炼厂常压塔顶出口酸性气体含量在线检测

刘沛，何之源，张佳亮，陈世龙，卢勇

（中国石油兰州石化公司研究院，甘肃兰州730060）

炼厂常压塔顶出口酸性气体含量在线检测

刘沛，何之源，张佳亮，陈世龙，卢勇

（中国石油兰州石化公司研究院，甘肃兰州730060）

常减压蒸馏装置是石油化工生产企业的“龙头”，它为下游石油化工装置生产提供原料，如果因为常减压蒸馏装置设备腐蚀，发生泄漏而计划外停工，就会直接影响到整个企业的生产任务的完成和效益的实现。目前国内同类装置都采用传统的人工化验冷凝冷却系统中硫离子和氯离子浓度的方式反映常顶塔出口中氯化氢和硫化氢的浓度，分析时间长、相对滞后。本文介绍了利用半导体激光吸收光谱技术，原位、快速、实时、在线检测常顶出口气体中氯化氢和硫化氢的含量，可推广至其他常减压装置如常顶出口、减顶出口及初馏口等装置应用，提高经济效益。

常压塔顶出口；氯化氢；硫化氢；在线检测

兰州石化公司550×104t/a常减压蒸馏装置所加工的原油大部分都是高硫、高酸、高残炭、高重金属含量的重质原油。在蒸馏的过程中，常减压装置中常压塔顶属于低温轻油部位（温度约为120℃），为酸性环境腐蚀，对碳钢表现为均匀腐蚀，对0Cr13钢表现为点腐蚀，对奥氏体不锈钢表现为应力腐蚀开裂[1]。低温轻油部位的腐蚀是原油加工过程中释放出来的酸性气体氯化氢和硫化氢共同作用的结果，因为原油中的氯化物和硫化物受热分解产生的硫化氢和氯化氢主要集中在常压塔内，随油气进入塔顶和冷凝冷却系统，对换热器、管线、空冷器造成腐蚀。目前装置上采取的防腐措施就是在挥发线中注入中和缓蚀剂和注水的方式，而注入中和缓蚀剂和水的量由氯化氢和硫化氢气体的含量决定的。目前对于常顶出口气体中氯化氢和硫化氢的含量无法准确测定，只是对后续系统中的冷凝水里的氯离子和硫离子含量进行检测，其缺点是由于硫化氢气体在水中的溶解度较小，所测得的硫离子浓度并不能真实反映出口气体中硫化氢的真实浓度，再加上化验室所测得的数据相对滞后，不能及时反映装置生产状况。

本文主要介绍利用半导体激光吸收光谱技术，原位、快速、实时、在线检测常顶出口气体中氯化氢和硫化氢的含量，装置操作人员可根据其含量和中和缓蚀剂中有效碱的浓度计算出加入中和缓蚀剂的量，有效调节塔顶冷凝系统的pH值，以达到控制设备以及管线腐蚀的效果。

1 激光吸收光谱在线检测技术

激光吸收光谱分析方法是利用气体分子经激光照射后激发能量量子化的现象对气体的成分进行分析，不同气体分子具有不同的特征吸收光谱。通过与色谱法[2]、分光光度法[3]、化学滴定法[4]等分析方法进行对比，激光光谱分析具有系统结构简单、可靠性高、测量准确、响应速度快、恶劣环境适应力强、光学非接触检测、测量无扰动等优点，通过光谱分析理论分析可以找到只对H2S与HCl有吸收作用的光谱谱段，用该谱段的激光对样品气进行吸收率检测可以测出样品气体含量（见图1）。

图1 激光吸收光谱在线检测技术

待测样品通过流量计在油浴加热池里被加热至110℃～125℃（模拟常压塔顶出口环境温度），通过管道混合器以及混合罐里均匀混合，样品进入到测量室，由发射单元发出的激光束经过测量室时，待测样品中的H2S与HCl吸收了部分激光而使光强度减弱，根据光强度的衰减与被测气体中H2S与HCl的浓度成一定的函数关系，接收单元会显示样品中的H2S与HCl含量，测量完的样品经冷凝器进入分离罐和吸收罐（见图2）。

2 HCl在线分析仪准确性、重复性实验

实验条件：所测气体压力为0.1 MPa，流量为400 L/h，仪器透光率T=94%，HCl分析仪测量量程为0～10 000 mg/L，误差为满量程的±1%。

把三种样品编号：①500 mg/L；②999 mg/L；③1 831 mg/L。

按照①-②-③-②-①-②-③-①-③的顺序切换进样（见表1）。

由表1看出，对于不同浓度的气体，仪表检测数据和标准值之间的极差最大为81 mg/L，小于误差±1%的满量程，测量准确度高。

表1 切换进样所测数据

抽取了仪表在线连续运行期间100次的实验结果（见图3）。从图表中可以发现，检测数据和标准值之间的极差都在误差±1%的满量程之内，表明HCl激光气体分析仪在准确性、重复性方面满足检测需求。

3 H2S在线分析仪准确性、重复性实验

实验条件：所测气体压力为0.1 MPa，流量为400 L/h，仪器透光率T=99%，H2S分析仪的测量量程为0～50 000 mg/L，误差为满量程的±1%。

图2 在线分析系统

图3 500mg/L样品的重复性实验

图4 3000 mg/L样品的重复性实验

把三种样品编号：①1 000 mg/L；②3 000 mg/L；③5 000 mg/L。

按照①-②-③-②-①-②-③-①-③的顺序切换进样（见表2）。

表2 切换进样所测数据

由表2看出，对于不同浓度的气体，仪表检测数据和标准值之间的极差最大为381 mg/L，小于误差±1%的满量程，测量准确度高。

抽取了仪表在线连续运行期间100次的实验结果（见图4）。从图表中可以发现，检测数据和标准值之间的极差都在误差±1%的满量程之内，表明H2S激光气体分析仪在准确性、重复性方面满足检测需求。

4 总结与展望

利用半导体激光技术对常压塔顶挥发管线中的酸性气体（H2S和HCl）进行在线检测，可以准确实时的反映塔顶出口中酸性气体的真实含量，装置工艺人员可根据其含量和中和缓蚀剂中有效碱的浓度计算出加入中和缓蚀剂的量，有效调节塔顶冷凝系统的pH值，达到控制设备以及管线腐蚀的效果。

［1］汤世华.常压塔顶低温轻油部位腐蚀原因分析及对策［J］.四川化工，2012，15（4）：27－31.

［2］陈惠珠，彭谦.离子色谱法测定车间空气中氯化氢［J］.现代科学仪器，2003，11（1）：67－69.

［3］杨璐.硫氰酸汞分光光度法测定氯化氢中的影响因素及解决方法［J］.环境科学与管理，2013，38（5）：139-142.

［4］卢乙试.煤气和工艺冷凝液中氯化氢的测定［J］.河南化工，2012，29（5）：49－50.

TE962

A

1673-5285（2017）02-0149-03

10.3969/j.issn.1673-5285.2017.02.036

2017－01-05