工业色谱分析仪在高密度聚乙烯装置中的应用

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【摘 要】主要介绍工业色谱分析仪及分析小屋在高密度聚乙烯装置中的应用。工业色谱分析系统包括采样探头、前处理箱、传输管线、预处理单元、分析仪表以及工业色谱分析仪网络，每一个环节都应正确设计，满足高密度聚乙烯生产需求。定期维护可确保工业色谱分析仪在装置中发挥正常作用。

【关键词】工业色谱分析仪；取样点；采样探头；预处理系统；分析小屋

0.前言

色谱技术出现于1906年，50年代以后经历了突飞猛进的发展，这种基于高超分离技术的分析方法已经成为最广泛最重要的分析技术。其无论是在理论上还是实践都已是一种成熟的分析技术，过程气相色谱出现于50年代末，其随石化及炼油的发展而发展，是石化工业最基本的过程分析仪表。

本文根据天津高密度聚乙烯装置的工业色谱分析仪系统，介绍从取样、前处理系统，传输管线、预处理系统及使用维护等方面的经验，从而提供工业色谱分析仪在石化聚乙烯装置生产中的应用发展。

1.在线分析仪表及在线分析系统构成

分析的方法有两种类型，一种是定期采样并通过实验室测定的实验分析方法。另一种是利用仪表连续测定被测物质的含量或性质的自动分析方法（这种方法所用到的仪表称为过程分析仪表或在分析仪表）。在线分析仪表（on-line analyzers）又称过程分析仪表（process analyzers），是指直接安装在工艺过程中，对物料的组成成分或物性参数进行自动连续分析的一类仪表。

通常取样及前级预处理、在线分析仪表（一般安装在分析小屋或现场盘）和样品（有气体、液体、固体）预处理装置共同组成一个在线测量系统，以保证良好的环境适应性和高可靠性，其典型的基本组成图如图1所示。

图1 色谱流程图

取样装置从生产设备中自动快速地提取待分析的样品，前级预处理装置对该样品进行加热、气化、减压和过滤等处理，预处理装置对该样品进行进一步的气话、加热、过滤等处理，同时还具有流路切换、样品分配等功能，为分析仪仪表提供符合技术要求的样品。公用系统为整个系统提供蒸汽、仪表风电源等。样品经分析仪表分析处理后得到代表样品信息的数据，将代表样品参数的电信号通过电缆传到DCS。

2.高密装置工业色谱分析仪

高密度装置采用的技术是引进法国INNOVENE S专利技术和工艺包，可生产高、中密度聚乙烯树脂共80余个颗粒牌号。INNOVENE S淤浆法聚乙烯工艺，使用两台环管反应器生产双峰/单峰聚乙烯产品。分别在一反应器、二反应器、膜回收等处设置了气相色谱仪采样点。既有单流路也有多流路色谱分析仪。

2.1工业气相色谱的检测器类型

（1）热导检测器（TCD）：工作原理是当载气和处理气流过惠斯通电桥时，由于两种导热系数不同，导致工作臂的电阻和参比臂的电阻不同，产生和被测介质浓度成正比的电势差信号。热导检测器灵敏度较低，通常用于测常量浓度。

（2）氢火焰离子化检测器（FID）：工作原理是当含碳有机物在氢火焰中燃烧时，产生电离化学反应，反应产生的离子在电场作用下收集到负极上，形成微电流，经放大产生色谱信号。FID检测器具有高灵敏度和宽线性范围的特点，是一种常用的气相色谱检测器，特别适用于毛细管色谱。

2.2工业色谱分析仪系统

样品在经过采样管线，进入挂在分析小屋外的样品预处理系统后，通过色谱分析仪的样品阀，由载气带入色谱柱内。经过色谱柱后，被测组分按序排列，依次进入检测器，形成不同的波谱。组分含量通过电信号传送到控制系统。工业色谱分析仪分为三部分，保持恒温的柱箱、检测器、电子部分。

图2 工业色谱

3.色谱分析仪样品处理系统

工业气相色谱仪分析回路通常包括：取样探头和前处理单元，快速回路和预处理单元。气相辅助系统包括：载气系统，样气系统，尾气系统。

3.1取样点的设置原则

常规取样点的设置。

A.取样点应位于能反应工艺流体性质和组成变化的灵敏点上。

B.取样点应位于对过程控制最适宜的位置，以避免不必要的工艺滞后。

C.取样点应位于可用工艺压差构成快速循环回路的位置。

3.2样品传输

传输管线基本要求：

（1）传输滞后时间不得超过60S，这就要求分析仪至取样点距离尽可能短，传输系统的容积尽可能小，样品流速尽可能快（1.5-3.5m/s之间为宜）。

（2）如果在分析仪允许通过的流量下，时间滞后超过60S，则应采用快速回路系统。

（3）传输管线最好是笔直地到达分析仪，只有最小数目的弯头和转角。

（4）没有死的支路和死体积。

3.3前处理系统

高密度聚乙烯装置前处理箱主要是对样品进行一级过滤，增压，气化作用。样品经过取样探头出来，经过一级过滤器（一备一用），再经过气化减压阀传输到预处理箱。前处理箱的温度由电（下转第177页）（上接第70页）加热器加热，温度控制在110度左右。

3.4分析小屋样品火炬排放

为减少样品的排放，样品快速回路使用蒸汽文丘里管，利用蒸汽的动力将较低压力的样品抽至火炬管线，尽可能减小环境污染。

3.5载气系统

工业色谱分析仪所使用的载气应为高纯度，一般要求 99.99%（%）氮气和氢气以上，保证工业色谱分析仪正常运行时载气的压力。一般采用两用一备。

4.故障情况总结及处理

工业色谱故障主要是由过滤器堵塞造成，和色谱分析仪进样阀故障引起，这就要求日常巡检和维护和重要。对色谱的故障判断和经验十分总要，将自己的经验总结如下：

（1）工业色谱一般采用外标法，这就要求对色谱的标气要求十分准确，而且标气配比采用摩尔百分百不能用体积百分比，会影响色谱分析精度。标定色谱时观察3-4个周期谱图，色谱谱图都在开关门之间，保留时间没有变化，色谱分析数值没有变化时，对色谱进行标定。

（2）高密色谱牌号众多，粉子特别细很容易造成前处理箱过滤器堵塞，造成取样管线堵塞重新配管，为了避免，采用在取样探头出口增加过滤器，防止堵塞取样管线重新配管，这样就可以直接更换过滤器芯节约成本，减少时间。

5.分析仪表日常维护

（1）定期检查调整样品前处理器压力、流量。

（2）定期排放过滤器积液，定期更换过滤器滤芯。

（3）加强与工艺操作人员联系。

（4）定期检查样品传输管线伴热。

（5）定期吹扫取样管线，清除样品管线中的油污，杂质等。

（6）不定期对取样系统进行泄漏检查。

（7）定期用标准气校验仪器，消除偏差，确保仪器的准确性。

（8）为保证工业色谱分析数据与化验室色谱仪分析结果的一致，两者应使用同厂家生产的标准气。

6.结束语

随着我国经济迅速发展，我国石化行业逐步向一体化方向发展。工业色谱分析仪的应用有力地推动高密度聚乙烯工业的发展。提高对在线分析仪表的重视程度，培养高水平、有经验的在线分析仪表人员，加强交流与学习，进一步提高在线分析仪表的应用水平，必将使其在高密度聚乙烯生产方面发挥更大作用。

【参考文献】

[1]王森.在线分析仪器手册.北京：化学工业出版社，2008，654.