色譜分析儀在低溫甲醇中的應用

文/崔紅林 李芳 杜錦龍 邊宏波

本文作者供職于江西心連心化學工業有限公司。

在線色譜分析儀測量原理以及安裝事項總結——色譜分析儀作為低溫甲醇系統的重儀表，對系統開車及生產的穩定運行極其重要，本文主要介紹色譜分析儀的原理，以及在安裝調試過程中需要注意的事項，采用流路合并的并聯測量方式，縮短測量周期，提高系統控制的實時性。

在大型煤化工項目中，組分的分析在系統開車以及正常生產過程中具有極其重要的作用，是工藝人員判斷該工段操作是否達標的關鍵指標，在低溫甲醇洗T1601塔出口氣體中含有H2S、COS、CO2等氣體成分，總硫含量小于0.3 ppm，CO2含量小于5 ppm，否則會造成合成塔催化中毒以及液氮洗管道的凍堵等，因此需要對系統組分進行實時分析。經過多個項目的應用以及分析，在線氣相色譜分析儀作為一種直接安裝在工藝流程中對物流的成分和物性參數進行自動連續分析的儀表，樣氣需要通過預處理系統后進入色譜分析儀進行分析，整個過程持續時間較長，對工藝的自動控制產生不利影響。目前我公司采用西門子Maxum edition II，分析總硫和CO2含量，分析一次需要6 min時間，無法滿足現場實際需求，經過多個項目經驗的積累，并結合廠家技術人員，從色譜分析儀安裝、分析方案等方面著手，進行改進，目前可以將分析時間縮短至3 min，提高了總硫和CO2測量的實時性，現在將相應的改動方法介紹如下。

分析儀的并聯測量原理

為了縮短色譜分析儀對低溫甲醇洗總硫、CO2等成分的分析周期，需要對該方案的可行性和原理進行分析。在分析可行性方案前，必須對流路進行解釋，流路：Stream（流路）是用以分析的樣品源。它既可以是工藝管路中待測樣品，也可以是用來標定的標準樣品。1臺色譜可以有1個或多個流路（最多19個），但是在某一段時間段只能有1路待測樣品進入色譜儀進行分析（1個流路對應1個采樣點）。

根據某公司新疆項目、新鄉項目低溫甲醇洗工段，色譜分析儀的取樣點如圖1所示，設備的配置見表1、表2。根據圖1所示，工藝流程圖給出的為兩個流路，然而在實際測量中，為一個采樣點，分析兩個組分。目前新疆項目和新鄉項目分析總硫和CO2的周期分別為6 min和3 min，現在將其配置對比如下。

圖2新鄉項目流路配置

圖3新疆項目流路配置

1.色譜柱配置

色譜柱配置：不管是幾個流路一根色譜柱不可能分離出總硫和CO2，必須在毛細管色譜柱填充不同的固定相。必須單獨設置不同的色譜柱來對總硫和CO2進行分離。流路配置如圖2和圖3所示。新鄉項目配置兩個流路，新疆項目配置1個流路。

從表1和表2的配置圖中可以看出分離H2S和COS的色譜柱都經過鈍化處理（硅鋼管），分離CO2的色譜柱選的是316不銹鋼管，里面根據需要分離的組份放入不同的填充物（填料）。分離總硫的色譜柱中填充1.5%OV225（高惰性交聯）和1.0%的磷酸，所以新鄉公司與新疆公司分離總硫的毛細管色譜柱長度一樣。分離CO2的色譜柱新鄉和新疆公司都是采用的安捷倫色譜柱，新鄉使用的固定相填充物為HAYESEP N型的新疆為HAYESEP Q型，所以長度不一樣，從長度來看新鄉項目的分離效果較好。

表1 新鄉項目配置列表

表2 新疆項目配置列表

2.方法應用及序列

方法：是用來控制色譜分析儀相關硬件的一系列參數，包括閥動作時間、柱箱溫度控制、氣路壓力調整、檢測器設置、檢測信號的處理。

序列：是一個關于流路/方法的順序列表。序列規定分析儀按照什么樣的順序分析流路樣品。比如我們有2個流路，序列就是定義先分析流路的先后順序。

應用：是指一套用以單獨完成一個分析任務的所有部件的集合體。每個應用有獨立的硬件。

3.分析儀氣路配置

FPD檢測器流路柱切圖配置（總硫檢測）如圖4所示。其中SL1為柱切閥，其中FROM SH為樣氣進口，CAR L1為載氣進口，LOOP SIZE 760 μL為樣品定量管，L1-1為色譜柱（預分離柱），L1-2為色譜柱（主分離柱）。

圖4 FPD流路配置圖

當SL1閥為OFF時，此 時具體流程為FROM SH樣氣進口→①→②→LOOP SIZE 760μL→⑨→⑩→TO SH。當SL閥為ON時，載氣從③→②→⑨→⑧→L1-1→⑤→④→L1-2→ FPD。

柱1為填充柱，起到預分離效果，樣品在柱1內被分成2個集團。前面的集團是被測組分，需要進入到柱2進行進一步分離直到全部分開進入檢測器進行定量測量。后面的集團是不被測組分，當前面的集團剛好流出柱1，后面的集團還在柱1 內時，通過柱切技術切換氣路組合，載氣將反向吹柱1，將柱1內后面的集團介質吹出柱外。柱2是主分離柱，起到組分分離的作用。流出柱1的前面集團的介質在柱2內進行細致分離，因為柱2通常都很長，氣阻較大，因此分析時間多數都消耗在這個階段。當全部介質都流出柱外并被檢測器檢測出來后，一個分析周期結束了。

CO2用FID檢測器配置柱切圖5所示，與FPD柱切原理一致不再敘述。目前新鄉與新疆在FID和FPD的配置一致。

圖5 FID流路配置圖

通過對比，新鄉項目與新疆項目色譜分析儀的色譜柱、50閥、檢測器配置一樣，新鄉公司色譜分析儀是按照2個流路設計的，因此在方法中有兩種方案可供選擇，通過控制分析儀的相關硬件的動作及軟件的配置，保證一個取樣點兩個流量同時工作，縮短分析的分析周期，硬件成本增減較少。

安裝調試

本次低溫甲醇洗安裝1臺氣相色譜分析儀，配置2臺檢測器，分別為FID和FPD。通過安裝調試，目前通過一臺色譜分析儀可以滿足現場工藝監控需求，時間由原來的6 min縮短到目前的3 min，在安裝以及調試過程中需要注意以下幾個問題，以保證調試的快速性和準確性。

調試準備工作

1.在調試前要檢查采樣管線，輔助氣路管線的敷設是否合理，盡可能地縮短采樣管線的長度，減少分析滯后時間，分析小屋的布置要避開強磁場和振動的干擾。

2.輔助氣路，采用管線、標準氣等相關管線要吹掃到位，同時控制色譜儀表風壓力（≥700 kPa），色譜載氣壓力（≥600 kPa），同時采用泡沫水或者其他方式檢查管理的氣密性，壓力太低無法保證分析的正常工作，太高會損壞分析相關器件。

3依據接線圖檢查是否正確，并對接地進行測量保證可靠性，逐步送電進行檢查。

色譜分析儀的調試

色譜分析儀在投運前必須經過標定等相關流程，整體的調試過程如圖6所示，但是在調試及投運中需要注意幾個問題。（1）正常運行或者準備投運前，載氣的壓力和流量要正常運行，逐步通入樣氣，排凈管道內的滯留氣體，因此前幾個周期的分析數據是不準確的，需要經過幾個周期后，分析數據有效。（2）分析儀短暫停運時，為了保證分析儀的穩定運行，只需要關閉樣氣，載氣不停。（3）分析儀關閉時，先斷電，10 min后停樣氣，30 min后停載氣和儀表空氣。（4）分析儀重新投運時，應先通載氣和樣氣后上電，預熱2 h以上，待分析儀檢測器，空氣浴加熱器，柱箱達到設定的溫度后，通入樣氣。

圖6 分析儀調試流程圖

總結

在線色譜分析儀作為氣體成分分析的重要手段，在分析多個組分時，分析周期較長，產生的滯后時間大，不僅僅對控制系統是一個極大的挑戰。在系統開車期間，會由該問題造成系統放空時間加長，浪費原料。通過與新疆、新鄉基地的對比，在基本不增加成本的同時，簡短了分析儀的分析周期，減少滯后時間，有利于控制，并對分析儀的安裝、調試等進行總結，為后續分析儀的選型、配置等積累一定的經驗。 ●