46萬t乙烯裝置裂解氣分析在線色譜儀DRS改造

何家輝 杜修成 楊志宏

(中國石油蘭州石化公司電儀事業部，蘭州 730060)

46萬t乙烯裝置裂解氣分析在線色譜儀DRS改造

何家輝 杜修成 楊志宏

(中國石油蘭州石化公司電儀事業部，蘭州 730060)

對46萬t乙烯裝置裂解爐裂解氣分析在線色譜儀動態回流取樣系統進行改造，解決乙烯裂解爐裂解氣在線色譜儀投用率低的問題，保證裂解氣在線色譜儀測量穩定準確，指導工藝精確控制裂解深度、提高雙烯(乙烯、丙烯)收率。

在線色譜儀 動態回流取樣系統 乙烯裝置 裂解氣

46萬t乙烯裝置裂解爐是采用KBR和ExxonMobil共同開發的SC-1型管式裂解爐，共有5臺爐子，22個投油通道。裂解爐是石油烴在隔絕空氣和高溫條件下發生分解反應,生成小分子烯烴或烷烴的工藝設備。裂解爐中的一次反應是原料烴經高溫裂解生成雙烯(乙烯、丙烯)的反應，二次反應是乙烯、丙烯繼續反應，生成炔烴、二烯烴和芳烴甚至最后生成焦和碳的反應。裂解爐的一、二次反應發生在較高溫度下，因此，裂解爐溫度的控制對提高雙烯收率很重要。

在乙烯生產過程中，將實時測定的裂解氣組分濃度數據上傳至先進控制模型，優化裂解條件以提高雙烯收率、延長裂解爐管除焦周期、降低能耗、保證裝置滿負荷平穩運行。因此，測定裂解爐組分濃度的3臺在線色譜儀(共22個流路)能否連續、穩定、可靠地運行，在乙烯生產中至關重要。3臺在線色譜儀每個流路配置一套動態回流取樣系統(Dynamic Reflux Sampler，DRS)，只有DRS運行正常，在線色譜儀才能穩定、可靠運行。但在蘭州石化46萬t乙烯裝置裂解爐實際運行中，3臺在線色譜儀的22套DRS只有7套正常投用，投用率僅31%。因此，筆者對在線色譜儀DRS進行改造。

1.1 在線色譜儀配置與工作過程

46萬t乙烯裝置裂解爐用3臺ABB VISTA 2000型氣相色譜儀分析裂解氣中的甲烷、乙烯、乙烷、丙烯和一氧化碳5種組分的濃度，位號為110AT001、114AT001、115AT001。其中110AT001有6個流路，分別檢測1#、2#、3#裂解爐裂解氣組分濃度，114AT001、115AT001各有8個流路，分別檢測4#、5#裂解爐裂解氣組分濃度。

經DRS處理后的無油、無水干凈裂解氣被載氣帶入在線色譜儀后，色譜儀程序控制流路切換閥、大氣平衡閥和柱切閥，將混合的裂解氣帶入在線色譜儀預分離柱，分離柱分離出裂解氣中的各組分，并用檢測元件檢測出各組分的濃度值。

1.2DRS配置與工作過程

DRS是為在線氣體分析提供連續樣品的氣體調節裝置。DRS通過分餾來清潔兩相或三相的樣品，它具有一個內徑1in(1in=2.54cm)的鎳合金直不銹鋼管的分餾柱，大內徑可以避免堵塞。分餾柱沒有活動部件，整個分餾柱被拉西格環(一種陶瓷散堆填料)填充。

過程壓力將樣品送入DRS，當樣品進入后，對樣品進行清潔、降溫和干燥。3臺在線色譜儀每個流路配置一套ABB 2170型DRS。每套DRS由根部閥、清焦閥、過濾逆流段、冷卻脫水段、渦流制冷管和溫度控制器組成。由于工藝裂解過程中伴隨焦炭生成，DRS根部閥極易被焦炭堵塞，造成樣品氣中斷，在線色譜儀流路無法投用。為避免取樣器根部閥堵塞，DRS根部閥自動清焦系統由程序控制，在工藝正常開車時，根部閥每2h自動清焦一次。根部閥清焦時，清焦閥開，汽缸內逐漸充入空氣，將清焦閥桿下推到根部閥，清除根部閥周圍的結焦。清焦后，清焦閥關，汽缸中的空氣逐漸放空，清焦閥桿退回到原來的位置。根部閥打開后，裂解氣體從根部閥進入到DRS過濾逆流段，通過其中的拉西格環過濾雜質，自然冷卻，重組分凝結回流，較輕組分繼續上行到冷卻脫水段。冷卻脫水段內是列管式換熱器，列管內較輕組分被渦流制冷管產生的低溫冷氣逐漸冷卻，凝結在列管內部，液體靠自重力下流到逆流段，帶著逆流段的雜質回流到工藝管道中。冷卻脫水后的氣體進入渦流制冷管，冷卻到設定溫度(3～10℃之間)。溫度控制器通過測量渦流制冷器樣品出口溫度，與設定溫度進行對比，控制渦流制冷管熱氣排放量和樣品出口閥的開關。

2 在線DRS的投用情況與運行中存在的問題

蘭州石化46萬t乙烯裝置裂解爐的3臺在線色譜儀22套DRS中只有7套能連續不間斷地投用，投用率僅為31%，DRS不能投用數量統計見表1。

表1 DRS不能投用數量及原因統計

如果DRS運行不穩定，將會導致裂解氣體處理不干凈(帶油、帶水、帶小顆粒焦炭)，進而使在線色譜儀色譜柱分離能力變差、儀表出峰時間拖后及儀表基線不穩定等現象，影響在線色譜儀對裂解氣組分濃度的準確分析。所以DRS的穩定運行對于在線色譜儀至關重要。由表1可以看出46萬t乙烯裝置DRS主要存在5類問題：

a. 由于DRS自動清焦程序不完善，易造成閥桿變形、卡死，原設計DRS根部閥清焦程序是在裂解爐投爐時，根部閥每2h自動清焦一次，裂解爐清焦時，根部閥關閉，根部閥不清焦，在維護過程中發現，每次裂解爐清焦后，DRS根部閥堆積大量焦炭，裂解氣無法通過，手動執行根部閥清焦時，清焦閥桿下行阻塞、清焦困難，導致清焦閥桿變形，從而使清焦閥桿清焦后不能正常退回，卡在根部閥口；

b. 清焦汽缸限位開關位置移動，清焦閥桿對根部閥清焦后，無退到位回訊信號送入ESD，導致根部閥在裂解爐清焦時無法關閉，污染DRS，使樣品帶大量雜質；

c. 溫控系統故障或因參數設定不正確，無法實現溫度控制在正常范圍，使樣品帶大量雜質；

d. 過濾逆流段堵塞；

e. 樣品輸送管線堵塞。

3 改造方案

筆者針對DRS在運行中存在的問題進行改造：

a. 增加裂解爐清焦時DRS根部閥定時清焦的程序，裂解爐清焦開始后每4h ESD給PLC送一個根部閥開的信號(閥開信號持續3min)，PLC接到該信號后控制清焦汽缸進行清焦，清焦閥桿完成清焦后，清焦閥桿退到位信號返回到ESD，根部閥關閉，為保證對DRS根部閥清焦閥桿與根部閥動作更加順暢，更改PLC程序，當PLC接到根部閥開的信號5s后，清焦汽缸電磁閥帶電，閥桿執行清焦動作，閥桿在170s時開始退出根部閥，閥桿退到位信號返回到ESD，根部閥關閉，恢復變形閥桿，將卡死的閥桿抽出，定期清潔、潤滑清焦氣缸閥桿；

b. 重新調整限位開關位置，確保閥桿退到位回訊及時送回ESD，根部閥及時關閉；

c. 重新檢查溫控系統、調整參數，更換故障電子控溫器組件，重新設定溫控范圍(3～10℃)，制冷空氣壓力穩定在0.6MPa，調整樣品輸出流量大約為2～5L/min(樣氣輸出流量大會造成制冷效果差)，清理氣液分離罐，保證取樣器出口樣氣無油、無水，溫度在3～10℃之內；

d. 打開過濾逆流段清理堵塞；

e. 高壓蒸汽清理樣品輸送管線。

4 改造后運行情況

自完成改造后，自動清焦程序得以完善，實現了DRS根部閥的全程自動清焦功能，溫控系統也達到了設計目標。改造后3臺色譜儀的22套DRS全部投用，為色譜提供干凈無油的樣氣，投用率達100%。保證裂解爐色譜儀全部正常運行，確保生產裝置在正確數據的指導下不斷調整、優化操作，精確控制乙烯裂解爐的裂解溫度，雙烯收率由47.020%提高到47.289%，裂解氣色譜分析系統能準確可靠分析。

5 結束語

通過完善DRS根部閥自動清焦程序，實現了DRS根部閥的全程自動清焦功能，通過采取對DRS溫控系統參數重新調整、更換故障元器件及調整制冷空氣壓力等一系列手段，將出口樣氣溫度控制在3～10℃之內，保證了在線色譜儀的穩定運行，為工藝生產提供了可靠、準確的數據，使裂解深度進一步優化，降低了能耗、提高了雙烯收率。

TH833

B

1000-3932(2016)06-0649-03

2016-04-26(修改稿)