李芳芳
中国石化扬子石油化工有限公司电气仪表中心 江苏南京 210048
摘要：本文阐述了乙烯装置裂解气在线色谱仪在乙烯生产中的重要性及在线色谱仪分析系统的构成，详细介绍了取样器以及样品预处理系统的结构和功能，剖析了实际应用中裂解气在线色谱仪不能长期平稳运行的原因，对裂解炉色谱仪指示波动原因从色谱仪整个分析系统的各个环节进行了原因分析及探讨，针对样品气带液的问题，制定了切实可行的改进措施，通过改进完善取样器和预处理系统：优化和完善取样器、对系统流量进行控制以及对预处理系统进行优化等，减少了样品带液，保证了裂解气在线分析色谱仪的稳定运行。同时提出一些后续的改进措施与建议，对后期从事维护在线色谱仪具有一定的指导意义。
关键词：裂解炉；色谱仪；取样器；预处理系统
1.引言
乙烯收率是衡量裂解装置经济效益的一个重要指标，为了提高乙烯收率，需根据在线色谱仪的分析数据，以丙烯/乙烯质量比或以甲烷/丙烯质量比为控制指标，通过对裂解炉的蒸汽注入、温度控制等工艺参数进行调整，对裂解炉实施优化控制。过高的裂解深度会影响裂解炉的运行寿命，过低的裂解深度则影响产出的产量，并增加裂解炉的能耗，影响生产成本。所以合适的裂解深度既能满足产出量的要求，又能最大限度地抑制能耗，延长裂解炉的运行周期，减少清焦成本和检修成本。
在线色谱仪作为一个能实时、准确地对裂解气中各种轻组分的含量进行分析的工具，若示值存在较大的波动，将影响烷烯烃气相收率数据比值的稳定性，从而影响裂解深度的控制。所以在线色谱仪能否给工艺长期提供及时、准确的数据，在裂解深度先进控制中显得尤为重要。
2.在线色谱仪分析系统
裂解气在线色谱仪分析系统主要由样品取样器、样品预处理系统和在线色谱仪三部分组成。
2.1样品取样器
样品取样器是自动分析仪器的重要组成部分，它是由一些机械和电器部件组成的一种流程系统。其功能是由分析对象中取出具有代表性的样品，并对分析的样品进行物理或化学上的预处理。
国内乙烯裂解炉取样器基本采用PY-GAS结构（如图1所示），该系统采用涡流管制冷原理，对裂解炉出口的裂解气样品进行初步的过滤、降温、降压。取样器将组成复杂的裂解气净化，经过滤回流段和冷却脱水段，将固体颗粒、重组分及水分留在工艺管道内，将轻组分取出，以一定的流速均匀地送向样品预处理系统。
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图1 PY-GAS 取样器原理图
2.2样品预处理系统
当工艺样品经过取样器处理后，样品气相对较干净，但是气相色谱仪对进入的样品气有更严格的压力、流量的要求。样品预处理系统具有冷却、去除液态油污和去除气态油雾功能，彻底清除样品中的液态或气态油雾，确保工业色谱仪的长周期稳定可靠运行。
裂解炉色谱分析仪大多采用两个流路预处理系统，即依次测量两台裂解炉裂解气成分，两个流路预处理是相互独立的，各自完成自身流路样气的预处理，预处理部件不能公用。为了减少分析滞后时间，各路都要设置旁路放空或快速回路。各路处理后的样气必须汇集到一公共管线上供给色谱仪取样分析。
3.色谱仪分析系统存在的问题
对于乙烯裂解气这种高温、高含水、高油尘的气体处理难度本身就很大，加之裂解原料上的差别、工艺和设备上的差异、多变的工况、频繁的清焦、系统配置上的欠缺、使用维护上的不当，都会对取样器运行产生影响，极易造成裂解气样品中带水带液，加之预处理系统原设计功能不够完善，无法将油水彻底分离干净，致使色谱仪无法正常运行。经过多年维护经验总结，裂解气在线色谱仪分析系统主要发生以下几种典型故障。
3.1样品带液带油严重
样品带液带油严重，严重时会导致进样管线堵塞。主要是由以下原因导致：取样系统进油时，没有及时清洗过滤系统；裂解炉开炉时根部取样阀（闸板阀）没开到最大位置，液油回流不畅，油污被带出采样器进入取样管线，造成取样系统进油；裂解炉停炉或清焦时，没有关闭或未及时关闭样品根部取样阀、停止色谱仪运行；开炉时裂解炉运行未稳定就开根部取样阀、运行色谱仪，造成样品带油；PY-GAS取样器样品温度设定太高，温度设定太高致使重组分带出采样器进入取样管线。
3.2进样流量波动
取样器采样流量不稳致使在线色谱仪每次取样分析的量不相同，导致了色谱仪每次分析的组分值有一定的偏差，从而造成组分测量值发生波动。主要原因有：仪表风含杂质、湿气大、压力偏低（小于0.7 MPa）造成冷却系统堵塞；根部取样阀和取样器没有保温材料保温；取样器测量温包测温不准，样品切断阀动作不到位，造成样品的流量不稳定；取样管线、过滤器、预处理箱泄漏；预处理系统除尘、除油效果差，水分和油污易进入色谱仪，导致取样滑阀膜片出现划痕，甚至导致色谱定量管、柱管堵塞，造成取样量不足，测量不稳定。
4.色谱仪分析系统使用过程中的优化
针对裂解炉在线色谱仪使用过程中出现的问题，目前主要以两次旋风分离为核心的分析技术，采用“前级取样+稳压稳流+后级精密分离+最终过滤”的方案（见图2）使样气中的含油成份降低到最小程度，最大限度地满足在线色谱仪的进样要求。具体优化措施如下：
4.1优化和完善取样器
1）对取样器进行隔温处理，减少工作界面与外界热交换的面积，有效减少外界温度对取样器的影响；2）增加过滤逆流段的长度，确保杂质和重油的充分过滤；增加冷却脱水段的长度，便于冷凝液的充分冷却，增加冷凝液的附着面积，增加冷凝液的回流空间；3）随环境温度的变化，及时调整设定温度，使控温效果处于最佳状态；4）增加过滤器净化压缩空气（冷却剂），防止湿气结冰并堵塞冷气端，冷却能力下降。增加压缩空气压力检测和调节装置，调整空气压力达到仪器要求（0.45~0.7 MPa），满足PY-GAS取样器制冷系统制冷要求。
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图2 现场裂解气在线色谱仪分析系统流程图
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论文作者:李芳芳
论文发表刊物:《防护工程》2019年19期
论文发表时间:2020/2/27
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