在線分析儀表在烯烴裝置的應用及常見問題處理

許思敏

(中國石化上海石油化工股份有限公司烯烴部，上海 200540)

烯烴在國民經濟中極為重要，它代表了一個國家的石化工業水平。隨著工業發展水平的不斷提高，烯烴生產工藝流程日趨復雜，成分分析變得越來越重要。而在線分析儀表可以更好地對工藝系統的關鍵成分進行監視和控制，避免了手動取樣分析帶來的時間滯后現象。因此，企業應加大在線分析儀表的研發和使用力度[1]。

1 在線分析儀表在烯烴生產上的作用

1.1 提高生產效率

在線分析儀表在烯烴生產過程中具有極其突出的作用，相對于實驗室分析，在線分析儀表能夠從流量、壓力以及物料組分等方面對生產過程進行整體監控，不但可以通過在線分析的方式來達到直接監控物料轉化率以及產品質量的效果，同時可以指導工藝參數的調整。如果能夠統合生產數據，建立智能化的控制系統，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濟效益。

1.2 保證裝置的安穩運行

在線分析儀表的最重要特點是可以連續不間斷地監控生產過程。相比于常規生產控制手段，能夠全天候對生產全流程進行監控，更快速地對異常信號進行抓取，所以在確保生產穩定方面具有不可替代的效果。從生產實踐經驗來看，在線分析儀表可以有效地協助排查生產故障問題，不但可以協助技術人員快速摸排異常原因，同時可以對可能發生的質量問題進行預警，從而協助工藝人員及時進行工藝調整和操作，消除隱患，避免重大質量事故的發生。

1.3 監測污染狀況

隨著國家環保要求越來越嚴，在線分析儀表在安全和環保方面的應用也越來越廣。對于烯烴裝置而言，利用在線分析儀表測量燃燒后廢氣組分含量和排污水的化學耗氧量(COD)等，可以有效地協助解決能耗高、污染大的問題。借助在線分析儀表還可以對廢水廢氣進行合理監控，提升污染防控工作水平，充分滿足國家環保要求。

2 在線分析儀表在烯烴裝置的應用情況

在線分析儀表在烯烴裝置有著廣泛的應用，在此根據在線分析儀表類型進行介紹。

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在固定相和流動相所構成的體系，即色譜柱中具有不同的分配系數將被測樣氣各組分分離，然后用檢測器將各組成氣體的色譜峰轉變成電信號，經電子放大器轉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和分離程度，從而指導工藝操作，提升產品的整體性能。氣相色譜在線分析儀主要安裝在爐出口、干燥器以及反應器出口，以此來確保生產運行的可靠性。在關鍵質量控制點，在線分析儀表與實驗室分析采樣點往往靠得很近，從而減少對兩者數據的影響，以雙重分析的方式提高工藝操作的準確性。在整個過程中，樣品的傳輸具有一定的滯后性，可能會影響分析的結果，所以在進行取樣器的設置時，要確保流量盡可能穩定，并且設置好預處理系統的溫度控制標準，提升控制精度。氣相色譜在線分析儀使用過程中經常會出現裂解爐燒焦后取樣器沒有及時關閉的問題，可能會導致分析設備產生故障。針對上述問題，可以通過構建樣品傳輸快速回路的方式來解決，不但可以提升采樣的效率，也可以進一步優化預處理的設計環節，做好壓力波動幅度的調整。

2.2 微量水分析儀

微量水分析儀是用于檢測水分的儀器，有電解法、阻容法、冷鏡法、光纖法等幾種類型。以常見的阻容法為例，利用吸濕物質的電學參數隨濕度變化的原理進行測量。氧化鋁薄膜傳感器遇到水汽后引起電抗的改變，通過測量電抗的變化，可以得知被測氣體中濕度的大小。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定，以確保干燥效果能夠達到工藝要求。以聚乙烯樹脂生產為例，如果作為原料的乙烯其水分含量過高,將降低催化劑的活性,減少反應堆中聚乙烯的產量，過多的水分還會縮短催化劑的使用壽命。在微量水分析儀的使用過程中，需要重點關注以下問題：(1)微量水分析儀的檢測限極低，各種因素都會對結果產生較大影響，因此必須保證管道和設施的清潔，同時保證氣體輸送的穩定，最好將采樣口置于長輸送管線中部；(2)為了克服探頭老化的問題，需要定期對設備進行校準，可以采用實驗室分析與儀表數據定期比對的形式確保設備靈敏。

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器里的溫度升高不同，動片薄膜兩邊所受的壓力也就不同，從而產生一個電容檢測器的電信號。這樣，就可間接測量出待分析組分的濃度。相對于氣相色譜在線分析儀，它不需要過于復雜的樣品前處理過程，可以廣泛應用于氣體、液體等各種物料分析，目前主要應用于石腦油、碳五、加氫尾油等原料分析，以及與氣相色譜儀一起對壓縮和分析單元各處物料進行組分分析。

2.4 pH儀和電導儀

pH儀和電導儀在工業水系統中極為常見，廣泛用于工業水酸堿度和鹽含量的指示。烯烴裝置在生產過程中對于水質通常具有較高的要求，而在線分析儀表相對于實驗室分析排除了取樣干擾，數據更加準確，且穩定性更高。但是在使用過程中，pH儀和電導儀可能會受到油污、懸浮物的影響而出現精準度下降的問題，所以設備的定期校準相對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的專用設備，可以通過熱值分析與控制的方式來提升燃料的綜合效率，從而得到節能和控制成本的效果。通過對比樣品與助燃空氣的差異，可以對燃燒空氣的流量值、溫度條件以及構成元素比例進行控制，從而確保在煙氣溫度不變的情況下提升熱值水平的效果。由于可以達到快速響應、精準調控的效果，所以無論是熱值還是燃料密度都可以達到預期的參數。經過技術調整與控制，熱值儀也可以為實現企業經濟效益的提升創造良好的條件[2]。

3 在線分析儀表在使用中的常見問題及處理

在線分析儀表屬于精密儀表，在使用過程中經常會出現各種問題，如硫化物、灰塵、水分等都會極大干擾分析儀表運行的穩定，溫度、流量等參數的設置也會對數據準確性產生影響。在此以烯烴裝置在線分析儀表常見的幾種問題為例，對儀表運行故障處理進行探討。

3.1 設備選型不當

在線分析儀表型號種類多，同一種樣品可能有多種儀表型號可供選擇。例如硫含量分析儀，常見的型號有X熒光硫分析儀和紫外熒光硫分析儀。X熒光硫分析儀結構簡單，不需要前期處理，適用于各種環境下的樣品如原油；而紫外熒光硫分析儀對樣品要求高，需要對樣品進行前期復雜處理，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、二氧化碳時可以用電導式或紅外線分析儀，背景氣為干凈的氫、氮氣等，且不含有硫化氫、不飽和烴、氨及較多水分。被測氣體溫度在5～40 ℃，壓力大于0.5 MPa，一般應選用紅外線吸收式微量氣體分析儀；測量精度要求不高時，可選用電導式分析儀。

某烯烴裝置曾發生過如下問題：急冷水pH指示時常不準，設備人員現場對管線、閥門和電極等部位進行剖析，發現是電極沒有使用耐油型電機，而急冷水中含有少量的油，因此用一般的電極對樣品進行前處理系統極易受到干擾，造成數據不準，通過更換耐油型電極，pH恢復正常。這就是選型不當引發的一種典型問題。

如果選型不當，應根據具體情況采取不同處理措施：(1)選型時未考慮物料雜質影響，儀表數據偏離實際情況,根據雜質情況，對預處理系統進行改造，如增加防塵、脫硫、吸附步驟，對物料進行凈化，同時根據實驗室分析數據而非標準物質對標準曲線進行優化，從而保證數據準確性；(2)儀表精度不達標,根據物料組分情況，縮小儀表量程，從而相對擴大儀表靈敏度，提高儀表精度，此種情況下要特別注意對儀表的安全保護，防止物料超常波動損傷儀表。

當然后期改造或調整只能相對改善儀表的應用情況，最根本的解決方案還是在儀表選型過程中充分考慮物料的性質和組分的含量及檢驗精度需求等，對儀表運行過程中產生較大影響的因素進行充分研究，確保儀表適用于當前生產環境。

3.2 預處理系統故障

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，在樣品帶水、帶油污等情況時，難以滿足分析儀表的應用要求，且極易造成檢測器的污染。

以工業生產中常用的氣體檢測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部件主要由光源、氣室、檢測氣等組成。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，并且無吸收、無反射。因此，預處理在在線分析儀表的應用中起著關鍵的作用，進表氣體必須干凈無灰塵、禁止水分及硫化物進入氣室，否則會加快氣室的污染、縮短分析儀表的使用壽命。

預處理系統在很大程度上決定了分析儀表的測量準確性。在實際操作中，預處理系統要充分考慮到可能對數據產生影響的雜質情況，如含水量和含塵量。在線分析儀表的預處理系統主要分為前級處理和后級處理。前者主要是進行簡單的樣品處理，保證樣品可以順利傳輸，讓后級處理更順利地完成，以降低樣品溫度為例，前級處理主要是進行脫水處理，對壓力予以調整，從而達到降低樣品露點的效果；而后者主要是對樣品作進一步的處理，包含對壓力和溫度的深入調整、流量的有效控制、去除其中有害物質等。通過上述兩級處理，最終的樣品才能滿足工藝生產的需要，確保最終分析結果的準確性。同時在常規維護過程中，需要定期清理過濾器，定期更換活性炭和檢查預處理的氣密性。維護不當不僅影響到分析數據的準確性，也關系到人身和設備的安全問題。

3.3 設備參數設置不當

查詢烯烴產品的國家標準可以發現，產品標準對于檢驗設備參數的設定有明確的要求。同理，在線分析儀表設備參數的設置對于檢測數據準確性也有著決定性的影響。以黏度計為例，在國家標準中對測定溫度有嚴格控制，SC-131急冷油黏度在實驗室人工分析環境中溫度為80 ℃時測得運動黏度，而現場黏度計在環境溫度為170 ℃時測得運動黏度，因此儀表的條件設置與實驗室的條件設置不一致，測量的結果無法與工藝指標相匹配，儀表的數據與人工分析數據偏差較大。同樣，老區裂解氣干燥器FA-209A/B的水分在線分析儀表，儀表數據與實驗室數據有巨大偏差，經分析，雖然儀表溫度和流量設置正確，但預處理系統的伴熱管線溫度過高，實際環境與設備參數不一致，通過更換探頭、關小管線伴熱、關閉回收閥門等措施，目前水分儀數據已趨于正常。

因此，生產工藝人員與儀表維護人員要做好溝通，確保在線分析儀表分析過程與實驗室分析環境下的溫度、壓力等保持一致；同時，對現場環境進行確認，核實環境能否滿足參數設置情況；定期對儀表數據和實驗數據進行比對，確保儀表運行正常；最后，設備人員應熟練掌握儀表正常運行所需的溫度、壓力，及時對設備進行維護保養，這樣才能確保在線分析儀表的長期穩定運行。

4 結語

隨著市場競爭的加劇，在線分析儀表這種能夠起到節能增效作用的設備在化工生產上的應用必將越來越廣泛，因而化工儀表的故障維修也將變得越來越重要。除了故障后的檢修外，設計之初做好儀表選型，日常做好化工儀表的維護工作，盡可能減少故障的發生概率，技術人員不斷提高自身修養，定期對化工儀表進行檢修和維護，這些措施才是儀表長期穩定運行的關鍵所在。