在线气相色谱仪在聚丙烯装置中的应用

龚宝华

(中韩(武汉)石油化工有限公司，武汉 430080)



在线气相色谱仪在聚丙烯装置中的应用

龚宝华

(中韩(武汉)石油化工有限公司，武汉 430080)

摘要：通过对色谱仪应用软件的修改及样品预处理系统过滤器的重新选型，既确保了在线气相色谱仪测量的准确性，又满足了工艺生产的实际要求。在装置倒开车阶段，在线气相色谱仪用于测量丙烯去反应器的氢气含量，由于现场介质为高温高压，因而导致蒸汽减压阀损坏，在对其样品预处理系统内蒸汽减压阀进行改造后，确保了色谱仪的正常投运，为工艺操作提供了可靠的数据。

关键词：在线气相色谱仪色谱柱预处理过滤器

气相色谱法是一种快速、高效、灵敏的现代分离分析技术，已广泛应用于石油、化工和环保等领域。它利用色谱柱和检测器对混合气体进行分离和检测，在线气相色谱仪能自动、连续、可靠地运行，具有实时、稳定和准确等优点。为了给色谱仪提供符合仪器要求的被测试样，每台色谱仪都配有一套完整的取样和样品预处理系统。但在实际应用中，由于配件的选型不对，导致样品预处理系统的不完善，从而造成色谱仪测量不准确或不能满足工艺实际使用要求。笔者分析了武汉乙烯聚丙烯装置开车过程中，在线气相色谱仪在投运时出现的

问题，并采取了应对措施，使仪表投运正常，既保证了仪表测量的准确性，又符合工艺生产的要求。

1在线气相色谱仪的结构及工作原理

1.1系统组成及结构

在线气相色谱仪由采样单元、分析器、控制器三部分组成。采样单元包括样品处理、流路切换、大气平衡部件、气路控制、指示部件等；分析器由恒温炉、自动进样阀、色谱柱系统、检测器组成；控制器的功能是实现对炉温、进样、柱切和流路切换系统的程序控制，对检测器信号进行放大处理和数据计算等[1]。在线气相色谱仪分析系统如图1所示。

图1　在线气相色谱仪分析系统示意

1.2工作原理

工艺试样经取样和预处理装置后变得洁净、干燥，处理后的试样连续流过定量管，然后在载气的携带下进入色谱柱系统，试样中的各组分被色谱柱内的填充剂所吸收或解析，由于不同分子极性不同，被填充剂吸收或解析的程度也不同，因而通过柱子的时间产生差异，在柱出口处发生分离，再依次进入检测器。检测器将组分的浓度信号转换成电信号，微弱的电信号经放大电路后进入数据处理部件，最后送至主机的液晶显示器显示，并以模拟或数字信号输出[1]。

2在线气相色谱仪的应用

2.1应用概况

武汉乙烯0.4Mt/a聚丙烯装置有两条生产线，分别采用国产ST环管法聚丙烯工艺技术(简称STPP装置)和日本JPP公司的气相法聚丙烯工艺技术(简称JPP装置)，以丙烯、氢气、乙烯(生产共聚物时用)等为主要原料，可生产均聚、无规、抗冲共聚等产品。

该装置配备7台德国西门子Maxum EditionⅡ型在线气相色谱仪，对原料精制单元的杂质含量以及反应器的反应物含量进行连续测量。色谱仪的配置及开车阶段的投运状况见表1所列。

表1　在线气相色谱仪应用概况

在2013年6月聚丙烯装置试开车时，7台在线气相色谱仪随着工艺流程的打通陆续投运，但在投运过程中，JPP装置色谱仪1820-AT-60023原设计不能满足工艺实际需要测量点的检测；STPP装置色谱仪1810-AT-201中，样品预处理系统的蒸汽减压阀不耐现场高温高压，导致色谱仪无法正常投运。

2.2技术改造

2.2.1工艺应用要求及软件应用修改

聚丙烯JPP装置的西门子Maxum Edition Ⅱ型在线气相色谱仪1820-AT-60023，测量原料丙烯中甲醇、一氧化碳和二氧化碳杂质含量。采用FID检测器、MODEL50样品阀和柱间阀，色谱仪配置2个流路，分别测量2个不同采样点的被测组分，每个流路对应1个色谱应用方法。

原设计是色谱仪的流路Stream1检测丙烯中杂质甲醇的含量；流路Stream2检测乙烯中杂质甲醇、一氧化碳和二氧化碳的含量。装置开工时，按工艺要求，原料丙烯中需增加测量一氧化碳和二氧化碳杂质的含量，而原料乙烯是根据市场需求，在切换牌号生产无规共聚物时才需添加，故只需分析杂质甲醇的含量。根据工艺实际需求，需对色谱仪的应用软件进行改造，使之满足工艺使用要求，见表2所列。

表2　色谱仪1820-AT-60023出厂配置与工艺要求

利用西门子色谱软件Maxun System Manager和Maxum EZChrom对流路和方法的关联关系做修改，然后用标气重新标定色谱仪，检查并校对组分4～20mA输出信号。经过修改应用软件，该在线气相色谱仪满足了工艺的使用要求。

2.2.2对样品预处理系统的部分改造

在装置开车阶段，色谱仪1820-AT-60023投运后，工艺人员反映被测组分甲醇的测量值总是偏低。用标准气重新标定后，甲醇的出峰保留时间均和出厂文件中的谱图相吻合，但测量值偏低。使用与该色谱仪共用同一套预处理系统的色谱仪1820-AT-60022，分别测量原料丙烯和原料乙烯中的硫化氢含量，同样存在测量值偏低的问题。针对该现象对色谱仪进行了仔细检查和深入研究，发现问题出在样品预处理系统的过滤器上。

针对现场被测介质是甲醇和硫化氢，预处理系统内的样品管线、色谱内部管线均采用硅钢管，与试样接触的材质均为316SS不锈钢，选用Swagelok品牌的管阀件配置。原技术协议里设计配置精细过滤器，但未特殊说明材质要求。现场使用直通纸质过滤器(属于细过滤器)，由于真滤芯采用滤纸，对甲醇、硫化氢有吸附作用，试样经过减压、稳流和过滤处理后，甲醇、硫化氢被滤芯部分吸附，再由载气带入色谱柱系统分离，进入检测器，造成测量值偏低。经过认真选型，将纸质过滤器更换为烧结过滤器，由于烧结过滤器符合过滤被测介质不被吸附的要求，在更换过滤器后2台色谱仪测量值恢复正常，从根本上解决了测量值偏低的问题。

2.2.3蒸汽减压阀损坏的处理

在STPP装置中，在线气相色谱仪1810-AT-201用于测量丙烯去反应器的氢气含量，在现场测试验收和现场调试中，测量值都准确，但在装置开车时，色谱仪切换到工艺试样后只运行了不到20h，指示值全为零。经过全面检查，发现样品预处理箱内的样品流量计内无试样流过，查其原因是样品预处理箱内的蒸汽减压阀损坏。

研究发现，在色谱仪样品预处理系统配置时存在蒸汽减压阀选型错误，现场使用的蒸汽减压阀型号： H2-1D55A3E111，其中A表示减压阀内部密封垫片的材质为Tefzel，其能耐的最高温度是193 ℃，最大操作输入压力为2.76MPa，而现场采样点的压力在4.2～4.9MPa，预处理系统均采用低压蒸汽伴热，伴热温度接近190 ℃，故密封垫片的材质不能满足现场的耐压使用要求，从而导致色谱仪不能正常投运。将蒸汽减压阀的密封垫片更换为PEEK材质(在193 ℃时的最大操作输入压力为24.82MPa)后，蒸汽减压阀工作正常，色谱投运后，测量值恢复正常，为装置开车时工艺操作提供了准确的测量数据。

3结论

1) 在武汉乙烯聚丙烯装置开车过程中，针对原设计配置的在线气相色谱仪不能满足现场实际测量需要和测量不准的现象，对色谱仪的应用软件进行修改，并对其样品预处理系统的过滤器、蒸汽减压阀进行重新选型更换，既满足了工艺生产的需要，又保证了仪表本身的测量准确性。

2) 截至目前，7台在线气相色谱仪在该装置全部投运正常，给工艺操作提供及时准确的分析数据，保障工艺的正常生产。

参考文献：

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[3]王森，符青灵.仪表工试题集在线分析仪表分册[M].2版.北京： 化学工业出版社，2006： 68-69.

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中图分类号：TP833

文献标志码：B

文章编号：1007-7324(2015)03-0079-03

作者简介：龚宝华(1976—)，女，湖北枝江人，1997年毕业于湖北广播电视大学(全日制)工业自动化专业，现就职于中韩(武汉)石油化工有限公司，从事分析仪表管理工作，任助理工程师。

稿件收到日期： 2015-02-13，修改稿收到日期： 2015-04-28。