聚乙烯装置中微量氧分析仪的应用

李挺

聚乙烯装置中微量氧分析仪的应用

李挺

（中海油惠州石化有限公司，广东 惠州 516000）

乙烯的氧化反应是聚乙烯装置在使用过程中的一项重要难题。为了彻底解决这一难题，现阶段在乙烯装置单元中常常使用在线微量氧分析仪来对乙烯的氧化反应进行控制。在线微量氧分析仪可以对氮气以及乙烯当中的氧气积分数进行实时监控，从而保障聚乙烯装置内的乙烯始终处于平稳状态下。对微量氧分析仪的工作机理和构成要素进行了充分、详细的介绍，并将研究的重心放在非耗尽型电化学式微量氧分析仪在聚乙烯装置当中的应用上。对于其在相关采样当中的预处理工作和传感器在操作过程中的一些问题，列举了相应的解决措施，旨在最大限度地避免聚乙烯装置中乙烯的氧化反应造成的不良影响，提升聚乙烯装置的运转稳定性。

聚乙烯装置；微量氧分析仪；气相法流化床反应技术；传感器

现阶段，从大环境上来看，我国的聚乙烯装置多半都是使用气相法流化床反应技术来进行相关运作的。这种技术对聚合反应原料有着较高的要求，其中，乙烯作为最基础的反应原料，必须充分确保其质量，因此，在进入反应器之前，要严格杜绝乙烯氧化现象的发生，通过在线微量氧分析仪，可以对乙烯当中的氧体积分数进行全方位实时监测。一般而言，我国的PE装置大多都采用非耗尽型电化学微量分析仪，这种分析仪操作和维护工作相对较为便捷，不需要像耗尽型微燃料电池一样对传感器进行标定以及更换。但这种传感器的承压能力相对较弱，一旦压力过大，就会对传感器造成实质性的破坏，因此，如何应用好这种非耗尽型电化学微量分析仪，是相关工作人员所要重视的一项问题。以ABB公司的微量氧装置为例，对微量氧分析仪的应用状况作出了相应分析。

1 微量氧分析仪的构成要素和工作机理

按照结构来看，我们可以将微量氧分析仪的构成分为3个部分，分别为传感器、采样及预处理系统和分析仪主机。传感器的工作原理是使用非耗尽型电化学技术，通过介质进入到传感器当中，这样介质中的氧分子就可以利用扩散膜进入到传感器的阴极当中。氧分子在负极当中经过电解液的电解处理，得到了4个电子变成OH-，与此同时，OH-在电解液当中就会被成功吸附到阳极当中，在阳极当中所释放出的4个电子又转化为了氧分子和水。从整个过程中我们可以看出，整个运转过程只是一种电子的迁移现象，并没有发生组分的消耗现象。依照库伦定律，电子迁移的数量与电流的大小成正比，电流的大小又与氧体积分数成正比。非耗尽型电化学传感器与传统的耗尽型电化学传感器不同的是，这种传感器的使用寿命很长，在工作当中不消耗电解液以及输出正极。如果电解液因自然挥发而减少，则可以加入蒸馏水代替。在采样及预处理系统中，在探头的选择上可以使用在线插拨式的探头，同时，在取样管线的选择上首选电伴热管缆。采样预处理系统的主要作用是完成对整个微量氧分析仪进行相应的减压、过滤以及流量控制的处理工作。从而保证传感器在合理的工作条件下达到100%的精确程度，最大限度地延长使用寿命。

采样及预处理系统的具体结构如图1所示。

图1 采样及预处理系统的结构示意图

根据图1我们可以得知，工艺介质在流经取样探针以及取样管线之后直接进入预处理箱当中，预处理箱还要经过针阀，之后流经过滤器、减压阀以及针阀过后才能够到达氧传感器当中。在氧传感器当中处理完毕后，还需要经过压力表以及流量计的检测，之后排入到低压火炬当中。因为在微量氧分析仪当中氧传感器的最大工作压力在34 kPa左右，因此，在整个预处理系统当中增加1个安全释放阀可以在最大限度上保护氧传感器不因压力过大而损坏。

氧分析仪主机最多能够连接6个传感器和6个水传感器，供电电压为220 V，平均一个通道客户以输出2路4～20 mA的信号到DCS当中，氧传感器与主机之间是通过4芯屏蔽的电缆进行连接的。

2 PE装置在微量氧分析仪当中的运用

2.1 仪表的应用情况

PE装置在微量氧分析仪当中的主要作用就是测量N2和C2H4的情况，具体是指二者脱氧前及脱氧后的氧体积分数。一般而言，工艺上的要求是原料精制过后各种进料的杂质与体积需要被脱除到1×10-7之下。这样能够充分避免反应器内的杂质与催化剂活性中心之间产生反应或配位现象，进而造成催化剂的活性降低或改性。同时，精制系统当中的原料杂质脱除程度需要满足催化剂的性能要求。在精制脱氧完成之后，其中的氧体积分数必须要低于1×10-6，如果高于此项标准，毒化催化剂会影响树脂的熔融指数和密度，严重时可能会导致爆炸。为了预防此风险，在精制系统当中都设置了专门的脱氧装置。氧体积分数的变动直接影响了脱氧工作的效率，同时，对下个阶段所发生的聚合反应和整个工艺的安全状况都有着密切的关系，因此，仪表的使用是整个脱氧工作的根本保障。

2.2 相关的优化方案

如果想保证微量氧分析仪的测量精确度和稳定性，预处理系统的设计就显得尤为关键。预处理系统的优化成果对微量氧分析仪的使用效果会产生很大的影响。因此，在使用过程中，当遇到问题时，要根据问题的类型及时处理，有的放矢，最大限度地保证预处理系统的稳定、安全运行。在生产过程中所遇到的相关问题和具体的优化措施主要有以下几个方面。

2.2.1 过压损坏传感器

这种问题是生产过程中出现最为频繁的一种问题。基于以上内容，传感器的最大工作压力不能超过34 kPa，过压损坏传感器的情况主要有2种，即压力过大损坏传感器、背压太高损坏传感器。针对这2种问题，我们可以在样气的入口处设置1个加热减压阀来代替普通的减压阀，这样就能够杜绝由于减压吸热所产生的冷凝现象。

2.2.2 过温损坏传感器

传感器的工作温度最高不能超过49 ℃，如果温度过高，则会对传感器造成一定的损害，这样对于取样管线的伴热温度标准也就需要相应提升。我们在选择伴热时，要使用带有温控设备的电加热器，并要严格控制最高温度，使最高温度维持在49 ℃之下。另外，在伴热工作中要杜绝使用蒸汽伴热的方式来进行，因为蒸汽伴热的温度存在极大的不稳定性，一旦出现温度过高的情况，则会对传感器造成实质性的损害，因此，蒸汽伴热的方式要严令禁止。

2.2.3 传感器的响应速度变慢

这项问题的原因是大量的颗粒物进入了传感器的渗透膜当中，导致传感器的响应速度变慢甚至发生无响应状况。对于这项问题，我们可以通过加装带旁路的自清洗式过滤器的方式来解决。经过实践表明，该种方式可以有效地提升整体过滤效率，最大限度地避免传感器被污染。

2.2.4 传感器的测量误差大

传感器的工作电压在1.3 V左右，一旦工作电压存在较大的偏差的话，则传感器的测量就会出现误差。关于这项问题，我们可以通过测量传感工作电压的方式来解决，在检测过程中，如果传感器的工作电压在1.1 V之下，则需要重新更换传感器电缆。

3 结束语

在线微量氧分析仪的使用可以解决聚乙烯装置中乙烯氧化的问题，这是化学工业生产过程中一项重要的技术设备。其中，预处理系统的优化是保证整个聚乙烯装置能够平稳运行的关键。在生产过程中，氧分析仪具有非常完美的特性和极强的实践意义，但是作为一个高精度仪表，其对工作环境的要求也十分高，稍有不慎就会造成问题的发生。笔者结合实际情况，对预处理系统的结构以及可能出现的一些问题进行了细致分析，并提出了具体的解决对策，望相关部门及工作人员能够充分借鉴，并有效应用。

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［2］梁戈.国产选择性加氢脱炔催化剂在气相法聚乙烯装置上的应用［J］.化学工程与装备，2015（04）：45-47.

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〔编辑：张思楠〕

2095－6835（2018）19－0156－02

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