀按照什么樣的順序分析流路樣品。比如我們有2個(gè)流路，序列就是定義先分析流路的先后順序。

應(yīng)用：是指一套用以單獨(dú)完成一個(gè)分析任務(wù)的所有部件的集合體。每個(gè)應(yīng)用有獨(dú)立的硬件。

3.分析儀氣路配置

FPD檢測器流路柱切圖配置（總硫檢測）如圖4所示。其中SL1為柱切閥，其中FROM SH為樣氣進(jìn)口，CAR L1為載氣進(jìn)口，LOOP SIZE 760 μL為樣品定量管，L1-1為色譜柱（預(yù)分離柱），L1-2為色譜柱（主分離柱）。

圖4 FPD流路配置圖

當(dāng)SL1閥為OFF時(shí)，此 時(shí)具體流程為FROM SH樣氣進(jìn)口→①→②→LOOP SIZE 760μL→⑨→⑩→TO SH。當(dāng)SL閥為ON時(shí)，載氣從③→②→⑨→⑧→L1-1→⑤→④→L1-2→ FPD。

柱1為填充柱，起到預(yù)分離效果，樣品在柱1內(nèi)被分成2個(gè)集團(tuán)。前面的集團(tuán)是被測組分，需要進(jìn)入到柱2進(jìn)行進(jìn)一步分離直到全部分開進(jìn)入檢測器進(jìn)行定量測量。后面的集團(tuán)是不被測組分，當(dāng)前面的集團(tuán)剛好流出柱1，后面的集團(tuán)還在柱1 內(nèi)時(shí)，通過柱切技術(shù)切換氣路組合，載氣將反向吹柱1，將柱1內(nèi)后面的集團(tuán)介質(zhì)吹出柱外。柱2是主分離柱，起到組分分離的作用。流出柱1的前面集團(tuán)的介質(zhì)在柱2內(nèi)進(jìn)行細(xì)致分離，因?yàn)橹?通常都很長，氣阻較大，因此分析時(shí)間多數(shù)都消耗在這個(gè)階段。當(dāng)全部介質(zhì)都流出柱外并被檢測器檢測出來后，一個(gè)分析周期結(jié)束了。

CO2用FID檢測器配置柱切圖5所示，與FPD柱切原理一致不再敘述。目前新鄉(xiāng)與新疆在FID和FPD的配置一致。

圖5 FID流路配置圖

通過對比，新鄉(xiāng)項(xiàng)目與新疆項(xiàng)目色譜分析儀的色譜柱、50閥、檢測器配置一樣，新鄉(xiāng)公司色譜分析儀是按照2個(gè)流路設(shè)計(jì)的，因此在方法中有兩種方案可供選擇，通過控制分析儀的相關(guān)硬件的動作及軟件的配置，保證一個(gè)取樣點(diǎn)兩個(gè)流量同時(shí)工作，縮短分析的分析周期，硬件成本增減較少。

安裝調(diào)試

本次低溫甲醇洗安裝1臺氣相色譜分析儀，配置2臺檢測器，分別為FID和FPD。通過安裝調(diào)試，目前通過一臺色譜分析儀可以滿足現(xiàn)場工藝監(jiān)控需求，時(shí)間由原來的6 min縮短到目前的3 min，在安裝以及調(diào)試過程中需要注意以下幾個(gè)問題，以保證調(diào)試的快速性和準(zhǔn)確性。

調(diào)試準(zhǔn)備工作

1.在調(diào)試前要檢查采樣管線，輔助氣路管線的敷設(shè)是否合理，盡可能地縮短采樣管線的長度，減少分析滯后時(shí)間，分析小屋的布置要避開強(qiáng)磁場和振動的干擾。

2.輔助氣路，采用管線、標(biāo)準(zhǔn)氣等相關(guān)管線要吹掃到位，同時(shí)控制色譜儀表風(fēng)壓力（≥700 kPa），色譜載氣壓力（≥600 kPa），同時(shí)采用泡沫水或者其他方式檢查管理的氣密性，壓力太低無法保證分析的正常工作，太高會損壞分析相關(guān)器件。

3依據(jù)接線圖檢查是否正確，并對接地進(jìn)行測量保證可靠性，逐步送電進(jìn)行檢查。

色譜分析儀的調(diào)試

色譜分析儀在投運(yùn)前必須經(jīng)過標(biāo)定等相關(guān)流程，整體的調(diào)試過程如圖6所示，但是在調(diào)試及投運(yùn)中需要注意幾個(gè)問題。（1）正常運(yùn)行或者準(zhǔn)備投運(yùn)前，載氣的壓力和流量要正常運(yùn)行，逐步通入樣氣，排凈管道內(nèi)的滯留氣體，因此前幾個(gè)周期的分析數(shù)據(jù)是不準(zhǔn)確的，需要經(jīng)過幾個(gè)周期后，分析數(shù)據(jù)有效。（2）分析儀短暫停運(yùn)時(shí)，為了保證分析儀的穩(wěn)定運(yùn)行，只需要關(guān)閉樣氣，載氣不停。（3）分析儀關(guān)閉時(shí)，先斷電，10 min后停樣氣，30 min后停載氣和儀表空氣。（4）分析儀重新投運(yùn)時(shí)，應(yīng)先通載氣和樣氣后上電，預(yù)熱2 h以上，待分析儀檢測器，空氣浴加熱器，柱箱達(dá)到設(shè)定的溫度后，通入樣氣。

圖6 分析儀調(diào)試流程圖

總結(jié)

在線色譜分析儀作為氣體成分分析的重要手段，在分析多個(gè)組分時(shí)，分析周期較長，產(chǎn)生的滯后時(shí)間大，不僅僅對控制系統(tǒng)是一個(gè)極大的挑戰(zhàn)。在系統(tǒng)開車期間，會由該問題造成系統(tǒng)放空時(shí)間加長，浪費(fèi)原料。通過與新疆、新鄉(xiāng)基地的對比，在基本不增加成本的同時(shí)，簡短了分析儀的分析周期，減少滯后時(shí)間，有利于控制，并對分析儀的安裝、調(diào)試等進(jìn)行總結(jié)，為后續(xù)分析儀的選型、配置等積累一定的經(jīng)驗(yàn)。 ●