在线分析仪表在烯烃装置的应用及常见问题处理

许思敏

(中国石化上海石油化工股份有限公司烯烃部，上海 200540)

烯烃在国民经济中极为重要，它代表了一个国家的石化工业水平。随着工业发展水平的不断提高，烯烃生产工艺流程日趋复杂，成分分析变得越来越重要。而在线分析仪表可以更好地对工艺系统的关键成分进行监视和控制，避免了手动取样分析带来的时间滞后现象。因此，企业应加大在线分析仪表的研发和使用力度[1]。

1 在线分析仪表在烯烃生产上的作用

1.1 提高生产效率

在线分析仪表在烯烃生产过程中具有极其突出的作用，相对于实验室分析，在线分析仪表能够从流量、压力以及物料组分等方面对生产过程进行整体监控，不但可以通过在线分析的方式来达到直接监控物料转化率以及产品质量的效果，同时可以指导工艺参数的调整。如果能够统合生产数据，建立智能化的控制系统，以科技手段辅助工艺操作，工厂将可以在同样投入的情况下取得更高的经济效益。

1.2 保证装置的安稳运行

在线分析仪表的最重要特点是可以连续不间断地监控生产过程。相比于常规生产控制手段，能够全天候对生产全流程进行监控，更快速地对异常信号进行抓取，所以在确保生产稳定方面具有不可替代的效果。从生产实践经验来看，在线分析仪表可以有效地协助排查生产故障问题，不但可以协助技术人员快速摸排异常原因，同时可以对可能发生的质量问题进行预警，从而协助工艺人员及时进行工艺调整和操作，消除隐患，避免重大质量事故的发生。

1.3 监测污染状况

随着国家环保要求越来越严，在线分析仪表在安全和环保方面的应用也越来越广。对于烯烃装置而言，利用在线分析仪表测量燃烧后废气组分含量和排污水的化学耗氧量(COD)等，可以有效地协助解决能耗高、污染大的问题。借助在线分析仪表还可以对废水废气进行合理监控，提升污染防控工作水平，充分满足国家环保要求。

2 在线分析仪表在烯烃装置的应用情况

在线分析仪表在烯烃装置有着广泛的应用，在此根据在线分析仪表类型进行介绍。

2.1 气相色谱在线分析仪

气相色谱在线分析仪可以基于不同物质在固定相和流动相所构成的体系，即色谱柱中具有不同的分配系数将被测样气各组分分离，然后用检测器将各组成气体的色谱峰转变成电信号，经电子放大器转换成电压或电流输出。气相色谱在线分析仪在烯烃装置的裂解和分离单元具有广泛的应用，主要用于富乙烷气、裂解气和分离塔塔顶气的组分分析，可以直观地确定反应和分离程度，从而指导工艺操作，提升产品的整体性能。气相色谱在线分析仪主要安装在炉出口、干燥器以及反应器出口，以此来确保生产运行的可靠性。在关键质量控制点，在线分析仪表与实验室分析采样点往往靠得很近，从而减少对两者数据的影响，以双重分析的方式提高工艺操作的准确性。在整个过程中，样品的传输具有一定的滞后性，可能会影响分析的结果，所以在进行取样器的设置时，要确保流量尽可能稳定，并且设置好预处理系统的温度控制标准，提升控制精度。气相色谱在线分析仪使用过程中经常会出现裂解炉烧焦后取样器没有及时关闭的问题，可能会导致分析设备产生故障。针对上述问题，可以通过构建样品传输快速回路的方式来解决，不但可以提升采样的效率，也可以进一步优化预处理的设计环节，做好压力波动幅度的调整。

2.2 微量水分析仪

微量水分析仪是用于检测水分的仪器，有电解法、阻容法、冷镜法、光纤法等几种类型。以常见的阻容法为例，利用吸湿物质的电学参数随湿度变化的原理进行测量。氧化铝薄膜传感器遇到水汽后引起电抗的改变，通过测量电抗的变化，可以得知被测气体中湿度的大小。阻容法微量水分析仪在烯烃装置中往往用于干燥器出口气体中的微量水测定，以确保干燥效果能够达到工艺要求。以聚乙烯树脂生产为例，如果作为原料的乙烯其水分含量过高,将降低催化剂的活性,减少反应堆中聚乙烯的产量，过多的水分还会缩短催化剂的使用寿命。在微量水分析仪的使用过程中，需要重点关注以下问题：(1)微量水分析仪的检测限极低，各种因素都会对结果产生较大影响，因此必须保证管道和设施的清洁，同时保证气体输送的稳定，最好将采样口置于长输送管线中部；(2)为了克服探头老化的问题，需要定期对设备进行校准，可以采用实验室分析与仪表数据定期比对的形式确保设备灵敏。

2.3 红外分析仪

红外线气体在线分析仪利用红外线进行气体分析。它基于待分析组分的浓度不同，使得吸收的辐射能不同，因此剩下的辐射能使得检测器里的温度升高不同，动片薄膜两边所受的压力也就不同，从而产生一个电容检测器的电信号。这样，就可间接测量出待分析组分的浓度。相对于气相色谱在线分析仪，它不需要过于复杂的样品前处理过程，可以广泛应用于气体、液体等各种物料分析，目前主要应用于石脑油、碳五、加氢尾油等原料分析，以及与气相色谱仪一起对压缩和分析单元各处物料进行组分分析。

2.4 pH仪和电导仪

pH仪和电导仪在工业水系统中极为常见，广泛用于工业水酸碱度和盐含量的指示。烯烃装置在生产过程中对于水质通常具有较高的要求，而在线分析仪表相对于实验室分析排除了取样干扰，数据更加准确，且稳定性更高。但是在使用过程中，pH仪和电导仪可能会受到油污、悬浮物的影响而出现精准度下降的问题，所以设备的定期校准相对其他仪表显得更为重要，且所需频次也更高。

2.5 热值仪

热值仪作为乙烯裂解生产的专用设备，可以通过热值分析与控制的方式来提升燃料的综合效率，从而得到节能和控制成本的效果。通过对比样品与助燃空气的差异，可以对燃烧空气的流量值、温度条件以及构成元素比例进行控制，从而确保在烟气温度不变的情况下提升热值水平的效果。由于可以达到快速响应、精准调控的效果，所以无论是热值还是燃料密度都可以达到预期的参数。经过技术调整与控制，热值仪也可以为实现企业经济效益的提升创造良好的条件[2]。

3 在线分析仪表在使用中的常见问题及处理

在线分析仪表属于精密仪表，在使用过程中经常会出现各种问题，如硫化物、灰尘、水分等都会极大干扰分析仪表运行的稳定，温度、流量等参数的设置也会对数据准确性产生影响。在此以烯烃装置在线分析仪表常见的几种问题为例，对仪表运行故障处理进行探讨。

3.1 设备选型不当

在线分析仪表型号种类多，同一种样品可能有多种仪表型号可供选择。例如硫含量分析仪，常见的型号有X荧光硫分析仪和紫外荧光硫分析仪。X荧光硫分析仪结构简单，不需要前期处理，适用于各种环境下的样品如原油；而紫外荧光硫分析仪对样品要求高，需要对样品进行前期复杂处理，但分析精度高，适用于成品油等。同样原理，一般分析一氧化碳、二氧化碳时可以用电导式或红外线分析仪，背景气为干净的氢、氮气等，且不含有硫化氢、不饱和烃、氨及较多水分。被测气体温度在5～40 ℃，压力大于0.5 MPa，一般应选用红外线吸收式微量气体分析仪；测量精度要求不高时，可选用电导式分析仪。

某烯烃装置曾发生过如下问题：急冷水pH指示时常不准，设备人员现场对管线、阀门和电极等部位进行剖析，发现是电极没有使用耐油型电机，而急冷水中含有少量的油，因此用一般的电极对样品进行前处理系统极易受到干扰，造成数据不准，通过更换耐油型电极，pH恢复正常。这就是选型不当引发的一种典型问题。

如果选型不当，应根据具体情况采取不同处理措施：(1)选型时未考虑物料杂质影响，仪表数据偏离实际情况,根据杂质情况，对预处理系统进行改造，如增加防尘、脱硫、吸附步骤，对物料进行净化，同时根据实验室分析数据而非标准物质对标准曲线进行优化，从而保证数据准确性；(2)仪表精度不达标,根据物料组分情况，缩小仪表量程，从而相对扩大仪表灵敏度，提高仪表精度，此种情况下要特别注意对仪表的安全保护，防止物料超常波动损伤仪表。

当然后期改造或调整只能相对改善仪表的应用情况，最根本的解决方案还是在仪表选型过程中充分考虑物料的性质和组分的含量及检验精度需求等，对仪表运行过程中产生较大影响的因素进行充分研究，确保仪表适用于当前生产环境。

3.2 预处理系统故障

在线分析仪表属于精密仪表，而乙烯样品的组分较多，通常含有一定量的杂质，在样品带水、带油污等情况时，难以满足分析仪表的应用要求，且极易造成检测器的污染。

以工业生产中常用的气体检测分析仪表和红外线分析仪表为例，红外线分析集光电于一体，红外线分析仪的检测部件主要由光源、气室、检测气等组成。其工作原理是红外线的选择吸收，要求红外光在气室中是平行的，并且无吸收、无反射。因此，预处理在在线分析仪表的应用中起着关键的作用，进表气体必须干净无灰尘、禁止水分及硫化物进入气室，否则会加快气室的污染、缩短分析仪表的使用寿命。

预处理系统在很大程度上决定了分析仪表的测量准确性。在实际操作中，预处理系统要充分考虑到可能对数据产生影响的杂质情况，如含水量和含尘量。在线分析仪表的预处理系统主要分为前级处理和后级处理。前者主要是进行简单的样品处理，保证样品可以顺利传输，让后级处理更顺利地完成，以降低样品温度为例，前级处理主要是进行脱水处理，对压力予以调整，从而达到降低样品露点的效果；而后者主要是对样品作进一步的处理，包含对压力和温度的深入调整、流量的有效控制、去除其中有害物质等。通过上述两级处理，最终的样品才能满足工艺生产的需要，确保最终分析结果的准确性。同时在常规维护过程中，需要定期清理过滤器，定期更换活性炭和检查预处理的气密性。维护不当不仅影响到分析数据的准确性，也关系到人身和设备的安全问题。

3.3 设备参数设置不当

查询烯烃产品的国家标准可以发现，产品标准对于检验设备参数的设定有明确的要求。同理，在线分析仪表设备参数的设置对于检测数据准确性也有着决定性的影响。以黏度计为例，在国家标准中对测定温度有严格控制，SC-131急冷油黏度在实验室人工分析环境中温度为80 ℃时测得运动黏度，而现场黏度计在环境温度为170 ℃时测得运动黏度，因此仪表的条件设置与实验室的条件设置不一致，测量的结果无法与工艺指标相匹配，仪表的数据与人工分析数据偏差较大。同样，老区裂解气干燥器FA-209A/B的水分在线分析仪表，仪表数据与实验室数据有巨大偏差，经分析，虽然仪表温度和流量设置正确，但预处理系统的伴热管线温度过高，实际环境与设备参数不一致，通过更换探头、关小管线伴热、关闭回收阀门等措施，目前水分仪数据已趋于正常。

因此，生产工艺人员与仪表维护人员要做好沟通，确保在线分析仪表分析过程与实验室分析环境下的温度、压力等保持一致；同时，对现场环境进行确认，核实环境能否满足参数设置情况；定期对仪表数据和实验数据进行比对，确保仪表运行正常；最后，设备人员应熟练掌握仪表正常运行所需的温度、压力，及时对设备进行维护保养，这样才能确保在线分析仪表的长期稳定运行。

4 结语

随着市场竞争的加剧，在线分析仪表这种能够起到节能增效作用的设备在化工生产上的应用必将越来越广泛，因而化工仪表的故障维修也将变得越来越重要。除了故障后的检修外，设计之初做好仪表选型，日常做好化工仪表的维护工作，尽可能减少故障的发生概率，技术人员不断提高自身修养，定期对化工仪表进行检修和维护，这些措施才是仪表长期稳定运行的关键所在。