微量氧分析儀在聚乙烯裝置中的應用

王健(中石化寧波工程有限公司，浙江 寧波 315103)

微量氧分析儀在聚乙烯裝置中的應用

王健
(中石化寧波工程有限公司，浙江 寧波 315103)

在聚乙烯裝置中，為了避免乙烯被氧化，在乙烯精制單元選用了在線微量氧分析儀，實時監(jiān)測氮氣和乙烯中的氧體積分數(shù)。介紹了微量氧分析儀的構成和工作原理，并著重介紹了非耗盡型電化學式微量氧分析儀在聚乙烯裝置中的應用以及相關采樣預處理、傳感器在日常操作中的常見問題，并采取相應的優(yōu)化措施，為更好地維護該類型的儀表提供參考。

微量氧分析儀 非耗盡型 電化學 傳感器 預處理 優(yōu)化

目前，國內的聚乙烯(PE)裝置多數(shù)采用氣相法流化床反應技術，該技術對聚合反應原料的控制非常嚴格，乙烯作為主要的反應原料，進入反應器前要避免被氧化，選擇在線微量氧分析儀，可實時監(jiān)測氧體積分數(shù)。國內的PE裝置主要采用GE的非耗盡型電化學微量分析儀，不像耗盡型微燃料電池一樣需要經常標定及定期更換傳感器，但該類傳感器承壓能力低，最高只能承受約34 kPa的壓力，過壓很容易損壞傳感器。筆者以GE公司的微量氧分析儀為例，介紹PE裝置中微量氧分析儀的應用。

1 微量氧分析儀的構成及工作原理

微量氧分析儀由傳感器、采樣及預處理系統(tǒng)、MIS1分析儀主機三部分組成。

傳感器工作原理： 微量氧傳感器采用非耗盡型電化學技術，即介質進入傳感器，介質中的氧分子通過擴散膜進入傳感器的陰極。氧分子在負極電解液中得到4個電子變成OH-，同時OH-在電解液中被吸附到陽極，在陽極釋放出4個電子又變成氧分子及水。整個過程沒有消耗掉任何一種組分，只發(fā)生了電子的遷移。根據(jù)庫侖定律，電子遷移的多少和電流大小成正比，而電流大小又和氧體積分數(shù)成正比關系。與一般的耗盡型電化學傳感器不同，該傳感器是非耗盡型電解法傳感器，大幅提高了傳感器的壽命。該傳感器工作時不消耗電解液和輸出正極，當電解液由于自然揮發(fā)而減少時，可注入蒸餾水。

某PE項目選用GE 026/1型傳感器，有三擋量程0～1×10-6，0～1×10-5，0～1×10-4，可以滿足N2及C2H4等介質在脫氧前及脫氧后的量程需要。

1.1取樣和預處理系統(tǒng)

微量氧分析儀的取樣探頭采用可在線插撥式，且取樣管線優(yōu)選電伴熱管纜；采樣預處理系統(tǒng)主要是用來減壓、過濾、控制流量來確保傳感器在正確的工作條件下，達到精度，延長使用壽命。該分析儀預處理系統(tǒng)如圖1所示。

圖1 采樣預處理系統(tǒng)示意

工藝介質經過取樣探針和取樣管線到達預處理箱，在預處理箱內經過針閥，再經過7 μm過濾器、減壓閥和針閥到達氧傳感器，從氧傳感器出來后經過壓力表和流量計排入低壓火炬。由于氧傳感器的最大工作壓力約為34 kPa，因而增加1個安全釋放閥來確保氧傳感器在意外情況下不會過壓而損壞。

1.2氧分析儀主機

氧分析儀主機能接6個氧傳感器及6個水傳感器，220 V(AC)供電，每個通道能輸出2路4～20 mA信號到DCS，氧傳感器和主機之間通過4芯屏蔽電纜連接。

2 微量氧分析儀在PE裝置中的應用

2.1儀表的應用

微量氧分析儀在PE裝置中主要用來測量N2及C2H4在脫氧前及脫氧后的氧體積分數(shù)，據(jù)工藝商的要求，原料精制后需將各種進料的雜質的體積分數(shù)脫除到1×10-7以下，避免反應器內的雜質與催化劑活性中心反應或配位，導致催化劑活性的降低或改性。在工藝中，要求精制系統(tǒng)將原料中各種雜質脫除到一定程度，以保證催化劑的性能不受影響。精制(脫氧)后，氧體積分數(shù)不高于1×10-6，否則毒化催化劑會降低樹脂熔融指數(shù)和密度，嚴重影響聚合甚至帶來爆炸風險。因此，在精制系統(tǒng)中，有專門的脫氧裝置。氧體積分數(shù)直接反映了脫氧的效率，對下階段的聚合反應及整個工藝的安全生產產生直接影響。

2.2優(yōu)化方案

預處理系統(tǒng)的設計對微量氧分析儀準確測量和穩(wěn)定性尤為關鍵。所以，對于預處理系統(tǒng)的優(yōu)化會直接影響微量氧分析儀的應用效果。在日常生產中遇到的問題和具體的優(yōu)化措施如下：

1) 過壓損壞傳感器。傳感器的最大工作壓力約為34 kPa，有可能是壓力太高損壞傳感器，也可能是背壓太高損壞傳感器。可在樣氣入口設置電加熱減壓閥，取代普通的減壓閥，避免因減壓吸熱產生的冷凝現(xiàn)象。

2) 過溫損壞傳感器。傳感器的最大工作溫度是49 ℃，超過最大工作溫度也會損壞傳感器。所以，對取樣管線的伴熱溫度要求較高，在選擇伴熱時最好選用帶溫控的電加熱器且最高溫度不能超過49 ℃。由于蒸汽伴熱溫度無法精確控制，伴熱溫度波動范圍較大，應避免使用蒸汽伴熱。

3) 傳感器響應速度變慢。如果大量的顆粒及油污進入傳感器的滲透膜，會造成傳感器響應速度變慢甚至沒響應。加裝帶旁路的自清洗式過濾器可減少該問題發(fā)生，提高過濾效率，避免傳感器被污染。

4) 傳感器的測量誤差很大。傳感器的工作電壓是1.3 V(DC)，如果工作壓力偏差很大，會造成很大的誤差。對于測量誤差大的問題，可以通過測量傳感工作電壓來進行確定，如果傳感器的工作電壓低于1.1 V(DC)時，可能是電纜的電壓損失過大，可以根據(jù)需要更換傳感器電纜。

5) 發(fā)生“Fluid Low”報警現(xiàn)象，緣于傳感器電解液的液面低于最低值。雖然非耗盡型電化學傳感器在整個反應過程沒有消耗掉任何組分，但是在干燥的環(huán)境及介質中，由于水分子會蒸發(fā)，造成電解液的液面越來越低。當?shù)陀谧畹椭禃r，儀表就會報警，這時添加電解液或稀釋液即可。

2.3儀表的安裝

1) 微量氧分析儀傳感器和試樣預處理有關的儀表、閥門均安裝在現(xiàn)場儀表箱內。為了保證分析儀在最短的滯后時間內得到有代表性的工藝試樣，節(jié)約電伴熱管纜的投資，現(xiàn)場儀表箱安裝位置應盡量靠近工藝管線取樣點。

2) 預處理系統(tǒng)中所有設備、儀表的金屬外殼必須有可靠的接地措施。現(xiàn)場儀表箱內留有接地端子，儀表工作接地不允許兩端、多端接地。

3) 電纜和管線進出現(xiàn)場儀表箱體宜采用密封防水的穿板接頭。

3 結束語

在線微量氧分析儀在聚乙烯裝置中發(fā)揮著重要的作用，對預處理系統(tǒng)進行優(yōu)化是確保聚乙烯裝置平穩(wěn)運行的必要措施。在實際生產中，氧分析儀由于精度高、穩(wěn)定性好、維護量少，贏得了大量客戶的好評。但由于氧分析儀是一種高精密儀表，使用中如不注意，常常會碰到一些問題。通過分析過壓損壞傳感器、過溫損壞傳感器、傳感器響應速度變慢、傳感器的測量誤差很大、儀表報警，顯示“Fluid Low”等問題，提出了優(yōu)化方案。同時加強日常檢查和維護也可降低分析儀故障率，并延長分析儀的使用壽命。

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稿件收到日期：2013-03-01，修改稿收到日期2013-06-24。

王健(1980—)，男，遼寧撫順人，2003年畢業(yè)于遼寧石油化工大學測控技術與儀器專業(yè)，獲學士學位，現(xiàn)就職于中石化寧波工程有限公司，從事石油化工自動化設計工作，任工程師。

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1007-7324(2013)05-0070-02