在线分析仪在提升炼油装置油品质量中的应用

冯卫东，王 翔，禹华飞

（中国石油天然气股份有限公司 独山子石化公司 信息网络公司，新疆维吾尔自治区 独山子 833699）

0 引言

某石化公司历来重视重要生产装置在线分析仪的应用工作。早在2003 年就引进美国当时技术最为先进的核磁共振在线分析仪，并在重要催化裂化装置投入应用。后来，又一次性购入国产6 台全馏程在线分析仪和一台倾点及一台闪点共8 台在线分析仪，分别用在：1000 万吨/年常减压装置常三线和减一线全馏程及常一线闪点，200 万吨/年加氢联合装置全馏程，300 万吨/年加氢联合装置全馏程和倾点，120 万吨/年加氢裂化装置相关的航煤、柴油等装置馏出口上的在线分析检测。

通过这些在线分析仪的投用，提高了主要生产装置的产品质量控制要求，保障馏出口产品质量的合格率。同时，减少了离线化验分析频次，部分实现了APC 先进优化控制，实现了产品质量的卡边生产，提高了经济效益。

近年来，随着原油性质的不断重质化、劣质化，加工难度越来越大，要求越来越高。与此同时，对在线分析仪现场应用的难度也越来越大，有些过去运行还可以的在线分析仪，面对不断重质化、劣质化的油品，也出现难以长周期正常运行的情况。急切需要对已经在用的在线分析仪进行技术改造或技术升级，以适应业已恶化的被分析油样。再则，目前化验室人员越来越少，馏出口的分析频次也逐步在降低，原来每8 个小时分析一次的化验分析频次，目前很多都降为24h 做一次。这样以来，就更加削弱工艺操作室对馏出口产品的监测力度，馏出口产品质量的受控度大幅度降低，产品不合格的情况将不可避免地加大。

上述情况是目前摆在某公司各主要生产装置、各类在线分析仪应用方面的情况要点，当今智能化工厂，信息化智能化等新技术正不断渗入生产工艺及装置的各个角落，而在线分析仪作为重要质量信息的捕获终端，首当其冲扮演着重要的角色。某石化企业作为中石油旗下排名前列的炼化企业，不能在这一过程中落后，而是要率先做好，并要成为样板。

1 几处重要装置几年来的应用配置及运行情况

1.1 1300万吨加氢联合装置在线分析仪应用

2011 年，某公司在炼油厂300 万吨加氢联合装置上分别安装一台柴油全馏程在线分析仪和一台倾点在线分析仪。连续运行多年，初期调试投用几个月内，由于油品组分比重较重，长三线含蜡重对温度要求比较高，重柴油中含杂质和焦质成分十分严重，分析仪采样管线、过滤器堵塞，分析仪因进样量不足无法正确运行。通过技术人员和厂家针对现场实际情况对症下药，对管线增加伴热，在预处理单元安装多级过滤和脱杂脱水装置，并对相关部分进行改进。此后，分析仪运行可靠、分析数据能及时跟踪油品的馏分变化和生产波动趋势，大大减少了人工化验的工作量。同时，工艺操作人员以该分析仪数据为依据，随时对相关工艺参数进行调整，提高了产品质量及合格率，增加了轻质油收率。

1.2 1000万吨/年常减压装置在线分析仪的应用

图1 300万吨加氢联合装置柴油全馏程和倾点在线分析仪工艺流程示意图Fig.1 Process flow diagram of full distillation range and pour point on-line analyzer for 3 million ton hydrogenation unit

某公司在炼油厂常减压装置上共投用了3 台在线分析仪，分别为常三线柴油馏程分析仪、减一线柴油馏程分析仪和常一线柴油闪点分析仪，并于2012 年3 月正式投用。通过仪表技术人员攻关改造，大大降低该分析仪故障，提高了准确性，馏程分析仪初馏点、50%点、95%点及终馏点的重复性接近±0.95℃，远优于人工化验±2℃的水平。工艺操作人员参考其数据，可对柴油的95%点进行精确控制，对工艺操作进行优化控制生产，进而使这段时期柴油的收率取得了最大化，创造了可观的经济效益。

1.3 200万吨/年加氢装置在线分析仪的应用

2012 年，某公司在炼油厂200 万吨/年加氢联合装置上投用了一台柴油全馏程在线分析仪，对柴油馏出口的质量进行监测。使用馏程分析仪来分析油品数据后，经过前期在线与离线数据比对调试后，提高了在线分析仪数据准确性及可靠性。通过485 协议将数据发送到DCS 进行监控，MES 自动提取DCS 数据与离线进行比对，工艺操作人员依据DCS 提供的柴油95%点温度事实数据指导，进行工艺操作调整，使生产过程中的质量参数得到了很大程度的改善。

1.4 60万吨/年加氢裂化装置馏程分析仪的应用

某公司炼油厂60 万吨/年加氢裂化装置的航煤、柴油全馏程在线分析仪项目已完成开工，并开始进行调试工作。该全馏程在线分析仪的应用为加氢裂化装置实现生产过程在线质量监测、全塔优化控制，为提高经济效益和社会效益提供了有利的手段。航煤/柴油全馏程在线分析仪的实时分析数据，通过RS485 通讯接口传至DCS 系统上输出显示，同时可作为装置先进控制系统的参数输入，能实时监测生产过程馏分质量参数的动态变化。先进控制系统接收在线分析仪的实时数据后，会根据产品质量的控制要求和各种参数的变化选择最优化的方案进行操作调整，在保证质量合格的情况下提高高附加值产品的收率，从而带来更多的经济效益。近几年因该装置停运，分析仪也随之没有投运[1]。

1.5 催化裂化装置核磁共振分析仪的应用

2003 年，某公司斥巨资引进美国当时技术最为先进的核磁共振在线分析仪，并在重要催化裂化装置中投入应用。NMR（核磁共振）是通过前期建模，不断补充模型，使模型数量足够多，能够包含油品变化全过程，降低界外样的发生；通过原油、汽油、柴油、煤油对光吸收特性产出谱图不同进行分析二次计算，反映了目前在线分析仪的最新技术。投用初期，花费了大量的时间和人力，采用人工化验分析进行比对，对该分析仪进行建模。该分析仪对原油的性质及工艺参数的变化比较敏感，一旦更换原油或者工艺参数有较大波动，分析仪的算法模型要随着变化经常性地进行更改。因此，尽管技术先进，核磁共振分析仪所测分析数据并未完全取代人工化验分析，导致后期系统软件维护量大。

2 加氢裂化全馏程在线分析仪数据与人工化验分析数据比对

2.1 分析仪工作原理

分析过程符合《GB6536-2010 石油产品常压蒸馏特性测定法》或《ASTM D86 大气压力下石油产品蒸馏标准试验方法》相关标准，因此分析数据与人工化验分析数据能够较高程度地吻合。其分析步骤为：被测油样经预处理系统冷却和多级过滤等处理后，被控制器准确定量注入分馏器。待温度压力等条件满足规定要求后，分析仪对样品进行加热程序，计数器将记录第一滴蒸馏出来的胡油品为初馏点，在进行分馏器点，最终到终馏点进行一次完整分析，分析仪显示器立刻分析结果，并通过4mA ～20mA 或者RS485通讯接口传至所配远程专用发送器[2]。

2.2 主要技术指标

测量精度：符合《GB/T6536-2010 石油产品常压蒸馏特性测定法》的准确度标准

重复性：±1.5℃

输出信号：4mA DC ～20mA DC、RS232/RS485（modbus协议）

测量范围：0℃～410℃

分析周期：20min ～40min

防爆等级：Exd ⅡCT4

2.3 对比情况分析

以航煤全馏程在线分析仪为例，自投用以来，其在线分析数据和化验分析数据的同步对比分析如图2、图3 所示。

从图2、图3 中可以看出：航煤全馏程在线分析仪和化验分析数据的吻合较好，最大数据偏差在4℃以内，平均偏差不到2℃，且数据稳定性好，可作为指导操作调节、优化操作参数的依据。

图2 航煤全馏程在线分析仪初馏点数据和化验分析数据同步分析图Fig.2 Synchronous analysis chart of initial boiling point data and test analysis data of aviation kerosene full distillation range online analyzer

图3 航煤全馏程在线分析仪干点数据和化验分析数据同步分析图Fig.3 Synchronous analysis chart of dry point data and test analysis data of aviation kerosene full distillation range online analyzer

3 重要关键装置馏出口的在线分析及要求

3.1 现有几处已投用点在线分析仪的完善改进及性能提升

针对已经投用的馏程分析仪应加大维护力度，对于由各种原因导致目前停运的在线分析仪，要着手制定恢复运行的方案措施。对技术上明显已经落后的在线分析仪，要有针对性地进行技术性能提升和改造，加强与分析仪制造商的沟通，及时将与投用分析仪相关的最新技术手段应用于现场分析仪上，确保分析仪长期稳定准确地运行。

3.2 空白馏出口线上，要积极尽早实施在线化

在应用在线分析仪方面，某石化目前已经积累一定的经验，尤其是对目前国产分析仪运行的稳定性、准确性等，通过多年的使用有了深入地了解，而投用在线分析仪能更好地指导工艺生产。因此，建议在其他馏出口上推广使用馏程分析仪等在线分析仪。如常减压装置初顶石脑油、航煤、常顶汽油，催化装置粗汽油、稳定汽油、柴油，焦化装置柴油馏出口线均可投用馏程分析仪，对馏出口质量进行全面监测，提高产品质量。

3.3 加大蜡油、润滑油及渣油等重质油品的在线化监测力度

对这种难度大，又是某石化的特色产品，且目前在线化技术存在一定难度的课题，需要组织相关部门、科研单位或专业厂商进行联合技术攻关，力争早日对这些油品实现在线化。

4 在线化过程及后期的几点期望

4.1 高度重视应用中的安全及环保问题

据石化内部的交流了解到，除某石化外，其他石化炼油厂也出现过与分析仪配套的样品回收系统故障，或因工艺管线中压力波动较大，导致回样管线中的油样倒灌回样品回收系统的问题。一旦发生倒灌回流，造成油品泄漏，容易引发安全事故。而回收系统的放空口与大气相通，回收罐中的油气挥发到大气中，明显与国家环保治理的政策相悖。在与分析仪制造商武汉华天通力科技有限公司的技术人员沟通了解到，已推出了全新密闭样品回收系统。该回收系统采用单向阀和切断电磁阀双保险措施，能有效防止回油管线中的油样倒灌。密闭回收系统的放空口与相关低压容器相连，不外排大气，满足环保治理的要求。

4.2 科学处理好在线分析仪投用后，人工化验分析的关系

现阶段衡量油品质量的标准是基于人工化验分析方法，而人工化验分析方法及分析设备需严格依据国家或国际标准化组织所规定的石油产品分析标准的规定，即每一项人工化验分析方法或过程都有一项标准与其相对应。而在此需要人们注意的是，这些现行的标准方法，绝大多数都是一些条件试验，也就是在规定的条件、步骤下完成的一系列过程，最后得到分析数据，并没有十分严格的理论方法或数学推导做依托。如：石油产品的恩式蒸馏方法，就是在规定大小的烧瓶、规定的冷却水浴、规定的加热升温及分馏速度、规定的样品回收体积等条件下所得出的数据即分析结果。其它，如凝固点、冰点、闪点、粘度等也都是规定条件下的人工试验数据。而近红外及核磁共振则不同，其技术的核心是从碳氢化合物C 和H 的分子结构入手，通过核磁共振所产生的波或近红外光波对碳氢化合物对波的吸收程度，判断被测样品的碳含量或数量、碳氢含量的数量或比例，再通过适当的数学公式或模型的计算，最终获得某试样的各个质量数据。从这里能够看到，现行的国家标准（即化验分析标准）与近红外及核磁共振分析数据所依据的方法不同，即：一个是条件试验，另一个是严格的理论推导计算，要想让两者对同一油样所分析出的数据在大的测量范围及宽的约束条件下做到很好的吻合，其难度可以说是非常之大。

图4 目前分析数据的应用方式Fig.4 Application mode of current analysis data

图5 应推广的分析数据应用方式Fig.5 Application mode of analysis data that should be popularized

因此，不断了解在线分析仪在各领域中的应用，必须从根本上解决好上述标定、工况及地域不同等问题，为今后普及应用铺平道路。实际应用中，应使生产装置操作室采用现场在线分析仪的数据来进行生产，而人工化验分析仅用做对在线分析仪进行校对，以确保生产装置得到的分析数据是准确可靠的。

4.3 配套互联网技术的应用

随着互联网技术的发展，信息化时代已经来临。计算机互联网技术应用于工业领域已经是十分普遍的现象。将分析仪采集的各项检测数据，包括历史数据和实时数据，与工业计算机相结合，利用生产装置的自动化系统，通过互联网将机器、人、系统充分连接，在数据流动和集成技术上充分分析、建模，实现整个系统的智能化生产，形成新的模式和业态。

5 结束语

通过某石化10 多年在线分析仪在现场的应用实践说明，在线分析仪有其自身的技术要求和特点，相对于常规仪表而言较为复杂，应用条件要求多且苛刻，维护维修难度大，对分析仪生产厂商的依赖程度高，能够真正用好现场投用的在线分析仪，是一件有难度且有挑战性的事情。对于国外进口的在线分析仪，如：某公司投用的核磁共振在线分析仪，技术先进、集成度高，一台分析仪能够同时分析十几个指标。但是，对于原油性质的改变、工艺条件的变化很敏感，每次改变都要重新完善数据库，需要与人工化验分析做大量的数据比对，这与国内各炼厂原油多元化的情况相矛盾。此外，分析方法与国标差别大，分析数据要达到与人工化验分析数据很好地吻合，十分困难。

对于国产的在线分析仪，如：某公司投用的一批全馏程在线分析仪，可以说投用是成功的，分析数据与人工化验分析数据对比吻合度较高。如果分析仪能够长期稳定运行，完全可以取代人工化验，并且对APC 先进控制和RTO实时优化都会产生很大的帮助。目前，这批全馏程在线分析仪有一部分在运行，还有一些由于预处理系统对目前油样含水、含杂等越来越高的情况较难适应，现正在与生产厂商对预处理系统采用最新的高分子和纳米材料技术进行技术升级，相信经过技术升级后能够满足目前现场的运行条件，为相关装置提供稳定可靠的在线分析数据，精确指导工艺生产，提高产品质量，增加经济效益。