46万t乙烯装置裂解气分析在线色谱仪DRS改造

何家辉 杜修成 杨志宏

(中国石油兰州石化公司电仪事业部，兰州 730060)

46万t乙烯装置裂解气分析在线色谱仪DRS改造

何家辉 杜修成 杨志宏

(中国石油兰州石化公司电仪事业部，兰州 730060)

对46万t乙烯装置裂解炉裂解气分析在线色谱仪动态回流取样系统进行改造，解决乙烯裂解炉裂解气在线色谱仪投用率低的问题，保证裂解气在线色谱仪测量稳定准确，指导工艺精确控制裂解深度、提高双烯(乙烯、丙烯)收率。

在线色谱仪 动态回流取样系统 乙烯装置 裂解气

46万t乙烯装置裂解炉是采用KBR和ExxonMobil共同开发的SC-1型管式裂解炉，共有5台炉子，22个投油通道。裂解炉是石油烃在隔绝空气和高温条件下发生分解反应,生成小分子烯烃或烷烃的工艺设备。裂解炉中的一次反应是原料烃经高温裂解生成双烯(乙烯、丙烯)的反应，二次反应是乙烯、丙烯继续反应，生成炔烃、二烯烃和芳烃甚至最后生成焦和碳的反应。裂解炉的一、二次反应发生在较高温度下，因此，裂解炉温度的控制对提高双烯收率很重要。

在乙烯生产过程中，将实时测定的裂解气组分浓度数据上传至先进控制模型，优化裂解条件以提高双烯收率、延长裂解炉管除焦周期、降低能耗、保证装置满负荷平稳运行。因此，测定裂解炉组分浓度的3台在线色谱仪(共22个流路)能否连续、稳定、可靠地运行，在乙烯生产中至关重要。3台在线色谱仪每个流路配置一套动态回流取样系统(Dynamic Reflux Sampler，DRS)，只有DRS运行正常，在线色谱仪才能稳定、可靠运行。但在兰州石化46万t乙烯装置裂解炉实际运行中，3台在线色谱仪的22套DRS只有7套正常投用，投用率仅31%。因此，笔者对在线色谱仪DRS进行改造。

1.1 在线色谱仪配置与工作过程

46万t乙烯装置裂解炉用3台ABB VISTA 2000型气相色谱仪分析裂解气中的甲烷、乙烯、乙烷、丙烯和一氧化碳5种组分的浓度，位号为110AT001、114AT001、115AT001。其中110AT001有6个流路，分别检测1#、2#、3#裂解炉裂解气组分浓度，114AT001、115AT001各有8个流路，分别检测4#、5#裂解炉裂解气组分浓度。

经DRS处理后的无油、无水干净裂解气被载气带入在线色谱仪后，色谱仪程序控制流路切换阀、大气平衡阀和柱切阀，将混合的裂解气带入在线色谱仪预分离柱，分离柱分离出裂解气中的各组分，并用检测元件检测出各组分的浓度值。

1.2DRS配置与工作过程

DRS是为在线气体分析提供连续样品的气体调节装置。DRS通过分馏来清洁两相或三相的样品，它具有一个内径1in(1in=2.54cm)的镍合金直不锈钢管的分馏柱，大内径可以避免堵塞。分馏柱没有活动部件，整个分馏柱被拉西格环(一种陶瓷散堆填料)填充。

过程压力将样品送入DRS，当样品进入后，对样品进行清洁、降温和干燥。3台在线色谱仪每个流路配置一套ABB 2170型DRS。每套DRS由根部阀、清焦阀、过滤逆流段、冷却脱水段、涡流制冷管和温度控制器组成。由于工艺裂解过程中伴随焦炭生成，DRS根部阀极易被焦炭堵塞，造成样品气中断，在线色谱仪流路无法投用。为避免取样器根部阀堵塞，DRS根部阀自动清焦系统由程序控制，在工艺正常开车时，根部阀每2h自动清焦一次。根部阀清焦时，清焦阀开，汽缸内逐渐充入空气，将清焦阀杆下推到根部阀，清除根部阀周围的结焦。清焦后，清焦阀关，汽缸中的空气逐渐放空，清焦阀杆退回到原来的位置。根部阀打开后，裂解气体从根部阀进入到DRS过滤逆流段，通过其中的拉西格环过滤杂质，自然冷却，重组分凝结回流，较轻组分继续上行到冷却脱水段。冷却脱水段内是列管式换热器，列管内较轻组分被涡流制冷管产生的低温冷气逐渐冷却，凝结在列管内部，液体靠自重力下流到逆流段，带着逆流段的杂质回流到工艺管道中。冷却脱水后的气体进入涡流制冷管，冷却到设定温度(3～10℃之间)。温度控制器通过测量涡流制冷器样品出口温度，与设定温度进行对比，控制涡流制冷管热气排放量和样品出口阀的开关。

2 在线DRS的投用情况与运行中存在的问题

兰州石化46万t乙烯装置裂解炉的3台在线色谱仪22套DRS中只有7套能连续不间断地投用，投用率仅为31%，DRS不能投用数量统计见表1。

表1 DRS不能投用数量及原因统计

如果DRS运行不稳定，将会导致裂解气体处理不干净(带油、带水、带小颗粒焦炭)，进而使在线色谱仪色谱柱分离能力变差、仪表出峰时间拖后及仪表基线不稳定等现象，影响在线色谱仪对裂解气组分浓度的准确分析。所以DRS的稳定运行对于在线色谱仪至关重要。由表1可以看出46万t乙烯装置DRS主要存在5类问题：

a. 由于DRS自动清焦程序不完善，易造成阀杆变形、卡死，原设计DRS根部阀清焦程序是在裂解炉投炉时，根部阀每2h自动清焦一次，裂解炉清焦时，根部阀关闭，根部阀不清焦，在维护过程中发现，每次裂解炉清焦后，DRS根部阀堆积大量焦炭，裂解气无法通过，手动执行根部阀清焦时，清焦阀杆下行阻塞、清焦困难，导致清焦阀杆变形，从而使清焦阀杆清焦后不能正常退回，卡在根部阀口；

b. 清焦汽缸限位开关位置移动，清焦阀杆对根部阀清焦后，无退到位回讯信号送入ESD，导致根部阀在裂解炉清焦时无法关闭，污染DRS，使样品带大量杂质；

c. 温控系统故障或因参数设定不正确，无法实现温度控制在正常范围，使样品带大量杂质；

d. 过滤逆流段堵塞；

e. 样品输送管线堵塞。

3 改造方案

笔者针对DRS在运行中存在的问题进行改造：

a. 增加裂解炉清焦时DRS根部阀定时清焦的程序，裂解炉清焦开始后每4h ESD给PLC送一个根部阀开的信号(阀开信号持续3min)，PLC接到该信号后控制清焦汽缸进行清焦，清焦阀杆完成清焦后，清焦阀杆退到位信号返回到ESD，根部阀关闭，为保证对DRS根部阀清焦阀杆与根部阀动作更加顺畅，更改PLC程序，当PLC接到根部阀开的信号5s后，清焦汽缸电磁阀带电，阀杆执行清焦动作，阀杆在170s时开始退出根部阀，阀杆退到位信号返回到ESD，根部阀关闭，恢复变形阀杆，将卡死的阀杆抽出，定期清洁、润滑清焦气缸阀杆；

b. 重新调整限位开关位置，确保阀杆退到位回讯及时送回ESD，根部阀及时关闭；

c. 重新检查温控系统、调整参数，更换故障电子控温器组件，重新设定温控范围(3～10℃)，制冷空气压力稳定在0.6MPa，调整样品输出流量大约为2～5L/min(样气输出流量大会造成制冷效果差)，清理气液分离罐，保证取样器出口样气无油、无水，温度在3～10℃之内；

d. 打开过滤逆流段清理堵塞；

e. 高压蒸汽清理样品输送管线。

4 改造后运行情况

自完成改造后，自动清焦程序得以完善，实现了DRS根部阀的全程自动清焦功能，温控系统也达到了设计目标。改造后3台色谱仪的22套DRS全部投用，为色谱提供干净无油的样气，投用率达100%。保证裂解炉色谱仪全部正常运行，确保生产装置在正确数据的指导下不断调整、优化操作，精确控制乙烯裂解炉的裂解温度，双烯收率由47.020%提高到47.289%，裂解气色谱分析系统能准确可靠分析。

5 结束语

通过完善DRS根部阀自动清焦程序，实现了DRS根部阀的全程自动清焦功能，通过采取对DRS温控系统参数重新调整、更换故障元器件及调整制冷空气压力等一系列手段，将出口样气温度控制在3～10℃之内，保证了在线色谱仪的稳定运行，为工艺生产提供了可靠、准确的数据，使裂解深度进一步优化，降低了能耗、提高了双烯收率。

TH833

B

1000-3932(2016)06-0649-03

2016-04-26(修改稿)