基于在線色譜譜圖的故障診斷及處理

楊金澤

(中原油田分公司天然氣處理廠，河南 濮陽(yáng) 457162)

在線色譜儀是石油化工行業(yè)中應(yīng)用廣泛的精密分析儀器，在使用過(guò)程中隨著各電路板、電磁閥、色譜柱的老化或故障，會(huì)遇到各種各樣的問(wèn)題。如果處理不及時(shí)，失去了提供可靠數(shù)據(jù)指導(dǎo)生產(chǎn)的功能。輕則降低主工藝的效率，重則引起主工藝設(shè)備、設(shè)施的損壞。而問(wèn)題處理的首要手段是通過(guò)色譜譜圖進(jìn)行切入，與正常譜圖進(jìn)行比較、分析并通過(guò)輔助方法確認(rèn)后定位故障。本文列舉了幾個(gè)故障案例，具有一定的典型性和代表性，記錄下來(lái)，為同行提供參考。

1 在線色譜儀工作原理

由高壓氣瓶提供的載氣，經(jīng)減壓閥減壓后通過(guò)預(yù)熱管、檢測(cè)器的一側(cè)后到達(dá)氣化室。同時(shí)工藝裝置中在線獲取的樣品氣通過(guò)六通閥進(jìn)樣，在氣化室經(jīng)瞬間氣化，被載氣帶入色譜柱。色譜柱是關(guān)鍵部件，利用待分析組分在可溶性、吸附性、揮發(fā)性等方面的物性差異進(jìn)行組分分離。載氣作為移動(dòng)相進(jìn)入色譜柱與固定相色譜填充柱接觸，很快被固定相溶解或吸附，隨著載氣的不斷通入，被帶入的樣品氣由固定相溶解或吸附又從固定相中揮發(fā)或脫附，這個(gè)過(guò)程反復(fù)進(jìn)行。不同的組分停留時(shí)間不同，分離后單個(gè)組分隨載氣先后進(jìn)入檢測(cè)器的另一側(cè)。檢測(cè)器位于色譜柱出口，將組分及其濃度隨時(shí)間的變化量轉(zhuǎn)為易測(cè)量、與各種組分濃度成比例的的傳感信號(hào)。再通過(guò)控制器由就地打印機(jī)或RS485通訊線連上PC機(jī)后接打印機(jī)記錄下來(lái)[1-5]。

2 現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用

某天然氣處理廠擁有的輕烴回收裝置是對(duì)油田伴生氣進(jìn)行分離的物理過(guò)程，產(chǎn)品有干氣、液態(tài)乙烷、丙烷、丁烷和天然汽油。在線色譜儀用于對(duì)伴生氣組分和過(guò)程產(chǎn)品純度的實(shí)時(shí)在線監(jiān)測(cè)，并依據(jù)其質(zhì)與量的變化指導(dǎo)工藝生產(chǎn)參數(shù)和設(shè)備進(jìn)行調(diào)整。

3 現(xiàn)場(chǎng)案例

圖1 天然氣組分譜圖Fig.1 Natural gas composition spectrum

處理：現(xiàn)場(chǎng)調(diào)整載氣壓力到規(guī)定值，并觀察穩(wěn)壓閥工作穩(wěn)定性，酌情進(jìn)行修復(fù)或更換。

處理：測(cè)量3#六通閥是否動(dòng)作，辨識(shí)3#六通閥不動(dòng)作的具體原因，大概率是六通閥膜片通道堵塞或膜片泄漏，進(jìn)行膜片或整閥更換。

圖2 天然氣組分譜圖Fig.2 Natural gas composition spectrum

案例2：在走全順序流路時(shí)，stream1(天然氣)中出現(xiàn)一個(gè)不正常峰，單走stream3(干氣)，此峰不見(jiàn)，單走stream1(天然氣)，此峰出現(xiàn)。調(diào)整閥序，拋開(kāi)其余流路，只走stream1(天然氣)、stream3(干氣)時(shí)此峰不見(jiàn)。走stream2(干氣)、stream3(干氣)時(shí)此峰不見(jiàn)。見(jiàn)圖2。

排查：由于2#六通閥作用為各組分的分離反吹，懷疑出現(xiàn)上述現(xiàn)象的原因是該閥的開(kāi)關(guān)時(shí)間漂移，修改2#六通閥的關(guān)閉時(shí)間，走stream1(天然氣)、stream2(干氣)、stream3(干氣)流路，stream1(原料氣)、stream2(干氣)顯示正常，stream3(干氣)流路出現(xiàn)一不正常峰。由此判斷該六通閥開(kāi)關(guān)時(shí)間失序，導(dǎo)致stream1(原料氣)中的組分沒(méi)有完全被反吹時(shí)六通閥關(guān)閉，阻斷停留的部分組分在下一流路被吹出。

原因：測(cè)量電壓，發(fā)現(xiàn)交流繼電器電流時(shí)斷時(shí)續(xù)，導(dǎo)致該六通閥的電磁閥動(dòng)作異常。見(jiàn)圖3。

處理：修復(fù)交流繼電器，上述流路出峰正常。

案例3：主工藝停產(chǎn)，色譜停機(jī)。一段時(shí)間后隨著主工藝的恢復(fù)，色譜投用，stream1(原料氣)流路圖尾部出現(xiàn)一不知名峰。見(jiàn)圖3。

圖3 天然氣組分譜圖Fig.3 Natural gas composition spectrum

原因：關(guān)其他流路，走stream1(天然氣)單流路，雜峰依舊存在。結(jié)合工藝實(shí)際情況判斷在線色譜的管路系統(tǒng)內(nèi)由于主工藝的檢修、置換等原因，混入氮?dú)獾绕渌s質(zhì)。

處理：關(guān)閉所有流路進(jìn)樣針閥，只通載氣運(yùn)行在線色譜，相當(dāng)于使用載氣進(jìn)行連續(xù)吹掃，5個(gè)周期后，再行投用樣氣，各流路譜圖正常。

案例4：stream4(乙烷)流路中出現(xiàn)一未知峰，導(dǎo)致組分報(bào)告中分析結(jié)果失準(zhǔn)，同時(shí)steam5(丙烷)流路中的丙烷峰出現(xiàn)平頂。見(jiàn)圖4。

圖4 乙烷組分譜圖Fig.4 Ethane component spectrogram

原因：stream4(乙烷)流路中的未知峰按照保留時(shí)間判斷應(yīng)為丙烷，關(guān)1#進(jìn)樣六通閥，走stream4(乙烷)、stream5(丙烷)流路，出峰顯示正常。由于stream4(乙烷)和stream5(丙烷)兩流路都是1#六通閥進(jìn)樣，初步判斷是兩流路的進(jìn)樣發(fā)生了互竄，導(dǎo)致部分丙烷進(jìn)入了stream4(乙烷)流路，因此將故障點(diǎn)鎖定在流路切換電磁閥或1#進(jìn)樣六通閥發(fā)生泄漏。

關(guān)stream4(乙烷)進(jìn)樣針閥，吹掃兩天后，乙烷流路出峰紊亂，最大的特點(diǎn)是出丙烷峰。見(jiàn)圖5。

圖5 乙烷組分譜圖Fig.5 Ethane component spectrogram

關(guān)stream5(丙烷)進(jìn)樣針閥，吹掃兩天后，丙烷流路出現(xiàn)一不知名雙肩峰，并出乙烷峰。見(jiàn)圖6。

圖6 丙烷組分譜圖Fig.6 Propane composition spectrum

因此判斷樣氣互竄發(fā)生在進(jìn)色譜柱之前，排除1#進(jìn)樣六通閥泄漏之后，可判定，是由于stream4或stream5流路切換電磁閥發(fā)生了泄漏，導(dǎo)致乙烷和丙烷樣氣互竄。

處理：更換steam4流路切換電磁閥后，上述兩流路譜圖恢復(fù)正常。

案例5：stream7(輕油)流路中異戊烷i-C5、正戊烷N-C5峰同時(shí)后移；

原因：輕質(zhì)油成分重，凝點(diǎn)高。同時(shí)在預(yù)處理和加熱爐中重點(diǎn)強(qiáng)調(diào)樣品汽化和穩(wěn)定流動(dòng)。應(yīng)用中多次出現(xiàn)樣品未合理汽化，造成氣液混合物進(jìn)樣，不能準(zhǔn)確出峰，嚴(yán)重時(shí)會(huì)引發(fā)色譜柱污染。譜圖上的表現(xiàn)就是保留時(shí)間漂移。見(jiàn)圖7。

圖7 輕油組分對(duì)比譜圖Fig.7 Light oil component contrast spectrum

處理：利用工藝排液點(diǎn)或在線色譜外接排液口排液，并增加循環(huán)時(shí)間，同時(shí)調(diào)整輕油進(jìn)樣量和進(jìn)樣溫度。

案例6：stream4(乙烷)流路中出現(xiàn)一不知名峰。見(jiàn)圖8。

圖8 乙烷組分對(duì)比譜圖Fig.8 Contrast spectra of ethane components

原因：排查在線色譜的前端進(jìn)樣電磁閥和六通閥均運(yùn)轉(zhuǎn)正常，進(jìn)一步檢查色譜柱，發(fā)現(xiàn)Dual column off時(shí)間提前，導(dǎo)致上一流路中的甲烷C1峰沒(méi)有完全被吹出色譜柱，殘留的甲烷在stream4中被吹出，形成一相似組分峰。

處理：逐次按照1 s/次調(diào)整Dual column off時(shí)間，直至此雜峰消失。

案例7：stream5(丙烷)流路只出現(xiàn)一無(wú)名小峰，其他組分峰全部消失。見(jiàn)圖9。

圖9 丙烷組分對(duì)比譜圖Fig.9 Contrast spectra of propane components

原因：出現(xiàn)此現(xiàn)象的最大可能原因是沒(méi)有進(jìn)樣，按照從后往前的順序拆開(kāi)本流路中接頭，逐步檢查進(jìn)樣壓力是否正常，最后發(fā)現(xiàn)現(xiàn)場(chǎng)取樣點(diǎn)減壓閥后已經(jīng)沒(méi)有壓力，但減壓閥前丙烷樣品氣壓力正常，判斷減壓閥泄漏。

處理：更換減壓閥，出峰正常。

案例8：stream4(乙烷)流路中各組分峰峰形正常，但保留時(shí)間整體后移。同時(shí)組分報(bào)告中C1含量47.13%，CO2含量52.13%，C2含量0%。與第三方正常組分報(bào)告中C1含量3.67%，CO2含量3.95%，C2含量92.31%偏離較大。見(jiàn)圖10。

原因：期初判斷為保留時(shí)間漂移，但修改保留時(shí)間后，組分結(jié)果仍然偏離，檢查發(fā)現(xiàn)隨著組分峰的漂移，inhibit時(shí)間隨之漂移，導(dǎo)致雖然組分出峰正常，但并沒(méi)有被識(shí)別捕捉。

處理：依照組分峰出峰順序修改inhibit時(shí)間，并小范圍調(diào)整保留時(shí)間，組分報(bào)告恢復(fù)正常。

圖10 乙烷組分對(duì)比譜圖Fig.10 Contrast spectra of ethane components

4 結(jié) 論

文章中所舉案例只是很少的一部分，在線色譜的運(yùn)行過(guò)程中，諸如電磁干擾、灰塵、主工藝污染、溫度、濕度、供電等環(huán)境條件及操作方法的變化，譜圖是最先反映出色譜狀態(tài)穩(wěn)定和可信程度的。定期保存完整的譜圖報(bào)告，可以根據(jù)基線噪音和基線漂移，譜峰趨勢(shì)的變化、峰形的標(biāo)準(zhǔn)度、組分峰的完整度，識(shí)別并判斷故障。而在進(jìn)行故障排查處理時(shí)，不能一次更換多個(gè)部件，應(yīng)分次、分階段逐個(gè)確定，防止對(duì)故障原因的判斷失誤。