在線分析儀表智能監控系統在煤制乙二醇裝置中的應用

彭維

(中石化湖北化肥分公司，湖北 枝江 443200)

在線分析系統是實現工業產品質量成分實時檢測的唯一手段，可有效監控物料的反應率、轉化率、吸收率等，將質量成分信息與常規儀表的檢測技術的結合，可指導工藝準確操作，實現優化控制和工藝安全。

在線分析儀表系統一般分為三部分： 試樣預處理系統、在線分析儀表本體、試樣處理集成分析小屋。該類系統和生產裝置一樣需要經過設計、制造、安裝、調試、運行等過程，對不同物質成分的分析，往往需要采用不同的測量方式或測量原理，對工廠維護人員提出了更高的技術要求，企業花費大量的人力物力培養維修人員，也僅僅能解決現場出現的簡單故障。建設和發展在線分析儀表智能監控系統能較好地解決在線分析儀表在使用和維護中遇到的難點。以下將以煤制乙二醇裝置為例，講述在線分析儀表系統的應用。

近年來，國內對乙二醇的需求缺口較大，同時由于煤制乙二醇工藝的成熟和優化，以及該工藝具有成本低的優勢，國內新上了大量的煤制乙二醇裝置，并且規模也由原來的200 kt/a逐步發展到400 kt/a甚至600 kt/a。在線分析儀表應用于煤制乙二醇工藝的各個裝置和關鍵控制環節，為產品質量的控制和工藝裝置的安全性帶來了極大的便利性和不可替代性。1套行之有效的智能化在線分析儀表監控管理系統，可以統籌管理整個工藝的在線分析儀表，對分析儀表各個狀態進行智能判斷和報警，將提高煤制乙二醇裝置的自動化水平和在線分析系統的運行效率，降低儀表的維護量和維護成本。

1 在線分析儀表的應用現狀

煤制乙二醇的工藝路線主要是： 利用煤氣化合成氣，通過中間產物亞硝酸甲酯(CH3NO2)進一步合成乙二醇。CH3NO2是一種危險性極高的氣體，與空氣能形成爆炸物，甚至預熱或光照都有可能發生分解爆炸。因為反應過程復雜，同時生產工藝涉及到CH3NO2，CO，CH3OH等有毒可燃危險氣體，因此對煤制乙二醇工藝過程監控尤為重要。在線分析儀表應用于工藝過程的各個環節，并以實時性和準確性的優勢逐步替代人工取樣分析。在線分析儀在煤制乙二醇工藝的應用點分布如圖1所示。

圖1 在線分析儀在煤制乙二醇工藝的應用點分布示意

1.1 在煤氣化裝置的應用

煤氣化裝置一般采用水煤漿氣化爐或粉煤氣化爐，主要用來煤、水和空氣發生化學反應，生成CO和H2，副產物CO2，CH4，NH3，H2S等，裝置內主要分析2個點，如圖1所示。分析點1是氣化爐出水洗塔出口，分析點2是燒嘴冷卻水。分析點1主要采用在線色譜分析儀和在線連續分析儀組合分析法，分析合成氣中的H2，CO，CO2和CH4，用于監測控制氣化爐內各物料的配比，同時用CH4濃度監測反應爐膛內溫度；分析點2主要采用在線連續紅外分析儀，監測冷卻水內的CO，如果燒嘴破損，起到監測和報警的作用。

1.2 在變換裝置的應用

變換裝置一般采用耐硫等溫變換，調節合成氣中CO和H2的比例，以應用于后續工段。裝置內主要有2個分析點： 分析點3分析反應器出口合成氣，分析點4分析蒸汽換熱器微量CO。分析點3采用在線連續紅外分析儀，分析合成氣中的CO，監測變換效率；分析點4采用在線連續紅外分析儀監測蒸汽中的微量CO，用以監測換熱器狀態，在換熱器泄漏時及時報警。

1.3 在凈化裝置的應用

凈化裝置包括低溫甲醇洗，主要功能是進一步凈化和提純合成氣中的有效組分，除掉合成中的雜質和不參加反應的氣體組分。裝置內主要有2個分析點： 分析點5和6分析低溫甲醇洗出口凈化氣，采用在線色譜分析儀和在線連續紅外分析儀，分析凈化氣中的總硫和CO2含量，監測凈化效率，防止后續工段中催化劑因H2S和CO2含量超標中毒。

1.4 在乙二醇合成裝置的應用

乙二醇合成裝置主要包含變壓吸附(PSA)裝置、草酸二甲酯(DMO)合成裝置和加氫反應裝置，主要功能是合成氣通過多步反應，生成乙二醇并提純。裝置內主要有4個分析點： 分析點7和8分析原料制備和合成裝置出口反應氣，分析點9分析回收甲醇,分析點10分析PSA出口H2。分析點7采用在線連續紅外分析技術分析反應器出口中的NO，CO；分析點8采用在線色譜分析CH3NO2含量，監測反應效率，防止含量超標而加大裝置爆炸風險；分析點9采用在線連續分析儀分析甲醇溶液中的H2O，監測甲醇溶液的純度；分析點10采用在線連續熱導分析儀分析H2純度，以監測吸附裝置狀態。

2 在線分析儀表在應用中的問題

在線分析儀表是一種完全自動化的分析儀表，正常工作時，無需人值守。但是，要求進入儀表的試樣(氣體或液體)有一定條件，要求潔凈無雜質，常溫常壓，壓力和流量穩定，狀態恒定。但試樣一般都不具備這些條件，有的含雜質顆粒和水，有的處于高溫高壓狀態，有的受系統影響較大，有的狀態不穩定，這就需要一套合理完善的預處理系統與之配套。預處理系統設計的水平直接決定了在線分析儀的應用水平，配置不合理的預處理系統導致分析儀表維護量大，故障增多。例如，煤氣化裝置介質高溫高壓含塵，不合理的預處理會導致管線經常堵塞；變換裝置汽包蒸汽降溫效果不好，會直接導致儀表的損壞。

在線分析儀表種類繁多，儀表選型非常重要。在線色譜分析儀重復性好，但是周期長；紅外分析儀速度快，但是成本高。選擇一款適合的儀表非常關鍵。在DMO合成工段，CO，NO，CH3NO2的分析要求速度快，響應及時和準確度高，色譜分析儀周期長，滿足不了分析要求。因此該工段一般選擇用防爆紅外分析儀，儀表響應快，數據準確度高。

目前，在線分析儀已應用于工藝裝置的各環節，但沒有形成完整的系統，而且在線分析儀在使用過程中需要定期的維護，工作量大，效率低。如： 一些報警和故障需要技術人員手動處理，對儀表操作和管理人員的專業技術水平要求較高；在線分析儀都需要定期維護，定期做儀表標定，例如紅外分析儀需要定期清理氣室，色譜分析儀還需要定期更換載氣等。

3 智能監控系統對在線分析儀表的管理

在線分析儀表多數遠離巡檢人員值班室或處于現場危險區域，若儀表巡檢不及時，對可能發生的故障判斷不足，都有可能使儀表處于“亞健康”工作狀態，若沒有及時恢復正常工作狀態，造成分析數據失真，引起工藝波動，甚至容易造成生產停車等情況。由于每套分析儀表對工藝介質的分析都需要進行預處理，使試樣達到分析儀表的溫度、壓力、流量等要求。針對該類情況，工廠設置智能監控系統時，在取樣分析預處理部分增加自動閥門，溫度、壓力和流量變送器，監測被測試樣進預處理的運行狀態，監測在線分析儀表的各項工作參數和報警數據。在人員未到現場的條件下對全廠在線分析儀表進行“網絡巡檢”，一旦發現儀表參數不正常，或載氣壓力處于預設報警值，該系統提前預警，解決問題。

3.1 智能監控系統結構

智能監控系統設置三級監控維護，智能監控系統結構如圖2所示。

1)第一級： 采集在線分析儀表和預處理系統所有需要巡檢維護的數據并集中顯示。采集信號包括： 每套試樣預處理進、出口的溫度，壓力，流量和每臺分析儀表的測量值與報警狀態。

2)第二級： 在維護人員辦公室或DCS控制室內安裝監控服務器，數據通過以太網遠傳至該服務器，該服務器中設置專用智能監控軟件，智能判斷所監控數據。若診斷出某數據出現異常，將及時啟動本地及控制室的聲光報警，并用手機短信方式通知指定的維護人員，及時處理預發生的故障。該應用可有效預防分析系統的故障出現，提前消滅安全隱患。

3)第三級： 在分析儀表系統制造工廠安裝服務器，用戶通過專有通信網絡，將診斷維護的數據遠程傳送至制造工廠的服務器，制造廠的技術專家對分析數據進行診斷后，可將診斷結果及處理辦法發回該用戶的監控服務器，以便協助用戶現場維護人員及時排除隱患情況。

圖2 智能監控系統結構示意

3.2 智能監控系統核心功能

該系統核心功能包括以下幾個方面：

1)遠程監控。遠程查看、監控儀器儀表的運行狀態。

2)預警、報警。儀器儀表設備遠程故障預警、報警。

3)遠程故障診斷。可通過遠程診斷方式解決設備出現的問題，快速維修且降低維護成本。

4)配件與產品管理。確保原廠配件銷售，并有效保障設備安全穩定的運行。

5)生命周期管理。儀器儀表設備生命周期管理，制定有效的維保計劃，為設備的長期可靠運行提供技術支持。

3.3 系統應用及存在問題

由于裝置區域劃分，煤氣化、變換單元、低溫甲醇洗同屬于區域A，乙二醇裝置屬于區域B，在A區設置工控機A，與現場分析小屋中的在線色譜分析儀通過Comm Port口遠程通信，采集色譜儀分析的數據，同時一并采集樣氣的壓力、溫度等參數，工控機A與DCS進行通信，采集塔釜設備內的溫度和壓力。

在設備投用初期，對相關壓力、溫度參數進行對比列表，列舉不同工況下，預處理裝置前后的壓力、溫度差，并對之間的差值設置偏差報警，一旦監控系統出現偏差報警，維護人員就能迅速判斷取樣系統或者預處理系統出現的問題，同時提示此次分析結果為無效分析數據。

在線色譜儀對檢維修人員的能力要求很高，一般企業很少具有專業性人才，儀表出現故障后，很難快速解決問題，通過遠程診斷功能，可以與廠方或專家團隊及時聯系，指導現場維護人員。

由于在線分析儀表廠家不同，儀表本身開發或能夠提供的參數有限，各廠家對數據的開放程度不一，通信對話方式不同，造成接入系統的技術難度增大。

4 結束語

總結說明了煤制乙二醇工業中在線分析儀表的應用，分析了在線分析系統應用過程所產生的問題，提出了智能監控系統管理在線分析儀表的系統方法。智能監控系統的應用證明，智能監控系統可有效提高儀表運行效率，降低在線分析儀表維護量和維護成本，具有廣闊的應用前景。