石油化工装置几种典型采样系统设计

摘 要：采样在分析化验中起着及其重要的作用。本文着重从设计角度讨论如何根据各种介质的特性实现安全、环保采样。在选择采样流程时，应首先考虑样品的温度、压力、物态、粘度、毒性，然后根据文中所述原则综合考虑，才能选出合适的采样方法。

关键词：石油化工;化工装置;采样;设计

分析结果的准确与否，首先需要考虑的是所取的样品是否具有代表性，如果样品是真实的，那么再考虑分析方法所选是否合适、所用仪器是否满足要求、操作是否得当等，因此，采样在化验专业的设计中有着非常重要的作用。那么我们如何设计采样系统，才能保证采样人员安全的取到真实的有代表性的样品呢？本文的重点是从安全、环保、代表性方面探讨采样系统的设计。在探讨这个问题前，我们得了解我们的采样人员在采样的过程中会遇到哪些危险，只有知道这些潜在的危险，我们才能在采样系统设计的时候采取针对性地防范措施。

石油化工中的样品，有固体、液体和气体。不同的样品，具有不同的物理和化学特性，有的有毒，有的易燃，有的易爆，有的易腐蚀，有的高温，有的高压。凡此种种，都是依物质的性质和特定的场所决定的，这里我们不讨论采样人员自身素质造成的不安全性，只讨论采样系统设计是否能满足安全、环保和有代表性的要求。下面我们从最简单的采样系统，由浅入深，由简单到复杂，通过几个典型取样设计案例谈谈采样系统的设计。

1 无毒、无嗅和不易燃液体和气体采样系统

在国内的许多石油化工装置中，经常会看到图一中所示的采样系统。这种采样系统为了采到有代表性的样品，采样时直接把两个阀门打开，让样品充分置换，等到将死体积样品置换完，进行采样。

这种采样系统设计，对无毒、无嗅和不易燃液体和气体，我们认为是合理的，安全的。如果上面的介质温度超过60℃，上面这种采样系统设计就存在采样人员被烫伤的安全隐患。所以我们在采超过60℃的上述样品时，就应该考虑消除介质烫伤采样人员的问题。一般我们采取的措施是加采样冷却器，目的是让样品温度降到一个安全的温度。具体见图二：

2 有毒、易燃、易爆、对人体有害的物料采样系统

图一、图二的采样系统在采样的时候，必须将采样管线中滞留的不流动的物料排掉，这样才能从工艺管道中获得有代表性的样品，而且采样管和采样容器之间完全是敞开的，暴露在大气中的，有害气体就会直接挥发出来，污染环境，甚至危害操作人员的身体健康和生命安全。

根据以上分析我们能得到一个结论，要解决有毒有害物料对采样人员的安全威胁，采样系统设计时就得解决以下几个问题：

①在零排放的情况下，采到有代表性的样品;②采样管和采样容器之间不能敞开。

根据以上分析，我们提供了两个采样设计流程（一个是有毒有害液体物料采样图三，一个是有毒有害气体物料采样图四）见下图：

采样的过程见下图中红色箭头所示。

图三所示采样流程是为有毒有害液体物料采样设计的密闭采样系统。工艺来的样品从采样系统的介质入口进入，流经采样阀，通过介质入口进入工艺管道，这样样品就在工艺管道和采样系统中形成一个大的循环，保证液体物料在采样前一直处于流动的状态（介质入口压力需高于介质出口压力）。轻轻转动采样阀，流动的液体样品就进入采样瓶。由于样品一直处于流动状态，所以采到的样品是新鲜的、真实的、又代表性的。采样瓶在设计时瓶口是密封的（一般用軟硅胶密封，具体采用啥材料需根据介质的特性确定）。进样管是针状的，穿透密封垫进入采样瓶。另外采样阀还自带一根放空管，和进样管一样是是针状的，穿透密封垫进入采样瓶，目的是让瓶内的废气排到活性炭罐，避免排入大气，污染环境。当采样瓶从进样管中取下来时，采样瓶上的软硅胶垫会自动密封。当然这里的密封垫是要定期更换的，时间长了，密封垫会泄露，建议每次采完样品后就更换密封垫。采完样品后，在进样管的管璧上会残留样品，为了下次采样不被污染，我们设计了氮气吹扫系统，通过氮气把残留在采样管管璧上的样品吹到采样瓶中。

样品的采样的整个过程见上图的四个状态。

由此可见，这种采样方式在采样过程中，采样人员至始至终不会接触到样品的，样品也不会排出到大气环境中，保证了采样的安全性、环保性和样品的真实性。

图四所示采样流程是为有毒有害气体物料采样设计的密闭采样系统。工艺来的样品从采样系统的介质入口进入，流经采样三通阀，通过采样瓶经介质入口进入工艺管道，这样样品就在工艺管道和采样瓶中形成一个大的循环，保证样品在工艺管道和采样瓶之间不停的置换（介质入口压力需高于介质出口压力）。关闭采样瓶两端的阀门，轻轻转动采样三通阀，采样瓶两端阀后的样品就排到火炬线，样品就采到了采样瓶中。采样瓶两端是用带自密封的快速接头把采样瓶和采样系统连接起来的，采完样品后，把采样瓶从采样系统取下来，完成一次采样。

样品的采样的整个过程见上图的两个状态。

这种采样系统采样过程中，采样人员同样不会接触到样品的，样品也不会排出到大气环境中，保证了采样的安全性、环保性和样品的真实性。

如果气体或液体样品温度比较高（比如高于60℃），我们在设计时可以在介质入口的地方加上采样冷却器，让样品的温度降到安全温度后再进行采样。

3 压力较高的有毒有害的液体采样系统

有的化工物料在管道中压力比较高，采样的时候，流体的流速不好控制，尤其是液体采样。为了解决这个问题，我们采用下面的采样系统，具体详见下图所示：

高压液体采样系统

我们先让流体在工艺管道和固定体积容器内充分置换，然后切换采样阀，让流体和工艺系统分离，这样就把流体单独隔离在固定体积的容器中。然后打开氮气吹扫系统，物料依靠自身的重量缓缓的流入采样瓶，最后打开吹扫系统，将残留的样品吹进采样瓶。这样的采样方式可以避免工艺系统的高压带来对采样瓶的冲击，既能很好地控制流量，又能避免高压对采样人员带来的意外伤害，实现了固定体积采样和无压采样的双重好处。采用过程见下图的两个状态。

4 综述

总的来说，衡量一种采样系统的好坏，必须满足以下条件：

①所采到的样品需具有代表性：系统是否具备密闭置换功能，一般情况下，如果样品能充分置换，均能取到有代表性样品;②采样系统的安全性需可靠：a.能避免操作人员吸入挥发性有机气体和有毒蒸汽;b.能避免操作人员和样品直接接触（比如样品是否会喷溅到操作人员）;c.能减少操作人员因采样时造成的意外（比如高温、高压）;③采样时需满足环保要求;④能节省成本：a.能减少每次因置换而造成的原料及成品损失;b.能减少每次废料的处理成本和维修费用;c.能提高采样效率，节省人力。

本文介绍了几种比较典型的有代表性的采样系统，事实上采样系统种类繁多，不同厂家生产的采样系统都具有不同的特点。关键是我们要学会如何根据样品的特性选择合适的产品，从而满足我们分析化验及安全环保的需要。

参考文献：

[1] GB/T6678-2003.化工产品采样总则[S].北京：中华人民共和国国家质量监督检验检疫总局，2003.

[2] GB/T6680-2003.液体化工产品采样通则[S].北京：中华人民共和国国家质量监督检验检疫总局，2003.

[3] GB/T6681-2003.气体化工产品采样通则[S].北京：中华人民共和国国家质量监督检验检疫总局，2003.

[4]国家安全生产法和职业病防治法[Z].2002.

作者简介：

刘伟龙（1974- ），男，民族：汉族，籍贯：陕西榆林，学历：大学本科，毕业院校：延安大学，研究方向：化工取样设计与实验室设计，职称/职务：高级工程师/分析化验组长，作者单位名：华陆工程科技有限责任公司，省市：陕西省西安市。