氧化鋯分析儀在UOP連續重整裝置中的應用

張根生

(中國石油化工股份有限公司 安慶分公司，安徽 安慶 246001)

美國環球油品公司(UOP)連續重整工藝是以常減壓裝置產生的直餾石腦油和加氫焦化石腦油為原料，采用連續重整專利技術，把低辛烷值的石腦油轉化成富含芳烴的高辛烷值汽油。該裝置包括： 預加氫、催化重整、連續催化劑再生、重整油分餾、苯抽提等部分。

催化劑再生部分主要目的是在裝置正常操作條件下，將重整反應器中因結焦而降低活性的催化劑連續進行再生，使失活的催化劑恢復其活性后再送回反應系統，從而使重整反應能在高苛刻度條件下連續、正常地進行。要將催化劑表面積碳徹底燒掉，必須保持再生器內有足夠的氧含量，但氧含量太高會引起超溫損壞催化劑甚至損壞設備，因此，必須嚴格控制再生煙氣中的氧含量。

1 氧化鋯分析儀在裝置中的作用和特點

1.1 在裝置中的作用

重整再生煙氣的氧體積分數的連續測量選用AMETEK公司專用于UOP連續重整再生裝置(CCR)的特制氧化鋯分析儀。該分析儀測量再生燃燒區入口的氧體積分數，監控催化劑再生情況。受控條件下的氧化反應以除去催化劑上的積碳為目的，氧體積分數控制在0.5%～1.0%。

該分析儀自帶聯鎖，并且參與再生空氣流量的串級控制，分析儀一旦發生故障可引起整個CCR裝置停車。因此，設定啟動聯鎖的條件是： 氧體積分數大于1.3%，通過該分析儀內的流量溫度傳感器監測進入分析儀的樣氣流量過低，氧分析儀故障。

1.2 組成和特點

該分析儀由采樣單元、流量溫度傳感器、氣路模塊、鋯室加熱爐、檢測器、控制器等部分組成，有以下特點：

1)直接安裝在工藝管道上，采用對流回流采樣。樣氣被抽入分析系統，通過擴散孔進入檢測器。

2)與樣氣接觸的部件的材質用哈氏C合金，特制氧化鋯管，可以抗氯化氫的腐蝕，且測量精度高，反應靈敏。

3)檢測部件位于恒溫箱內，控制溫度為200 ℃，防止樣氣中水的冷凝導致腐蝕。

4)通過流量溫度傳感器檢測進入分析系統的樣氣溫度作為取樣是否正常的監測措施，確保有樣氣進入分析系統，提高了分析數據的可靠性。

2 氧化鋯分析儀安裝和維護注意事項

氧化鋯分析儀安裝和維護需要注意以下幾方面：

1)分析儀需要采用氮氣作為抽引氣，壓力須高于再生煙氣壓力0.03 MPa左右。

2)氮氣管線進入分析儀以前需要加蒸汽伴熱，伴熱溫度保持在100 ℃以上。

3)分析儀應先通電24 h以上，等傳感器室溫度穩定后才投入抽引氣，以免樣氣冷凝腐蝕測量部件。

4)分析儀停用時應先關閉抽引氣源，并且向校準氣端口以流速1.5～2.0 m3/h通入儀表風或氮氣；確保分析儀內部管路和檢測器在分析儀斷電降溫時不出現酸露冷凝，防止噴嘴堵塞。

5)校驗時，應先關閉抽引氣源，并將校驗氣壓力設定為大于再生系統壓力0.07 MPa左右，流量設定為1 L/min以上。

6)零點標準氣與量程標準氣氧體積分數應相差10倍以上，建議零點氣氧體積分數為0.5%，量程氣氧體積分數為8.0%。

7)流量溫度傳感器報警點設置應高于檢測室控制溫度50 ℃以上，通常可設置為300 ℃。

8)檢修檢測室內部件時，應先停電降溫，并做好防燙措施。

3 氧化鋯分析儀故障分析

3.1 流路堵塞故障分析

一般情況下，分析儀的進樣和回樣管道不易堵塞，而易堵塞的是分析儀氣路模塊中氮氣氣路和檢測器前后的阻火器。當標氣口通入儀表風時，氧化鋯檢測器出現電勢變化緩慢的情況，多數是氧化鋯檢測器老化的原因，建議先更換新的氧化鋯檢測器再做測試。

1)在分析儀投用時，記錄正常投用時流量溫度監測數值，對比現在流量溫度數值，如果變化不大，則說明氣路通暢；如果溫度數值下降較多，則說明氣路有堵塞。

2)通過對比分析儀使用時和抽引氮氣口對空排放時的檢測器電勢，如果這兩種情況下檢測器的電勢非常接近，則說明分析儀進樣和回樣流路通暢；如果偏差較大，則表示進樣和回樣流路有堵塞。

3)當判斷分析儀氣路有堵塞的情況下，關閉抽引氮氣，在標氣口通入高于工藝管道壓力0.07 MPa，流量80 L/h的儀表空氣，如果流量溫度傳感器顯示溫度下降迅速，則說明進樣流路正常；如果溫度下降緩慢，則說明進樣流路有堵塞。

4)關閉抽引氮氣，標氣口通入儀表風后，如果分析儀檢測器電勢變化迅速，則說明檢測器正常，分析儀回樣流路通暢；如果有堵塞，則多數在氣路模塊中的氮氣氣路和阻火器。此時斷開儀表風，打開分析儀標定口球閥，無工藝過程氣排出，判斷為分析儀內部標定管或分析儀內部阻火器堵塞。

3.2 流量溫度傳感器故障分析

在分析儀投用時，流量溫度傳感器在控制器上的顯示溫度應在300 ℃左右，如果該溫度值出現上下大幅波動或低于傳感器室溫度(一般為200 ℃左右)，初步判斷流量溫度傳感器可能損壞，這時用萬用表測量其阻值和毫伏值，與K型熱電偶分度表進行對照，若不符則說明流量溫度傳感器損壞，要予以更換。如果手頭暫時沒有RTD流量傳感器備件，則可采取臨時應急方案，用一個1.2 kΩ的電阻短接在控制器“EFF I/V2+，EFF I/V2-”端子間，將氧分析儀聯鎖開關打至旁路開關，并告知工藝操作人員注意再生器床層溫度變化來輔助監控氧分析儀氧含量變化趨勢。

3.3 氧化鋯檢測器故障分析

判斷氧化鋯檢測器是否正常的主要指標是檢測器的輸出毫伏信號值。分析儀在測量1個大氣壓下的空氣時，檢測器的輸出毫伏信號值無限趨近于0。由于微量氧分析儀所測量的過程氣設計壓力為0.24 MPa，該實際的過程壓力可能會達到0.26 MPa，所以分析儀會設置壓力補償值。在該工作壓力下分析儀測量空氣時，檢測器的輸出毫伏信號值一般穩定在-26～-28 mV。

1)先觀察并記錄分析儀運行時檢測器的輸出電勢。

2)關閉抽提氮氣，標氣口通入儀表風或者氧體積分數為20.9%左右的標準氣，觀察檢測器的輸出電勢。

3)關閉標氣口，打開抽提氮氣，觀察檢測器的輸出電勢。

4)如果檢測器的輸出電勢可以快速響應氧含量變化并且快速穩定，則此時檢測器正常；如果檢測器的輸出電勢可以快速響應氧含量變化，但是穩定時間較長，則說明檢測器有老化跡象，建議進行初始校準，同時預先準備一個檢測器備件。

5)如果檢測器的輸出電勢無法快速響應氧量變化，而且輸出電勢無法穩定，則說明檢測器出現故障，此時需要更換檢測器；同時也可以通過通入不同氧含量的標準氣來判斷檢測器是否有故障。

3.4 校準錯誤原因分析

當更換氧化鋯檢測器或熱電偶時，或當氧化鋯檢測器老化而不能進行常規校準時需要進行初始校準。在初始校準后檢測器需要15 min恢復時間來達到穩定，再執行常規校準。校準過程中出現的校準錯誤信息會在控制器上顯示，常見有以下幾種：

1)在校準進程中，如果人為誤操作造成校準中斷，控制器會出現“校準中斷”報警。

2)校準菜單中，零點氣和量程氣濃度設置錯誤，過程壓力輸入不正確，或者校準時抽引氣未關閉，傳感器氣路泄漏或堵塞，檢測器正負極接線接反，控制器會出現“量程氣范圍錯誤”或“零氣范圍錯誤”報警。

3)在執行初始校準時，如出現“過度校準錯誤”報警，則大多是檢測器鋯管老化或檢測器損壞引起，校準偏差超出允許范圍，則初始校準失敗。

3.5 鋯室加熱爐故障分析

氧化鋯分析儀鋯室加熱爐出現故障時，分析步驟如下：

1)檢查傳感器輸入電壓是否為交流220 V。

2)如果上述電壓正確，檢查加熱爐加熱絲之間電壓，正常為交流50～60 V，如果電壓正常，則斷開控制器和傳感器電源并檢查鋯室加熱爐的阻值。鋯室加熱爐電阻應為32(1±10%)Ω，如果阻值不在該范圍內，則需要更換鋯室加熱爐。如果傳感器接線端子R和S之間無電壓，檢查傳感器接線端子3(+)和4(-)之間加熱爐的驅動信號(直流5～15V)，如果該驅動信號正常，則向控制器重新供電并查看加熱爐是否正常加熱。如果加熱爐還不能加熱，則更換傳感器接線板。

3)如果加熱爐驅動信號低于直流5 V或無電壓，則檢查控制器和傳感器接線板間連接線。如果接線正確，則檢查控制器接線板上的FURNACE和15 V COM是否有加熱爐啟動信號。如果沒有信號，則檢查接線板上的保險絲。如果該保險絲是好的，則更換控制器電源模塊。

4 改進措施

氧化鋯分析儀是直接安裝在工藝管道上的，一旦出現故障無法在線處理，需要CCR裝置熱停車，而工藝需要降壓降溫滿足要求后才能處理，儀表檢修結束后，工藝再升壓、升溫，達到工藝條件后儀表才能投用。一般情況下,工藝降溫降壓和升溫升壓過程至少需要48 h以上，其中不包括儀表檢修時間，這時如果儀表處理不及時或檢修時間過長會造成催化劑再生不及時，甚至會造成整個重整裝置停車。該裝置運行以來，氧化誥分析儀出現過流量溫度傳感器損壞，抽引氮氣氣路、回樣管線堵塞等故障，多次造成CCR裝置熱停車。

2018年，某公司改進了氧化鋯分析儀采樣系統，增加分析儀采樣系統單元維護閥箱，如圖1所示，在進樣管線和回樣管線各增加1只樣氣切斷球閥，閥箱內增加蒸汽伴熱和保溫措施，這樣儀表故障檢維修時可切斷與工藝過程的聯系，不需要再生系統熱停車。自成功改造后，每年至少產生經濟效益600余萬元。

圖1 采樣系統單元維護閥箱示意

5 結束語

氧化鋯分析儀系統經過改進后，儀表維護和檢修時無需工藝降壓、降溫，再升壓、升溫，節約了儀表故障處理時間，大幅提高了CCR裝置運行的可靠性。