SINDIE總硫分析儀在S－ZORB裝置中的應用

李 毅

SINDIE總硫分析儀在S－ZORB裝置中的應用

李 毅

根據SINDIE在線總硫分析儀檢測出的汽油中總硫含量，操作人員及時調整工藝運行參數，保證汽油中的總硫含量在控制質量指標范圍內。通過與標準液的測量對比，說明總硫分析儀分析數據準確，能夠正確反映生產工藝變化，滿足S－ZORB裝置生產要求。

隨著國家可持續發展目標的確立和社會環保意識的增強，油品產品質量不斷的提高，國際以及國內規定汽油的硫含量逐步降低，汽油硫含量的測定越來越受到重視。目前國內成品汽油的主要調和組分有催化裂化汽油、催化重整汽油、烷基化汽油、異構化汽油等，其中催化裂化汽油占國內成品汽油的80%以上。因此，如何有效的控制催化汽油的硫含量是控制成品汽油硫含量的關鍵。為此中國石油化工股份有限公司金陵分公司引進了汽油脫硫吸附S－ZORB裝置，將催化汽油里的硫質量分數降至0.001%以下，生產出符合國V標準的清潔汽油。

總硫分析儀的選型

隨著樣品預處理技術的不斷成熟，由原來的實驗室檢測，到現在使用在線總硫分析儀作為工藝控制手段，并以實驗室作為最終檢測手段，雙輔助來保證油品中總硫含量滿足國家標準。目前國際上常見的低濃度總硫分析儀分析方法主要有UVF紫外熒光法和MWD XRF 單波長色散X熒光法。金陵石化S－ZORB裝置選用的總硫分析儀是美國XOS公司生產的 SINDIE 6010ZP型號的基于單波長色散X熒光技術的石油產品超低硫在線分析儀。

該分析儀與 UVF 紫外熒光法低硫在線分析儀相比主要有以下幾個優點：

1.紫外熒光法首先需要將定量的樣品燃燒為氣體后檢測氣體樣品中的總硫數據，間斷性檢測，滯后時間長，而該分析儀直接檢測流動的油品，無滯后時間，這對裝置操作調整較為有利；

2.紫外熒光法使用高溫的石英玻璃，由于石英玻璃有易碎、易有劃痕的特點，在清潔過程中很容易被損壞，而該分析儀采用高分子材料堅固不易損壞，不需要清潔，自動更換視窗膜，時間小于2min；

3.維護較為簡單，每年進行單點校正，待機功能顯著提高，X光源壽命達到2－3a；

標校頻次低，周期長，只需每6個月進行一次標校。

SINDIE分析儀的組成及其檢測方法

SINDIE在線分析儀用于檢測汽油的含硫總量，有助于煉廠對汽油的在線調和，該分析儀由承載電子設備以及分析儀“引擎”（X射線和光學系統）的箱體、油品傳送系統以及吹掃系統等組成，該分析儀是用單波長色散X熒光光譜測定法（MWD XRF）來測定單相液體燃料的硫含量。分析儀引擎聚焦一束單色的X光打在樣品池中的檢測樣品上從而激發硫原子的K層電子。分析儀通過X射線管產生X射線，其最大的能量設置為50kV和1.5mA。硫原子發出波長為0.5373nm（5.373? 或2.3Kev）的Kα射線（熒光），該特定頻率射線被檢測器吸收。硫原子發出的X射線強度（每秒的光子數）由檢測器來測量并用標定方程轉化成硫的濃度（mg／kg或 ppm）。

X射線分析引擎

X射線的引擎基本部件包括X射線光源、光學部件、真空室、檢測器、檢測器放大器、樣品池（動力窗模塊）以及真空傳感器。MWD XRF分析儀引擎如圖1所示。

X射線光源

X光源發出的光線在光學室內，X射線的光源的能量是由50K VDC的高壓電源來提供，加載到X射線的正極上。這個電源還包含一個低壓（5.5VDC）燈絲電源，它提供2.3A低壓電流來加熱燈管陰極的鎢絲，鎢絲的加熱在燈管里產生了連續的電流，電子由于加在陽極和陰極之間的高壓被加速并且轟擊陽極靶材料，電子撞擊靶材料產生了Kα熒光和軔致輻射（散射），多色的激發光束從燈管旁邊的窗口射出，而這束光必須通過另一個分析引擎上的窗口以進入光學室，X射線管和光學室的窗口均使用鈹材料。

真空系統

真空泵是一個干式、隔膜泵，使用24VDC電源，當儀表箱門關閉時連續運轉。真空傳感器位于分析儀引擎上，測量光學器件室的絕對壓力并將這一信息傳輸給PLC。如果光學器件室的絕對壓力變化超出8Torr就會產生分析偏差，如果真空度增加到這個值以上就會有一個錯誤報警信息出現在觸摸屏上，表示一個過程報警出現，當真空度低時不會對分析儀的性能有損害并且不會產生報警，標定和分析檢測必須在這個真空范圍內。

檢測器

圖1 MWD XRF分析引擎示意圖

圖2 SINDIE分析儀的標定曲線

檢測器是里面充有氣體（氙氣）的正比例計數器，有24VDC的電源進行供電。這個檢測器的電壓是由工廠決定的，使正比例計數器的氣體離子的增加不得不轉換成檢測放大器的電子增加，這個電壓通常在1900VDC左右。如果檢測器或檢測器放大器需要更換，要運行一個公共軟件來定義新的電壓。正比例計數器里包含有一個內部電極連接到HV BNC（高壓連接器）的一端，并且電路相互絕緣，還包含一個面對光學室的小窗口，硫X射線穿入窗內激發氙氣原子，產生成對的電離，負離子向正電極補充電荷，HV采集到補充的電子。來自電源的另一根干凈的DC信號則利用這個充電脈沖，HV上的充電脈沖被檢測放大器俘獲成低壓電流并且進行放大。每一個放大的脈沖在2.00～4.00V范圍內，產生一個5V等幅脈沖。這個邏輯脈沖通過一根小的同軸電纜傳輸到DIN導軌上的PLC（控制器）計數器。

動力窗

為了保持檢測器峰值的靈敏性以此來延長維護周期，動力窗模塊設計了這樣一個機制：定期的移動樣品窗或膜到一個新的位置。當膜傳送時，通過關閉SMS（樣品管理系統）上的氣動閥來隔離樣品室和燃料管線，然后 通過干燥的氮氣充分吹掃。當吹掃循環完成后，壓力將完全釋放到大氣壓力，樣品的壓力通過安裝在SMS上的壓力傳感器檢測。此時，氣缸啟動，O型密封圈的壓力值減少到預設值。在移動過程中O型密封圈一直和膜的表面有接觸并且作為“橡膠掃埽”擦去移動膜表面的樣品。

分析儀箱體的吹掃

吹掃循環的基本操作如下：關閉并確保鎖緊分析儀引擎部分及電子部分的箱體門，然后打開氣源，調節調壓器到40～115psig。壓力調節完成后把吹掃氣閥打到開的位置，吹掃指示器由黑色變為黃色。等待人工設定的吹掃時間結束，吹掃流程完畢，關閉吹掃閥門，外殼將保持加壓同時壓力警報指示器仍然為綠色。

SINDIE分析儀的標定

當分析儀的測量不符合標準樣分析或者與實驗室測量不一致時需要進行手動標定，在標定模式下，儀器會自動關閉在線樣品的進、出口閥門，同時打開標定/漂移校正閥門。在標定前，確保儀器已完全預熱（此運行至少6小時），同時X光源的溫度應該高于箱體溫度大約30～35F，然后執行手動進膜來給樣品池中光的焦點或動力窗模塊傳入新的薄膜，把裝有IPA（異丙醇）的容器與快速連接插座相連接，并且用軟線連接另一個快速插座和容器的底部，由3路轉換閥來從容器中選擇樣品。最后連接電腦進入標定程序，當標定結果有效并感到滿意后，把新的標定曲線（因數）導入分析儀。標定曲線如圖2所示。

樣品要求及樣品回收

分析儀測量的產品必須用可以進行自我清洗的過濾裝置或旁路過濾器進行過濾，例如Swirlkleen或者Tornado、Balston等回路過濾裝置，過濾級別應該是25微米或者更小。同時分析儀還需要一個旁路流程以及一個流量計。

如果樣品流可以達到所要求管道的壓力，那么流過SINDIE分析儀的燃料就可以返回到管道中。另外一種做法就是把樣品輸送到樣品回收罐中，放空到大氣壓力。對于SINDIE分析儀的樣品回收系統必須滿足用N2或非常清潔的空氣對樣品測量部分進行定期吹掃以確保輔助排放閥排放完全。

結束語

SINDIE總硫分析儀系統連續不斷的對過程生產中的油品硫含量進行分析測量，有效保障了裝置中產品控制質量問題，大幅度降低了實驗室化驗的人力成本，也減少了含硫量不同的油品的混儲，從而間接的節約了高質量潔凈能源，創造了可觀的經濟效益和社會效益，保障了煉油裝置的“安、穩、長、滿、優”運行。

李 毅

南京市金陵石化建筑安裝工程有限公司

10.3969/j.issn.1001-8972.2016.09.046