汽油在線調(diào)合分析系統(tǒng)的應(yīng)用與優(yōu)化

孫媛媛，徐承甫，于達洋

(浙江石油化工有限公司， 浙江 舟山 316000)

隨著進入現(xiàn)代社會人們對環(huán)保越來越高度重視，國務(wù)院中央紀委常務(wù)會議明確提出，部署深入貫徹實施我國城市保護藍天空氣環(huán)境質(zhì)量保衛(wèi)戰(zhàn)三年行動計劃，持續(xù)改善我國城市藍天空氣質(zhì)量，要求2019年1月1日起全國全面供應(yīng)符合國六標(biāo)準(zhǔn)的車用汽柴油。國內(nèi)各大中型煉油廠為滿足汽油質(zhì)量升級要求，建設(shè)了大量的重整、芳烴抽提、苯抽提、催化汽油加氫、MTBE、烷基化等裝置，進一步降低汽油中的烯烴、芳烴、苯含量，硫含量等，使汽油出廠質(zhì)量達標(biāo)，并完善或升級了汽油調(diào)和系統(tǒng)，以期在保證質(zhì)量的基礎(chǔ)上，嚴控指標(biāo)過剩，降低調(diào)和成本，增加效益[1]。

1 在線調(diào)和

汽油在線調(diào)和是根據(jù)產(chǎn)品的質(zhì)量指標(biāo)和組份現(xiàn)實指標(biāo)來實況計算調(diào)和成品油[2]，是每一個煉化公司生產(chǎn)合格汽油產(chǎn)品的必備工藝。實現(xiàn)汽油在線調(diào)和，及時調(diào)整各組分和添加劑的配比，能高質(zhì)量的保證成品汽油的質(zhì)量和滿足不同牌號靈活出廠的要求，節(jié)約成本，獲得最大的經(jīng)濟效益。在汽油調(diào)和過程中，在線分析儀系統(tǒng)的作用至關(guān)重要，其作用是進行組分汽油的檢測，也可用于檢測成品汽油，它是獨立的系統(tǒng)，可判斷汽油的性質(zhì)，并將檢測數(shù)據(jù)信息及時傳遞給軟件系統(tǒng)，軟件系統(tǒng)通過這些數(shù)據(jù)進行汽油的自動調(diào)和與優(yōu)化[3]。因此，整個在線調(diào)和系統(tǒng)的核心是在線分析系統(tǒng)。

2 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

ZPC的在線調(diào)和系統(tǒng)(圖1)包含兩部分，一是自動在線調(diào)和軟件系統(tǒng)，包含調(diào)和調(diào)度、調(diào)和指令、調(diào)和優(yōu)化控制、調(diào)和比例控制四個模塊；二是在線分析系統(tǒng)，其包含在線傅里葉近紅外分析儀-預(yù)處理系統(tǒng)(SHS-FTIR：AE2001、2005、2007)、近紅外+總硫預(yù)處理系統(tǒng)(SHS-FTIR +TS：AE2009、2010、2011)。

圖1 在線調(diào)和及分析系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

2.1 在線調(diào)和軟件系統(tǒng)

調(diào)和優(yōu)化控制模塊能對在線系統(tǒng)進行自動調(diào)和，并對系統(tǒng)進行非線性自動調(diào)和優(yōu)化，是在線調(diào)和優(yōu)化的非線性優(yōu)化器。它基于先進的組分質(zhì)量屬性優(yōu)化數(shù)據(jù)分析計算技術(shù)，根據(jù)組分過程產(chǎn)品的主要質(zhì)量指標(biāo)，組分的資源用量和成本，組分的資源持續(xù)性和組分過程產(chǎn)品質(zhì)量指標(biāo)等因素來精確化的計算產(chǎn)品組分質(zhì)量調(diào)和器的質(zhì)量屬性。調(diào)和過程控制管理優(yōu)化產(chǎn)品質(zhì)量過程，調(diào)和優(yōu)化控制模塊在具備能夠充分滿足企業(yè)產(chǎn)品質(zhì)量過程控制管理指標(biāo)的基本需要條件前提下，立即可用于進行有效的調(diào)和優(yōu)化[4]。調(diào)和優(yōu)化控制模塊優(yōu)化器每個控制周期運算一次，根據(jù)分析儀的反饋信號調(diào)整配比，每次優(yōu)化后的配方自動下載到調(diào)和比例控制模塊用以調(diào)整各組分的比率。

調(diào)和產(chǎn)品比例控制管理模塊主要負責(zé)管理從控制調(diào)和比例開始到控制結(jié)束的整個順序控制管理過程,確保被控制調(diào)和比例產(chǎn)品的各項質(zhì)量指標(biāo)完全符合產(chǎn)品質(zhì)量控制要求。調(diào)和產(chǎn)品時的比例控制輸入模塊自動調(diào)和的比例設(shè)定值可以來自基于調(diào)和比例優(yōu)化器的控制輸入模塊或通過手動控制輸入。

在調(diào)和比例控制之下，各資源組分供料泵和各種添加劑供料泵按照既定工作程序同時啟動，流量管理控制器也根據(jù)系統(tǒng)給定控制信號順序進行內(nèi)部流量自動控制。在產(chǎn)品調(diào)和的各個使用階段，都一定要要注意嚴格控制各資源組分和各種添加劑的混合流量和配比，確保準(zhǔn)確地按照比例進行混合。此外，該模塊還主要負責(zé)分析儀在線信號的實時處理和其他電子設(shè)備發(fā)生故障的實時處理，負責(zé)給用戶提供一個在線化的屬性系統(tǒng)分析儀應(yīng)用界面，顯示屬性分析儀在線信號，計算在線屬性的基本統(tǒng)計值(如溫度平均值)和計算屬性的統(tǒng)計偏差。調(diào)和屬性優(yōu)化時的控制處理模塊可以利用信號分析儀的反饋控制信號，也可用來進行調(diào)和時的優(yōu)化或?qū)傩赃M行補償?shù)目刂芠4]。

在線近紅外調(diào)和分析儀實際應(yīng)用測量過程中可按需先將汽油進行有效調(diào)和解析分組，并對其組分進行調(diào)和測量，然后再按需將整個測量過程所得的調(diào)和分析數(shù)據(jù)結(jié)果實時傳送至汽油油品調(diào)和組分優(yōu)化控制管理系統(tǒng)當(dāng)中，進而可以實現(xiàn)多種不同組分類型油品的相應(yīng)測量指標(biāo)的有效調(diào)和測定。

該系統(tǒng)采用多變量調(diào)合工藝，實現(xiàn)多個汽油組分按程序控制進行自動比例調(diào)合，調(diào)合出 92#、95#、98#三個牌號汽油。系統(tǒng)設(shè)專用組分調(diào)合泵，各調(diào)合支線設(shè)流量及壓力控制，調(diào)合總管設(shè)置靜態(tài)混合器，用于調(diào)合出成品汽油。

2.2 近紅外分析儀-預(yù)處理系統(tǒng)(SHS-FTIR)

近紅外光譜分析儀是一種利用新的干涉光譜圖和紅外光譜之間的一種對應(yīng)測量關(guān)系，通過計算測量新的干涉光譜圖和對應(yīng)的干涉光譜圖數(shù)值進行傅立葉積分函數(shù)變換的一種方法應(yīng)用來測定和分析研究新的光譜進行解學(xué)分析。其中“Wishbone”干涉儀是叉骨雙懸臂結(jié)構(gòu)、彈性鋼片支撐、無摩擦力、無磨耗，高抗振性且永久準(zhǔn)直，更加的穩(wěn)定和可靠，從而保證了模型的無縫傳遞。它具有適應(yīng)國內(nèi)主要調(diào)和組分和汽油成品的RON、MON、抗爆指數(shù)、烯烴含量、苯含量、芳烴含量、氧含量、餾程、密度和蒸氣壓性質(zhì)的近紅外基礎(chǔ)校正模型。

由于紅外分析是光譜分析，因此溫度對紅外分析結(jié)果影響極大，水在紅外波段具有廣泛的吸收，再加上雜質(zhì)(散射)、氣泡(流動狀態(tài))等因素的影響，近紅外分析必須降低和消除以上影響因素。即從待測裝置中的主流傳輸路徑中引出一條樣品旁路，將待測樣品直接導(dǎo)入預(yù)熱化處理系統(tǒng)，控制待測樣品的處理壓力、溫度和樣品流量，脫除樣品水分和機械雜質(zhì)，濾除待測樣品中的惰性氣泡，待測樣品隨后直接流入一個后置的樣品流通池內(nèi)，同時光經(jīng)微波光纖從前置光源前端傳輸樣品到后置的樣品流通池內(nèi)，經(jīng)由待測樣品光譜吸收后再將光傳輸樣品到實驗光譜儀，光譜儀經(jīng)過檢測后可得到實驗樣品的光譜吸收率和光譜(圖2)。

圖2 預(yù)處理系統(tǒng)示意圖

2.3 近紅外+總硫預(yù)處理系統(tǒng)(SHS-FTIR+TS)

在線總硫分析儀主要部件包括樣品注入閥、載氣流控制系統(tǒng)、混合腔、熱解爐和脈沖紫外熒光檢測器(PUVF)，用于檢測油品或者天然氣中的額總硫含量。分析原理為樣品注入閥周期性輸送少量(約1微升)的樣品與載氣(儀表風(fēng))混合，儀表風(fēng)/樣品混合物進入混合腔與儀表風(fēng)充分混合、并且完全氣化，然后進入該分析儀的熱裂解爐。在熱裂解爐中大約1100 ℃溫度下，所有樣品組分轉(zhuǎn)化成SO2、CO2和H2O。在轉(zhuǎn)化過程里產(chǎn)生的SO2直接比例與石油產(chǎn)品中的總硫含量。配置PUVF探測器的分析儀精確測量在轉(zhuǎn)化過程里產(chǎn)生的SO2的數(shù)量。進入PUVF探測器分析腔的SO2分子被紫外線(UV)照射。吸收UV的SO2分子進入激發(fā)狀態(tài)；處于激發(fā)態(tài)的SO2分子處于較高能態(tài)并且會通過發(fā)射光線(熒光)很快釋放能量返回原始能量級或基態(tài)，這一過程稱作熒光性。由SO2分子釋放出的熒光的強度直接比例與SO2分子的濃度。脈沖式的UV提供了更高的能量傳遞給被測樣品，這增加了特定濃度SO2分子的熒光強度，這種方法能夠全面提高儀表的靈敏度。使用光電倍增管(PMT)檢測所產(chǎn)生的特定的波長的光線強度，PMT通過轉(zhuǎn)換原理把光線的強度轉(zhuǎn)化為電信號的大小，由PMT產(chǎn)生的信號通過分析儀電路和軟件的處理后，生成樣品中總硫濃度的報告，精確顯示樣品的總硫含量。

樣品預(yù)處理系統(tǒng)包含快速回路，設(shè)有隔離閥球閥、自清洗過濾器、細過濾器和穩(wěn)壓閥、壓力表及用于校驗的三通閥。主要作用是調(diào)整系統(tǒng)溫度、壓力狀況，并對汽油流速進行控制。由于在線調(diào)和需要設(shè)置多個不同的測量流路，進而實現(xiàn)對組分油或成品油的分別測定，因此，在各個測量流路中都要進行預(yù)處理系統(tǒng)的設(shè)置，并確保各個系統(tǒng)可以獨立工作，以免出現(xiàn)流路交叉問題而導(dǎo)致測量結(jié)果不精準(zhǔn)[5]。

3 應(yīng)用分析

汽油在線調(diào)和數(shù)據(jù)分析管理系統(tǒng)自投用以來穩(wěn)定可靠運行、使用方便、自動化應(yīng)用程度高，大大程度改善了汽油調(diào)和分析進度，并大大提高了經(jīng)濟效益。汽油質(zhì)量指標(biāo)管理可以實時按照汽油市場需求進行卡邊調(diào)和操作，杜絕汽油質(zhì)量過剩，調(diào)和一次成功率高。但也出現(xiàn)過分析不準(zhǔn)確、DCS不實時更新等問題。經(jīng)過對分析儀、供油管路、和預(yù)處理系統(tǒng)(圖3)排查，發(fā)現(xiàn)樣品預(yù)處理系統(tǒng)的過濾器(TF)濾網(wǎng)僅能維持2小時的使用壽命，濾網(wǎng)堵塞導(dǎo)致樣品流通不暢，分析結(jié)果有誤。

圖3 單個流路樣品預(yù)處理流程圖

原設(shè)計此處為T型過濾器，不銹鋼濾芯，由多層316金屬網(wǎng)燒結(jié)在一起而形成的一體式多孔元件。濾網(wǎng)非常細小，濾芯是典型的使用表面涂層過濾，污染物會完全保留在所過濾材料層中的表面。該系列T型過濾器過濾孔的面積小，沒有排放口，當(dāng)介質(zhì)有微量顆粒或膠質(zhì)物時極易堵塞，其更適用于空分等裝置，而不適用于汽油組分。因此，在使用過程中引起過濾器快速堵塞，影響在線調(diào)和分析，誤導(dǎo)技術(shù)人員調(diào)和出不合格產(chǎn)品。

4 解決方案及效果

在原有管路和過濾器設(shè)計理念不變的情況下，選用過濾面積更大的T型過濾器，且在下方設(shè)排放口，顆粒、膠質(zhì)物能通過排放口排放，有效延長了濾芯的使用壽命。同時將原來的 0.5 μm的過濾精度提高到0.1 μm，過濾面積提高到原來的7倍，濾芯材質(zhì)由不銹鋼更換為硼硅酸鹽玻璃微纖維，此濾芯對 0.1 μm顆粒的去除率大于99.99%，且造價更低。

圖4 預(yù)處理系統(tǒng)改造對比

自投用以來，在調(diào)和同等負荷情況下，濾網(wǎng)的使用壽命由原來的2小時延長到30天，通過20個盲樣來驗證成品汽油流路在線調(diào)和分析系統(tǒng)的分析數(shù)據(jù)與實驗室化驗結(jié)果的一致性，超過了95%的置信水平，其重復(fù)性和再現(xiàn)行均滿足了設(shè)計要求。

表2 成品汽油分析參數(shù)性能指標(biāo)

再現(xiàn)性-在線儀表(實驗室儀表)與實驗室人工分析對同一樣品的測量誤差。

(5)通過與機封生產(chǎn)廠技術(shù)人員溝通，決定將該機封的安裝工作高度轉(zhuǎn)換成檢修人員容易理解接受、并且更方便測量的壓縮量，并且保證每次檢修后機封的壓縮量為轉(zhuǎn)換以后的標(biāo)準(zhǔn)值2.5±0.5mm，進而解決因壓縮量過大造成機封過早失效的問題，并且將此標(biāo)準(zhǔn)列入設(shè)備檢維修作業(yè)規(guī)程中，為以后的檢修作業(yè)起指導(dǎo)作用[6]。

(6)針對堿液易結(jié)晶、結(jié)晶物堆積造成機封補償機構(gòu)阻塞的問題，與生產(chǎn)車間技術(shù)員溝通，建議把備用泵的出入口閥關(guān)閉，將泵體內(nèi)介質(zhì)吹掃干凈，消除堿液結(jié)晶造成機封失效的問題，切泵時再按機泵開車流程進行備用泵的啟動，保證備用泵的完好。

5 結(jié) 語

通過技術(shù)改進，新鮮堿液補充泵運行良好，機械密封、軸承運行周期大大提高，為生產(chǎn)裝置產(chǎn)品質(zhì)量和產(chǎn)量提供了可靠保障，消除了安全隱患。該泵現(xiàn)已連續(xù)穩(wěn)定運行23個月，在此期間未進行過停車檢修，技術(shù)改進取得了非常好的效果，節(jié)省了設(shè)備維修費用，降低了檢修人工成本，同時，保證了裝置正常生產(chǎn)，為設(shè)備長周期運行奠定了堅實基礎(chǔ)。在今后的工作中我們將加強巡檢，加強設(shè)備日常維修巡檢工作，嚴格執(zhí)行設(shè)備管理制度，嚴把檢修質(zhì)量關(guān)，將每次檢修記錄及時記入設(shè)備技術(shù)檔案，以備以后檢修時參考使用，保證裝置的安穩(wěn)長滿優(yōu)運行。