聚乙烯裝置中微量氧分析儀的應用

李挺

聚乙烯裝置中微量氧分析儀的應用

李挺

（中海油惠州石化有限公司，廣東 惠州 516000）

乙烯的氧化反應是聚乙烯裝置在使用過程中的一項重要難題。為了徹底解決這一難題，現階段在乙烯裝置單元中常常使用在線微量氧分析儀來對乙烯的氧化反應進行控制。在線微量氧分析儀可以對氮氣以及乙烯當中的氧氣積分數進行實時監控，從而保障聚乙烯裝置內的乙烯始終處于平穩狀態下。對微量氧分析儀的工作機理和構成要素進行了充分、詳細的介紹，并將研究的重心放在非耗盡型電化學式微量氧分析儀在聚乙烯裝置當中的應用上。對于其在相關采樣當中的預處理工作和傳感器在操作過程中的一些問題，列舉了相應的解決措施，旨在最大限度地避免聚乙烯裝置中乙烯的氧化反應造成的不良影響，提升聚乙烯裝置的運轉穩定性。

聚乙烯裝置；微量氧分析儀；氣相法流化床反應技術；傳感器

現階段，從大環境上來看，我國的聚乙烯裝置多半都是使用氣相法流化床反應技術來進行相關運作的。這種技術對聚合反應原料有著較高的要求，其中，乙烯作為最基礎的反應原料，必須充分確保其質量，因此，在進入反應器之前，要嚴格杜絕乙烯氧化現象的發生，通過在線微量氧分析儀，可以對乙烯當中的氧體積分數進行全方位實時監測。一般而言，我國的PE裝置大多都采用非耗盡型電化學微量分析儀，這種分析儀操作和維護工作相對較為便捷，不需要像耗盡型微燃料電池一樣對傳感器進行標定以及更換。但這種傳感器的承壓能力相對較弱，一旦壓力過大，就會對傳感器造成實質性的破壞，因此，如何應用好這種非耗盡型電化學微量分析儀，是相關工作人員所要重視的一項問題。以ABB公司的微量氧裝置為例，對微量氧分析儀的應用狀況作出了相應分析。

1 微量氧分析儀的構成要素和工作機理

按照結構來看，我們可以將微量氧分析儀的構成分為3個部分，分別為傳感器、采樣及預處理系統和分析儀主機。傳感器的工作原理是使用非耗盡型電化學技術，通過介質進入到傳感器當中，這樣介質中的氧分子就可以利用擴散膜進入到傳感器的陰極當中。氧分子在負極當中經過電解液的電解處理，得到了4個電子變成OH-，與此同時，OH-在電解液當中就會被成功吸附到陽極當中，在陽極當中所釋放出的4個電子又轉化為了氧分子和水。從整個過程中我們可以看出，整個運轉過程只是一種電子的遷移現象，并沒有發生組分的消耗現象。依照庫倫定律，電子遷移的數量與電流的大小成正比，電流的大小又與氧體積分數成正比。非耗盡型電化學傳感器與傳統的耗盡型電化學傳感器不同的是，這種傳感器的使用壽命很長，在工作當中不消耗電解液以及輸出正極。如果電解液因自然揮發而減少，則可以加入蒸餾水代替。在采樣及預處理系統中，在探頭的選擇上可以使用在線插撥式的探頭，同時，在取樣管線的選擇上首選電伴熱管纜。采樣預處理系統的主要作用是完成對整個微量氧分析儀進行相應的減壓、過濾以及流量控制的處理工作。從而保證傳感器在合理的工作條件下達到100%的精確程度，最大限度地延長使用壽命。

采樣及預處理系統的具體結構如圖1所示。

圖1 采樣及預處理系統的結構示意圖

根據圖1我們可以得知，工藝介質在流經取樣探針以及取樣管線之后直接進入預處理箱當中，預處理箱還要經過針閥，之后流經過濾器、減壓閥以及針閥過后才能夠到達氧傳感器當中。在氧傳感器當中處理完畢后，還需要經過壓力表以及流量計的檢測，之后排入到低壓火炬當中。因為在微量氧分析儀當中氧傳感器的最大工作壓力在34 kPa左右，因此，在整個預處理系統當中增加1個安全釋放閥可以在最大限度上保護氧傳感器不因壓力過大而損壞。

氧分析儀主機最多能夠連接6個傳感器和6個水傳感器，供電電壓為220 V，平均一個通道客戶以輸出2路4～20 mA的信號到DCS當中，氧傳感器與主機之間是通過4芯屏蔽的電纜進行連接的。

2 PE裝置在微量氧分析儀當中的運用

2.1 儀表的應用情況

PE裝置在微量氧分析儀當中的主要作用就是測量N2和C2H4的情況，具體是指二者脫氧前及脫氧后的氧體積分數。一般而言，工藝上的要求是原料精制過后各種進料的雜質與體積需要被脫除到1×10-7之下。這樣能夠充分避免反應器內的雜質與催化劑活性中心之間產生反應或配位現象，進而造成催化劑的活性降低或改性。同時，精制系統當中的原料雜質脫除程度需要滿足催化劑的性能要求。在精制脫氧完成之后，其中的氧體積分數必須要低于1×10-6，如果高于此項標準，毒化催化劑會影響樹脂的熔融指數和密度，嚴重時可能會導致爆炸。為了預防此風險，在精制系統當中都設置了專門的脫氧裝置。氧體積分數的變動直接影響了脫氧工作的效率，同時，對下個階段所發生的聚合反應和整個工藝的安全狀況都有著密切的關系，因此，儀表的使用是整個脫氧工作的根本保障。

2.2 相關的優化方案

如果想保證微量氧分析儀的測量精確度和穩定性，預處理系統的設計就顯得尤為關鍵。預處理系統的優化成果對微量氧分析儀的使用效果會產生很大的影響。因此，在使用過程中，當遇到問題時，要根據問題的類型及時處理，有的放矢，最大限度地保證預處理系統的穩定、安全運行。在生產過程中所遇到的相關問題和具體的優化措施主要有以下幾個方面。

2.2.1 過壓損壞傳感器

這種問題是生產過程中出現最為頻繁的一種問題。基于以上內容，傳感器的最大工作壓力不能超過34 kPa，過壓損壞傳感器的情況主要有2種，即壓力過大損壞傳感器、背壓太高損壞傳感器。針對這2種問題，我們可以在樣氣的入口處設置1個加熱減壓閥來代替普通的減壓閥，這樣就能夠杜絕由于減壓吸熱所產生的冷凝現象。

2.2.2 過溫損壞傳感器

傳感器的工作溫度最高不能超過49 ℃，如果溫度過高，則會對傳感器造成一定的損害，這樣對于取樣管線的伴熱溫度標準也就需要相應提升。我們在選擇伴熱時，要使用帶有溫控設備的電加熱器，并要嚴格控制最高溫度，使最高溫度維持在49 ℃之下。另外，在伴熱工作中要杜絕使用蒸汽伴熱的方式來進行，因為蒸汽伴熱的溫度存在極大的不穩定性，一旦出現溫度過高的情況，則會對傳感器造成實質性的損害，因此，蒸汽伴熱的方式要嚴令禁止。

2.2.3 傳感器的響應速度變慢

這項問題的原因是大量的顆粒物進入了傳感器的滲透膜當中，導致傳感器的響應速度變慢甚至發生無響應狀況。對于這項問題，我們可以通過加裝帶旁路的自清洗式過濾器的方式來解決。經過實踐表明，該種方式可以有效地提升整體過濾效率，最大限度地避免傳感器被污染。

2.2.4 傳感器的測量誤差大

傳感器的工作電壓在1.3 V左右，一旦工作電壓存在較大的偏差的話，則傳感器的測量就會出現誤差。關于這項問題，我們可以通過測量傳感工作電壓的方式來解決，在檢測過程中，如果傳感器的工作電壓在1.1 V之下，則需要重新更換傳感器電纜。

3 結束語

在線微量氧分析儀的使用可以解決聚乙烯裝置中乙烯氧化的問題，這是化學工業生產過程中一項重要的技術設備。其中，預處理系統的優化是保證整個聚乙烯裝置能夠平穩運行的關鍵。在生產過程中，氧分析儀具有非常完美的特性和極強的實踐意義，但是作為一個高精度儀表，其對工作環境的要求也十分高，稍有不慎就會造成問題的發生。筆者結合實際情況，對預處理系統的結構以及可能出現的一些問題進行了細致分析，并提出了具體的解決對策，望相關部門及工作人員能夠充分借鑒，并有效應用。

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［3］代佳.工業色譜分析儀在高密度聚乙烯裝置中的應用［J］.科技致富向導，2013（13）.

〔編輯：張思楠〕

2095－6835（2018）19－0156－02

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10.15913/j.cnki.kjycx.2018.19.156