氧化锆分析仪在UOP连续重整装置中的应用

张根生

(中国石油化工股份有限公司 安庆分公司，安徽 安庆 246001)

美国环球油品公司(UOP)连续重整工艺是以常减压装置产生的直馏石脑油和加氢焦化石脑油为原料，采用连续重整专利技术，把低辛烷值的石脑油转化成富含芳烃的高辛烷值汽油。该装置包括： 预加氢、催化重整、连续催化剂再生、重整油分馏、苯抽提等部分。

催化剂再生部分主要目的是在装置正常操作条件下，将重整反应器中因结焦而降低活性的催化剂连续进行再生，使失活的催化剂恢复其活性后再送回反应系统，从而使重整反应能在高苛刻度条件下连续、正常地进行。要将催化剂表面积碳彻底烧掉，必须保持再生器内有足够的氧含量，但氧含量太高会引起超温损坏催化剂甚至损坏设备，因此，必须严格控制再生烟气中的氧含量。

1 氧化锆分析仪在装置中的作用和特点

1.1 在装置中的作用

重整再生烟气的氧体积分数的连续测量选用AMETEK公司专用于UOP连续重整再生装置(CCR)的特制氧化锆分析仪。该分析仪测量再生燃烧区入口的氧体积分数，监控催化剂再生情况。受控条件下的氧化反应以除去催化剂上的积碳为目的，氧体积分数控制在0.5%～1.0%。

该分析仪自带联锁，并且参与再生空气流量的串级控制，分析仪一旦发生故障可引起整个CCR装置停车。因此，设定启动联锁的条件是： 氧体积分数大于1.3%，通过该分析仪内的流量温度传感器监测进入分析仪的样气流量过低，氧分析仪故障。

1.2 组成和特点

该分析仪由采样单元、流量温度传感器、气路模块、锆室加热炉、检测器、控制器等部分组成，有以下特点：

1)直接安装在工艺管道上，采用对流回流采样。样气被抽入分析系统，通过扩散孔进入检测器。

2)与样气接触的部件的材质用哈氏C合金，特制氧化锆管，可以抗氯化氢的腐蚀，且测量精度高，反应灵敏。

3)检测部件位于恒温箱内，控制温度为200 ℃，防止样气中水的冷凝导致腐蚀。

4)通过流量温度传感器检测进入分析系统的样气温度作为取样是否正常的监测措施，确保有样气进入分析系统，提高了分析数据的可靠性。

2 氧化锆分析仪安装和维护注意事项

氧化锆分析仪安装和维护需要注意以下几方面：

1)分析仪需要采用氮气作为抽引气，压力须高于再生烟气压力0.03 MPa左右。

2)氮气管线进入分析仪以前需要加蒸汽伴热，伴热温度保持在100 ℃以上。

3)分析仪应先通电24 h以上，等传感器室温度稳定后才投入抽引气，以免样气冷凝腐蚀测量部件。

4)分析仪停用时应先关闭抽引气源，并且向校准气端口以流速1.5～2.0 m3/h通入仪表风或氮气；确保分析仪内部管路和检测器在分析仪断电降温时不出现酸露冷凝，防止喷嘴堵塞。

5)校验时，应先关闭抽引气源，并将校验气压力设定为大于再生系统压力0.07 MPa左右，流量设定为1 L/min以上。

6)零点标准气与量程标准气氧体积分数应相差10倍以上，建议零点气氧体积分数为0.5%，量程气氧体积分数为8.0%。

7)流量温度传感器报警点设置应高于检测室控制温度50 ℃以上，通常可设置为300 ℃。

8)检修检测室内部件时，应先停电降温，并做好防烫措施。

3 氧化锆分析仪故障分析

3.1 流路堵塞故障分析

一般情况下，分析仪的进样和回样管道不易堵塞，而易堵塞的是分析仪气路模块中氮气气路和检测器前后的阻火器。当标气口通入仪表风时，氧化锆检测器出现电势变化缓慢的情况，多数是氧化锆检测器老化的原因，建议先更换新的氧化锆检测器再做测试。

1)在分析仪投用时，记录正常投用时流量温度监测数值，对比现在流量温度数值，如果变化不大，则说明气路通畅；如果温度数值下降较多，则说明气路有堵塞。

2)通过对比分析仪使用时和抽引氮气口对空排放时的检测器电势，如果这两种情况下检测器的电势非常接近，则说明分析仪进样和回样流路通畅；如果偏差较大，则表示进样和回样流路有堵塞。

3)当判断分析仪气路有堵塞的情况下，关闭抽引氮气，在标气口通入高于工艺管道压力0.07 MPa，流量80 L/h的仪表空气，如果流量温度传感器显示温度下降迅速，则说明进样流路正常；如果温度下降缓慢，则说明进样流路有堵塞。

4)关闭抽引氮气，标气口通入仪表风后，如果分析仪检测器电势变化迅速，则说明检测器正常，分析仪回样流路通畅；如果有堵塞，则多数在气路模块中的氮气气路和阻火器。此时断开仪表风，打开分析仪标定口球阀，无工艺过程气排出，判断为分析仪内部标定管或分析仪内部阻火器堵塞。

3.2 流量温度传感器故障分析

在分析仪投用时，流量温度传感器在控制器上的显示温度应在300 ℃左右，如果该温度值出现上下大幅波动或低于传感器室温度(一般为200 ℃左右)，初步判断流量温度传感器可能损坏，这时用万用表测量其阻值和毫伏值，与K型热电偶分度表进行对照，若不符则说明流量温度传感器损坏，要予以更换。如果手头暂时没有RTD流量传感器备件，则可采取临时应急方案，用一个1.2 kΩ的电阻短接在控制器“EFF I/V2+，EFF I/V2-”端子间，将氧分析仪联锁开关打至旁路开关，并告知工艺操作人员注意再生器床层温度变化来辅助监控氧分析仪氧含量变化趋势。

3.3 氧化锆检测器故障分析

判断氧化锆检测器是否正常的主要指标是检测器的输出毫伏信号值。分析仪在测量1个大气压下的空气时，检测器的输出毫伏信号值无限趋近于0。由于微量氧分析仪所测量的过程气设计压力为0.24 MPa，该实际的过程压力可能会达到0.26 MPa，所以分析仪会设置压力补偿值。在该工作压力下分析仪测量空气时，检测器的输出毫伏信号值一般稳定在-26～-28 mV。

1)先观察并记录分析仪运行时检测器的输出电势。

2)关闭抽提氮气，标气口通入仪表风或者氧体积分数为20.9%左右的标准气，观察检测器的输出电势。

3)关闭标气口，打开抽提氮气，观察检测器的输出电势。

4)如果检测器的输出电势可以快速响应氧含量变化并且快速稳定，则此时检测器正常；如果检测器的输出电势可以快速响应氧含量变化，但是稳定时间较长，则说明检测器有老化迹象，建议进行初始校准，同时预先准备一个检测器备件。

5)如果检测器的输出电势无法快速响应氧量变化，而且输出电势无法稳定，则说明检测器出现故障，此时需要更换检测器；同时也可以通过通入不同氧含量的标准气来判断检测器是否有故障。

3.4 校准错误原因分析

当更换氧化锆检测器或热电偶时，或当氧化锆检测器老化而不能进行常规校准时需要进行初始校准。在初始校准后检测器需要15 min恢复时间来达到稳定，再执行常规校准。校准过程中出现的校准错误信息会在控制器上显示，常见有以下几种：

1)在校准进程中，如果人为误操作造成校准中断，控制器会出现“校准中断”报警。

2)校准菜单中，零点气和量程气浓度设置错误，过程压力输入不正确，或者校准时抽引气未关闭，传感器气路泄漏或堵塞，检测器正负极接线接反，控制器会出现“量程气范围错误”或“零气范围错误”报警。

3)在执行初始校准时，如出现“过度校准错误”报警，则大多是检测器锆管老化或检测器损坏引起，校准偏差超出允许范围，则初始校准失败。

3.5 锆室加热炉故障分析

氧化锆分析仪锆室加热炉出现故障时，分析步骤如下：

1)检查传感器输入电压是否为交流220 V。

2)如果上述电压正确，检查加热炉加热丝之间电压，正常为交流50～60 V，如果电压正常，则断开控制器和传感器电源并检查锆室加热炉的阻值。锆室加热炉电阻应为32(1±10%)Ω，如果阻值不在该范围内，则需要更换锆室加热炉。如果传感器接线端子R和S之间无电压，检查传感器接线端子3(+)和4(-)之间加热炉的驱动信号(直流5～15V)，如果该驱动信号正常，则向控制器重新供电并查看加热炉是否正常加热。如果加热炉还不能加热，则更换传感器接线板。

3)如果加热炉驱动信号低于直流5 V或无电压，则检查控制器和传感器接线板间连接线。如果接线正确，则检查控制器接线板上的FURNACE和15 V COM是否有加热炉启动信号。如果没有信号，则检查接线板上的保险丝。如果该保险丝是好的，则更换控制器电源模块。

4 改进措施

氧化锆分析仪是直接安装在工艺管道上的，一旦出现故障无法在线处理，需要CCR装置热停车，而工艺需要降压降温满足要求后才能处理，仪表检修结束后，工艺再升压、升温，达到工艺条件后仪表才能投用。一般情况下,工艺降温降压和升温升压过程至少需要48 h以上，其中不包括仪表检修时间，这时如果仪表处理不及时或检修时间过长会造成催化剂再生不及时，甚至会造成整个重整装置停车。该装置运行以来，氧化诰分析仪出现过流量温度传感器损坏，抽引氮气气路、回样管线堵塞等故障，多次造成CCR装置热停车。

2018年，某公司改进了氧化锆分析仪采样系统，增加分析仪采样系统单元维护阀箱，如图1所示，在进样管线和回样管线各增加1只样气切断球阀，阀箱内增加蒸汽伴热和保温措施，这样仪表故障检维修时可切断与工艺过程的联系，不需要再生系统热停车。自成功改造后，每年至少产生经济效益600余万元。

图1 采样系统单元维护阀箱示意

5 结束语

氧化锆分析仪系统经过改进后，仪表维护和检修时无需工艺降压、降温，再升压、升温，节约了仪表故障处理时间，大幅提高了CCR装置运行的可靠性。