微量氧分析仪在聚乙烯装置中的应用

王健(中石化宁波工程有限公司，浙江 宁波 315103)

微量氧分析仪在聚乙烯装置中的应用

王健
(中石化宁波工程有限公司，浙江 宁波 315103)

在聚乙烯装置中，为了避免乙烯被氧化，在乙烯精制单元选用了在线微量氧分析仪，实时监测氮气和乙烯中的氧体积分数。介绍了微量氧分析仪的构成和工作原理，并着重介绍了非耗尽型电化学式微量氧分析仪在聚乙烯装置中的应用以及相关采样预处理、传感器在日常操作中的常见问题，并采取相应的优化措施，为更好地维护该类型的仪表提供参考。

微量氧分析仪 非耗尽型 电化学 传感器 预处理 优化

目前，国内的聚乙烯(PE)装置多数采用气相法流化床反应技术，该技术对聚合反应原料的控制非常严格，乙烯作为主要的反应原料，进入反应器前要避免被氧化，选择在线微量氧分析仪，可实时监测氧体积分数。国内的PE装置主要采用GE的非耗尽型电化学微量分析仪，不像耗尽型微燃料电池一样需要经常标定及定期更换传感器，但该类传感器承压能力低，最高只能承受约34 kPa的压力，过压很容易损坏传感器。笔者以GE公司的微量氧分析仪为例，介绍PE装置中微量氧分析仪的应用。

1 微量氧分析仪的构成及工作原理

微量氧分析仪由传感器、采样及预处理系统、MIS1分析仪主机三部分组成。

传感器工作原理： 微量氧传感器采用非耗尽型电化学技术，即介质进入传感器，介质中的氧分子通过扩散膜进入传感器的阴极。氧分子在负极电解液中得到4个电子变成OH-，同时OH-在电解液中被吸附到阳极，在阳极释放出4个电子又变成氧分子及水。整个过程没有消耗掉任何一种组分，只发生了电子的迁移。根据库仑定律，电子迁移的多少和电流大小成正比，而电流大小又和氧体积分数成正比关系。与一般的耗尽型电化学传感器不同，该传感器是非耗尽型电解法传感器，大幅提高了传感器的寿命。该传感器工作时不消耗电解液和输出正极，当电解液由于自然挥发而减少时，可注入蒸馏水。

某PE项目选用GE 026/1型传感器，有三挡量程0～1×10-6，0～1×10-5，0～1×10-4，可以满足N2及C2H4等介质在脱氧前及脱氧后的量程需要。

1.1取样和预处理系统

微量氧分析仪的取样探头采用可在线插拨式，且取样管线优选电伴热管缆；采样预处理系统主要是用来减压、过滤、控制流量来确保传感器在正确的工作条件下，达到精度，延长使用寿命。该分析仪预处理系统如图1所示。

图1 采样预处理系统示意

工艺介质经过取样探针和取样管线到达预处理箱，在预处理箱内经过针阀，再经过7 μm过滤器、减压阀和针阀到达氧传感器，从氧传感器出来后经过压力表和流量计排入低压火炬。由于氧传感器的最大工作压力约为34 kPa，因而增加1个安全释放阀来确保氧传感器在意外情况下不会过压而损坏。

1.2氧分析仪主机

氧分析仪主机能接6个氧传感器及6个水传感器，220 V(AC)供电，每个通道能输出2路4～20 mA信号到DCS，氧传感器和主机之间通过4芯屏蔽电缆连接。

2 微量氧分析仪在PE装置中的应用

2.1仪表的应用

微量氧分析仪在PE装置中主要用来测量N2及C2H4在脱氧前及脱氧后的氧体积分数，据工艺商的要求，原料精制后需将各种进料的杂质的体积分数脱除到1×10-7以下，避免反应器内的杂质与催化剂活性中心反应或配位，导致催化剂活性的降低或改性。在工艺中，要求精制系统将原料中各种杂质脱除到一定程度，以保证催化剂的性能不受影响。精制(脱氧)后，氧体积分数不高于1×10-6，否则毒化催化剂会降低树脂熔融指数和密度，严重影响聚合甚至带来爆炸风险。因此，在精制系统中，有专门的脱氧装置。氧体积分数直接反映了脱氧的效率，对下阶段的聚合反应及整个工艺的安全生产产生直接影响。

2.2优化方案

预处理系统的设计对微量氧分析仪准确测量和稳定性尤为关键。所以，对于预处理系统的优化会直接影响微量氧分析仪的应用效果。在日常生产中遇到的问题和具体的优化措施如下：

1) 过压损坏传感器。传感器的最大工作压力约为34 kPa，有可能是压力太高损坏传感器，也可能是背压太高损坏传感器。可在样气入口设置电加热减压阀，取代普通的减压阀，避免因减压吸热产生的冷凝现象。

2) 过温损坏传感器。传感器的最大工作温度是49 ℃，超过最大工作温度也会损坏传感器。所以，对取样管线的伴热温度要求较高，在选择伴热时最好选用带温控的电加热器且最高温度不能超过49 ℃。由于蒸汽伴热温度无法精确控制，伴热温度波动范围较大，应避免使用蒸汽伴热。

3) 传感器响应速度变慢。如果大量的颗粒及油污进入传感器的渗透膜，会造成传感器响应速度变慢甚至没响应。加装带旁路的自清洗式过滤器可减少该问题发生，提高过滤效率，避免传感器被污染。

4) 传感器的测量误差很大。传感器的工作电压是1.3 V(DC)，如果工作压力偏差很大，会造成很大的误差。对于测量误差大的问题，可以通过测量传感工作电压来进行确定，如果传感器的工作电压低于1.1 V(DC)时，可能是电缆的电压损失过大，可以根据需要更换传感器电缆。

5) 发生“Fluid Low”报警现象，缘于传感器电解液的液面低于最低值。虽然非耗尽型电化学传感器在整个反应过程没有消耗掉任何组分，但是在干燥的环境及介质中，由于水分子会蒸发，造成电解液的液面越来越低。当低于最低值时，仪表就会报警，这时添加电解液或稀释液即可。

2.3仪表的安装

1) 微量氧分析仪传感器和试样预处理有关的仪表、阀门均安装在现场仪表箱内。为了保证分析仪在最短的滞后时间内得到有代表性的工艺试样，节约电伴热管缆的投资，现场仪表箱安装位置应尽量靠近工艺管线取样点。

2) 预处理系统中所有设备、仪表的金属外壳必须有可靠的接地措施。现场仪表箱内留有接地端子，仪表工作接地不允许两端、多端接地。

3) 电缆和管线进出现场仪表箱体宜采用密封防水的穿板接头。

3 结束语

在线微量氧分析仪在聚乙烯装置中发挥着重要的作用，对预处理系统进行优化是确保聚乙烯装置平稳运行的必要措施。在实际生产中，氧分析仪由于精度高、稳定性好、维护量少，赢得了大量客户的好评。但由于氧分析仪是一种高精密仪表，使用中如不注意，常常会碰到一些问题。通过分析过压损坏传感器、过温损坏传感器、传感器响应速度变慢、传感器的测量误差很大、仪表报警，显示“Fluid Low”等问题，提出了优化方案。同时加强日常检查和维护也可降低分析仪故障率，并延长分析仪的使用寿命。

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稿件收到日期：2013-03-01，修改稿收到日期2013-06-24。

王健(1980—)，男，辽宁抚顺人，2003年毕业于辽宁石油化工大学测控技术与仪器专业，获学士学位，现就职于中石化宁波工程有限公司，从事石油化工自动化设计工作，任工程师。

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1007-7324(2013)05-0070-02