炼油装置在线分析仪的典型配置

叶信旭，曾维俊

(中国石油化工股份有限公司镇海炼化分公司质量技术中心，浙江 宁波 315207)

炼油装置在线分析仪的典型配置

叶信旭，曾维俊

(中国石油化工股份有限公司镇海炼化分公司质量技术中心，浙江 宁波 315207)

在线分析仪可以快速、实时监测产品参数，能快速发现泄漏等异常情况和安全隐患。在炼油装置稳定运行、提高产品质量、降低能耗的前提下，在线分析仪越来越得到重视。如何合理配置在线分析仪、匹配符合实际情况的预处理系统显得尤为重要。对原油加工装置、催化裂化及其联合装置、催化重整装置、硫回收装置在线分析仪的合理配置、选型，以及应用中出现的问题进行了讨论，使在线分析仪能在提升产品质量方面发挥更重要的作用。

控制要点 在线分析仪 预处理系统

通常炼油装置的加工流程是将原油引入常减压装置通过加热蒸馏、分馏得到各种不同的侧线馏分，这些馏分的部分质量指标由于不符合汽柴油产品的质量要求，因而不能直接出厂销售，还需将它们当成原料进入下一道甚至再下一道工序进行二次、三次加工，常见的后续加工装置主要有催化裂化、加氢裂化、催化重整、加氢等，可以生产出汽柴油、航空煤油等产品。同时一些馏分还可以通过芳烃、乙烯裂解、聚烯烃等装置生产出芳烃、烯烃、聚烯烃等化工产品。

加工过程中目标产品都有相应的质量指标要求，传统的做法是在固定时间采样进行化验分析来判别确认。但由于炼油装置具有集约化程度高、系统流程长、能耗大等特点，尤其在当前提高质量、降低能耗、节约资源、环境友好的新要求下，生产的苛刻度更加严格，装置操作的弹性不断压缩，而实验室采样、分析再出数据结果有一定的滞后，当分析数据表明质量不合格时，不合格品已流入下一道工序，甚至到下一个产品罐。为解决该矛盾，近些年符合连续性生产的在线仪表新产品不断投入应用，为装置优化操作、质量卡边操作、及时调整控制提供了依据，特别是部分快速分析仪表可以数分钟内就检测一个数据，已成为装置操作人员很好的帮手。

在线分析仪是1套复杂的系统，一般由取样系统、预处理系统、进样系统、仪表测试系统、信号传输系统及分析小屋组成。如何对在线分析仪表进行合理布局、如何选择适宜的分析仪表、配置什么样的预处理及进样系统等将决定在线分析仪表能否稳定、长周期运行。文中就石油炼制企业常见装置在线分析仪典型配置及应用进行了探讨。

1 典型加工装置在线仪的配置

1.1 原油加工装置

原油加工装置一般称为常减压装置，其主要目的是将原油通过加热分馏的方式，分割成组分不同的目的原料，供下游装置进行再加工，它的控制关键点是要得到满足下游加工装置条件的原料，主要有石脑油、航空煤油、柴油、蜡油及渣油。根据各个原料质量指标的不同控制要求进行重点控制，相关在线仪表配置见表1所列。

表1 原油加工装置在线仪表配置

需说明的是，对于蜡油、渣油等重质油的馏程目前还无成熟的在线仪技术应用，渣油生产沥青产品时相关分析也无成熟技术应用。

原油水含量分析有电容法、核磁法、频谱法等多种原理，但技术都不太成熟，目前只适用于原油品种相对固定的情形。

1.2 加氢类装置

加氢类装置主要对汽油、航煤、柴油、蜡油、渣油等原料在催化剂作用下进行加氢反应，目的是将硫、氮、氯等杂质变成含氢的化合物而脱除，达到降低硫、氯、氮的目的，确保产品颜色、抗氧化性及总硫质量分数满足质量要求。主要包括汽油加氢、航煤加氢、柴油加氢、蜡油加氢、渣油加氢和加氢裂化等装置，其在线分析仪表配置见表2所列。

目前国内柴油产品质量升级到国V标准，其对总硫质量分数控制为不大于10mg/kg，在线仪技术有紫外荧光法、X射线法、XOS荧光法等几种方法，各有优劣。但在如此苛刻的要求下，采用紫外荧光法原理进行监测是最合适的选择，与柴油产品出厂分析的实验室方法一致，均满足ASTM D5453—2009[1]及SH/T 0689—2000[2]的要求，避免了在小质量分数分析时两者偏差过大导致在线分析仪不能发挥更好作用，否则装置很难调整操作。

表2 加氢类装置在线分析仪表配置

1.3 催化裂化及其联合装置

催化裂化装置主要是在催化剂作用下，将一次或二次加工得到的蜡油、掺混部分渣油的原料高温裂化为液化石油气、汽油、柴油等产品，是生产液化石油气、汽油产品的主要装置。其中的液化石油气可以通过气体分离装置分离出价值更高的丙烯，汽油经过碱洗或汽油加氢、S-Zorb等装置加工成为汽油产品最主要的调和组分，柴油进入柴油加氢装置生产柴油调和组分，催化裂化及其联合装置在线分析仪表配置见表3所列。

表3 催化裂化及其联合装置在线分析仪表配置

催化汽油本身辛烷值较高，但其总硫质量分数高，因此需进行脱硫，目前主要采用S-Zorb和轻度加氢两种工艺，都需总硫质量分数不大于10mg/kg，因此建议总硫在线仪尽量选用紫外荧光硫仪。

1.4 催化重整装置

催化重整装置主要是重整料石脑油在催化剂作用下高温反应，分子结构发生重新组合，生成液化石油气及含芳烃和异构化分子为主的高辛烷值重整生成油，是生产高标号汽油和芳烃的重要组分。该组分可以再通过芳烃抽提、对二甲苯等装置生产苯、甲苯、对二甲苯、邻二甲苯等附加值高的芳烃产品及高标号汽油的调和组分，同时还产出纯度较高的氢气用于加氢装置使用，催化重整装置在线分析仪表配置见表4所列。

1.5 硫磺回收装置

加氢类装置在使用氢将硫脱除的同时生成了高含H2S，俗称酸性气的副产物，由于其剧毒性，不能直接排放，直接燃烧会生成大量的SO2，也不允许排放到大气，因此必须进行回收处理。最常规的办法就是采用硫磺回收装置进行处理，将H2S变为单质硫磺作为产品进行销售，硫磺回收装置在线分析仪表配置见表5所列。

表5 硫磺回收装置在线分析仪表配置

2 炼油装置典型在线仪简介

2.1 在线分析仪系统

在线分析仪又称过程分析仪，是指直接安装在工艺过程中，对物料的组分或物性参数进行自动连续分析的一类仪表。通常由安装在分析小屋或专门的保护装置中的在线分析仪表及安装在取样点附近预处理装置共同组成一个在线测量系统，以保证良好的环境适应性和高可靠性，其典型的结构如图1所示。

图1 在线分析仪表系统示意

取样装置从生产设备中自动快速地提取待分析的试样，前级预处理装置对该试样进行初步处理，预处理装置对该试样进行进一步冷却、除水、除尘、加热、气化、减压和过滤等处理，还实现流路切换、试样分配等功能，为分析仪提供符合技术要求的试样。公用系统为整个系统提供蒸汽、冷却水、仪表空气、电源等。试样经分析仪分析处理后转换成电流信号远传到DCS。

2.2 在线馏程分析仪

馏程也称沸程，是指在专门的蒸馏仪器中，所测的油品试样蒸馏温度与馏出量之间的关系，表示油品沸腾的温度范围。常以馏出物达到一定体积分数时，读出的蒸馏温度来表示。油品蒸馏出第一滴油时对应的蒸气温度叫初馏点，试样蒸馏干后出现的最高温度叫终馏点。

目前大部分在线馏程仪根据恩氏蒸馏法原理进行在线化设计，工作原理和实验室标准方法相同。

2.3 热导分析仪

热导式气体分析仪是根据不同气体具有不同热传导能力的原理，通过测定混合气体导热系数来推算其中某些组分的体积分数。这种分析仪表简单可靠，适用的气体种类较多，应用范围很广，如氢气、氨气、二氧化碳、二氧化硫和低体积分数可燃性气体。还可作为色谱分析仪中的检测器用以分析其他成分。由于气体的热传导系数很小，它的变化量更小，因而很难用直接方法准确地测量出来。

2.4 紫外荧光总硫分析仪

2.5 色谱分析仪

色谱法的分离原理就是利用待分离的各种物质在两相中的分配系数、吸附能力等亲和能力的不同来进行分离，从而按一定次序由固定相中先后流出，被安装在色谱柱出口的检测器检测，输出对应于该组分质量分数大小的信号从而得到色谱图，以一定方法计算出各组分质量分数。

2.6 比值分析仪

比值分析仪在硫磺装置是关键分析仪，控制好H2S和SO2的比值是提高硫转化率的关键。

比值分析仪的分析原理符合朗伯-比尔定律的紫外光度法，是利用1组多波长、无散射的紫外光谱在同1光路同时测量4个通道的互不干涉的紫外光波，波长分别为232，280，254，400nm，分别测量H2S，SO2，硫蒸气的质量分数和参比基准，经过计算得到相应结果。比值分析仪的检测原理如图2所示。

图2 比值分析仪的光学检测原理示意

3 存在问题

1) 认真巡检及合适的维护保养是在线分析仪长周期稳定、准确运行的关键。但目前在线分析仪表维护人员比较缺乏，少数企业运行维护采用外包的模式取得了较好的效果。

2) 在线仪表与实验室之间数据经常有差异，皆认为各自数据准确，导致工艺操作人员无法获得准确的数据，最后逐渐对分析仪表失去了信任。目前部分石化企业为解决该问题，让在线仪表管理人员牵头管理，避免责任推诿，较好地解决该问题。

3) 在进行在线分析仪表布局设置时，存在仪表选型不合适、取样位置代表性差、预处理系统配套不符合实际，导致最终仪表投运不好。

目前运行较好的企业是运行维护人员和生产管理等单位在设计阶段就参与进来，各种问题考虑周全，保证了仪表后期的稳定、准确运行，满足了生产的监控需要。该做法值得推广。

4 结束语

配置在线分析仪表时，必须结合不同装置工艺控制重点及产品质量、安全监控等要求，同时还需根据测试的精度、速度要求和试样洁净程度、干扰因素、试样气液特性等，选择合适检测原理的在线分析仪，选择有代表性的取样点，并匹配合适的预处理系统，才能使分析仪表很好地发挥作用。

[1] 中国石油化工集团公司石油化工科学研究院.SH/T0689—2000轻质烃及发动机燃料和其他油品的总硫含量测定法(紫外荧光法)[S].北京： 中国标准出版社，2000.

[2] 美国材料与试验协会.ASTMD5453—2009紫外线荧光法测定轻质烃、火花点火发动机燃料、柴油发动机油和发动机油总硫量的标准试验方法[S].宾夕法尼亚：美国材料与实验协会，2009.

[3] 王森，符青灵.仪表工试题集[M].2版.北京： 化学工业出版社，2011.

[4] 谢尔曼RE.过程分析仪样品处理系统技术[M].冯秉耘，高长春，译.北京： 化学工业出版社，2004.

Typical Configuration of On-Line Analyzer for Refinery Installation

Ye Xinxu， Zeng Weijun

(Quality & Technology Centre， Sinopec Zhenhai Refining & Chemical Company， Ningbo， 315207， China)

s： Online instrument can be used to monitor product parameters quickly and real time. The abnormal situation of leakage and potential safety can be quickly discovered. Online analyzer is getting more and more attention on improving product quality and decreasing energy consumption with stable refinery equipment running. It is very important on how to allocate reasonable online analyzer and pretreatment system to match actual situation. Reasonable online analyzer allocation and type selection for installation of crude oil processing， catalytic cracking and its unite， catalytic reforming， sulfur recycling are discussed. The problem during application is also discussed. Online analyzer is playing a more and more important role on improving product quality.

key control points; online analyzer; pretreatment system

叶信旭(1976—)，男，1997年毕业于北京石油化工学院工业自动化专业，现工作于中国石油化工股份有限公司镇海炼化分公司质量技术中心。

TH83

B

1007-7324(2016)06-0001-04

稿件收到日期： 2016-10-14。