在线气相色谱仪的检修及注意事项

崔福军

（新疆独山子石化公司 乙烯仪表车间，新疆维吾尔自治区 独山子 833699）

0 引言

在线气相色谱仪基于气相色谱法原理工作，在载气推动下，将经预处理后连续流动的工艺样品定量进入色谱仪分析器的色谱柱系统中。在柱切的配合下，由于不同组分在固定相上的分配系数和吸附差异，混合组分得以分离；各分离的组分通过检测器将浓度信号变换成电信号，通过数据处理，根据分析需要而定量测定出所需的特定组分或全部组分浓度。由于在线气相色谱仪测量范围宽，分析准确等特点，在国内化工厂中得到了广泛地应用，而对其定期地维护及检修是保障在线气相色谱仪长周期运行的重要保证。目前本厂新老区共有在线色谱130多台，结合多年在线色谱的实际检修，对在线气相色谱仪各部分具体检修步骤及注意事项进行了总结，为以后对在线气相色谱仪现场的日常检维修提供了参考。

1 在线气相色谱仪构成

一套比较完整的工业气相色谱仪主要由取样装置、前级减压站、预处理系统、色谱仪（分析单元、控制单元）以及辅助装置等组成。其基本构成如图1[1]。

图1 工业气相色谱仪基本构成Fig.1 Basic composition of industrial gas chromatograph

2 在线气相色谱仪的检修及注意事项

2.1 取样装置的检修

对取样头道阀进行检查，对使用中发现外漏或损坏的利用检修停工期间进行更换，对带取样探针的，将取样探针从工艺管道或容器中取出，检查堵塞情况，对取样探针进行吹扫和清洗。对一些特殊的取样装置，例如：乙烯装置的裂解气取样器，其清焦气动柱塞阀/切断气动头道球阀，建议委托给调节阀专业维修队伍进行检修，其采样蒸汽稀释段及涡旋冷却段建议利用检修机会拆卸后进行有机溶剂浸泡清洗。

注意事项：①对于带压可拔插的探头，必须先将探头抽出到限位后方能关闭头道阀，否则将造成探针损坏，切断阀也无法关闭。为了避免工艺人员误关此阀，建议此阀制作提示标签悬挂在阀上；②对于使用球阀作为头道阀的取样管线，焊接时需将球阀解体，然后焊接，焊接完成后再恢复，避免焊接高温破坏球阀的密封。

2.2 前级减压站的检修

对于取样管道较长、压力较高或样品为液态的样品，为了克服滞后大都设置了前级减压站（前处理装置）。这部分检修主要是对减压阀及汽化减压阀进行解体检查，检查堵塞情况，如有气流不畅，用有机溶剂（无水乙醇，丙酮）进行浸泡清洗；对于污染严重的脏污介质可采用四氯化碳（CCl4）浸泡清洗；同时，许多前处理装置为了减少减压阀的堵塞情况，设置了除粉尘或除液的过滤器；对于金属烧结过滤器，建议先吹扫，再根据其吸附的介质的酸碱性等用弱酸或弱碱溶液浸泡去除溶解；对于有机油性物质用有机溶剂进行浸泡去除，然后在用仪表风进行吹扫；对于纸质过滤器，取出滤芯，如有赃物，可用空气吹除。如果发现有油等沾附物时，可以用溶剂清洗，清洗干净后，应用热风吹干后方可装入。如果滤芯老化，则须更换。

注意事项：①在用有机溶剂等对减压阀及过滤器进行清洗时，它们中的所有橡胶材质的O形圈或塑料材质的密封垫片避免用有机溶剂进行长时间的浸泡清洗，防止对这些材质造成损坏或改变这些材质的物性，造成密封失效问题；②减压阀及过滤器的拆卸做好拆卸次序及标记原器件的方向，以免回装时装错，检修及各部件复原后，做气密性检查。

2.3 预处理系统的检修

1）浮子流量计的检修：将各个拆下的流量计浸入盛有无水乙醇的容器中，数小时后用空气进行吹洗处理。若流量计污痕严重，建议解体，逐个对原器件进行清洗。

注意事项：①清洗时，它们中的所有橡胶材质的O形圈或塑料材质的密封垫片避免用有机溶剂进行长时间的浸泡，尤其避免用CCl4对橡胶材质O形圈或垫片进行浸泡清洗，防止对这些材质造成损坏或改变这些材质的物性，造成密封失效问题；②减压阀及过滤器的拆卸做好拆卸次序及标记其中原器件的方向，以免回装时装错，检修及各部件复原后做气密性检查。

2）减压阀及汽化减压阀的检修：同前级减压站中减压阀的检修。

3）安全泄压阀的检修：当样品压力较高时，为避免仪表遭遇到大压力的冲击，造成不必要的损坏，此阀动作，对样品管路的压力进行泄压。因此，为了保护仪表应对安全泄压阀进行泄压实验检查，通入气源连接标准压力表及安全放空阀，安全放空阀出口通过软管通入盛有水的容器中，逐步升高压力。当水中有气泡时，观看标准压力表的压力，此压力安全泄压阀的泄放压力，或通过减压阀调节气源到一定的压力（观看标准压力表的压力值），通过调节安全泄压阀的调节装置，观看水中有气泡产生时，此时的压力即为安全泄压阀的泄压压力。若安全放空阀污痕严重，建议解体，逐个原器件进行清洗。

注意事项：①清洗时，它们中的所有橡胶材质的O形圈或塑料材质的密封垫片避免用有机溶剂进行清洗，防止对这些材质造成损坏或改变这些材质的物性，造成密封失效问题；②安全泄压阀的拆卸做好拆卸次序，及标记原器件的方向，以免回装时装错，检修及各部件复原后按上述描述进行，同时必须进行安全放空阀的泄压实验检查，确保泄压压力为设计给定的压力；③调节好设定压力后，为了确保设定压力旋钮不因外界各种因素发生偏移，必须将被紧螺帽锁紧。

4）单向阀的检修：为了防止测量介质的逆向流动，预处理中大多设置了单项阀。对其的检修如果测量较轻的介质，对其进行吹扫，并做单向性实验（连接气源，正向导通，反向截止）即可；对于测量较重的介质，器件污痕严重，建议解体，逐个对原器件进行清洗。

注意事项：①清洗时，它们中的所有橡胶材质的O形圈或塑料材质的密封垫片避免用有机溶剂进行长时间的浸泡，防止对这些材质造成损坏或改变这些材质的物性，造成密封失效问题；②单向阀的拆卸做好拆卸次序，及标记原器件的方向，以免回装时装错，检修后各部件复原后按上述描述进行，同时必须进行单向阀的单向实验检查；③回装到预处理系统中时，确认单向阀的方向不要装反。

5）过滤器的检修：同前级减压站中过滤器的检修。

6）换热器的检修：一些介质因温度较高需要使用小型换热器进行热交换，将温度降到仪表要求的温度。热交换器的检修主要是对走冷却水的管程进行除垢处理，可使用除垢剂进行浸泡清洗，对于分析样品走的管程使用有机溶剂进行浸泡清洗。同时，因高温以及重介质可能造成管壁结焦和重组份挂壁现象，所以样品管道建议用有机溶剂进行浸泡处理。

注意事项：换热器进行除垢处理后，样品管道因使用有机溶剂等浸泡，建议使用仪表风进行充分吹扫处理，同时因使用除垢剂进行浸泡清洗。为防止管壁腐蚀变薄、耐压等级不够，建议进行打压试验，确保无泄漏[2]。

2.4 载气及助燃气系统的检修

1）载气减压阀的检查：配件齐全，无破损，调节升压，降压功能正常。

2）载气净化系统检查：为了满足色谱的测量精度，尤其是微量的测量，载气及助燃空气系统中一般都增加净化系统对其进行脱水、脱氧、脱烃。如果不是冗余设计，建议利用装置检修停工的机会对其进行更换，如采用冗余设计，随时进行更换。

3）载气供气系统的泄漏检查：通常将各色谱的载气供给阀关闭，将载气钢瓶输出的压力调整到正常供给压力的1.2倍，进行憋压处理，看压力是否有下降，如有应对载气供气系统的所有静密封接头进行泄漏检查并进行消漏。

注意事项：①为了连接的灵活性，载气系统中一般使用一段HOSE软管，因HOSE软管一般长期暴露在外界环境中且承受较高的压力，为了安全起见，建议定期更换并做好更换记录；②由于H2介质的特殊性（分子小，易渗透发生氢脆，爆炸性等），氢的原子半径很小，非常容易在内壁的缺陷处，透过内壁表面在大晶粒的边缘缝隙进行渗透，进而产生点腐蚀坑，再延晶界扩展而产生氢脆，尤其是H2载气系统中经常切换动作，且承受较高压力的阀在检修期间建议检查其内、外漏情况；③对于使用FID检测器的色谱，助燃空气一般经过净化装置，大多采用Pt/Pd的催化氧化方式脱烃。这种方式一般工作在400℃左右的高温条件下，为了确保净化装置的正常工作，定期检查其工作温度，避免应加热丝熔断等故障，或因为没有达到工作温度而失去脱烃净化的效果，如开盖检查应在断电2h后让净化单元降温后处理[3]。

2.5 色谱分析器部分的检修

这部分是色谱仪的分析核心，其通常由恒温炉、柱切阀、色谱柱系统、检测器、甲烷化器等组成。因不同厂家采用的各切换阀有所不同，检修内容略有不同。如ABB公司主要使用的CP滑阀，西门子主要使用50阀和11阀，横河主要使用转阀。

2.5.1 色谱仪柱切阀的检修

1）ABB公司色谱仪CP阀的检修：①取出取样阀、反吹阀和选择阀，对阀芯进行检查；②当发现阀芯的滑动片有损伤时，轻则要进行表面研磨处理，重则须更换；③当发现阀芯面有脏物时要及时进行清洗；④检查阀的驱动膜片，如发现膜片有老化现象，则需重新更换；⑤上述操作要在清洁的场所进行，以防止滑片的滑动面受到污染。

2）Simens公司色谱仪50阀的检修：拆开阀，然后彻底地清洗阀各组件以除去所有微粒，并且需要使用合适的洗涤剂（例如：酒精的超声波清洗是一种很好的清洗方法）。在清洗和重新组装的过程中，必须要小心以避免使阀的抛光面出现抓痕或者损坏。膜片必须更换新的，旧的不能再用。注意：靠近励磁端口处阀的3个部分上的定位记号，这些定位记号在重装阀时必须再对齐。

注意事项：①此阀连接件较多，拆卸恢复相对繁琐，拆卸前切记要做好标记便于恢复；②各组件应该放置在一块无棉布上以避免污染物进入阀内以及阀的相关组件里。维护人员的双手必须要干净且无任何污染物，所有与阀有关的外部污染都必须要使用清洗剂来除去，清洗剂的品种如：己烷、丙酮、甲醇或者酒精以及一块没有灰尘的棉布；③在清洗50型阀及其各组件后，确保各个组件在重新组装之前都用仪表风吹干；④紧固时必须对角紧，先小力矩预紧，最后用7.5bar的力矩来均匀地拧紧各螺丝。

2.5.2 色谱柱的检修

色谱柱是利用各种物理和化学方法将混合组份分离的部件。色谱柱有：填充柱、微填充柱、毛细管柱等。由于各种原因，如载气不纯，重组份进入色谱柱未能及时反吹等可能造成色谱柱的劣化，从而造成色谱峰分离效果变差。因此，利用停工检修时间对色谱柱进行再次老化处理是必要的。不同的色谱柱老化方法也不同，但一般都使用惰性气体做载气来老化。

具体方法如下：

①毛细管柱：确保载气流过毛细管柱15min～30min。缓慢程序升温（5℃/min）到老化温度，最初老化温度≥4h。如果柱子受到污染，可在推荐的最高色谱柱温度低于20℃的条件下，老化柱子。

②填充柱：将柱子接通载气，流速5ml/min～10ml/min，在高于使用温度5℃～10℃（但必须低于柱子使用限制温度）下老化8h～24h，目的是去除装柱时的残留溶剂，使固定液分布均匀，提高柱效。但有另外一种情况，所使用的检测器是TCD（热导池检测器）时，国内一般使用H2做载气，这时建议老化色谱柱时更换成N2进行老化。如果老化后分离效果仍然不能满足测量要求，建议对色谱柱进行更换[4]。

注意事项：新色谱柱更换后，建议做老化处理，去除色谱柱中的O2及水汽。更换色谱柱时，注意新色谱柱的各项参数与老色谱柱一致，建议根据备件号购买原厂的色谱柱。

2.5.3 柱平衡的调节

色谱分析时，为了保证阀切换时气流实现无扰动，对柱平衡进行调节是色谱分析重复性及精度的保证。色谱仪使用较长时间后，由于各种原因造成的各段气路阻力的变化，从而造成各切换阀动作时气路的平衡发生偏移，为此对其进行调节是非常必要的。调节主要根据厂家提供的数据单进行，其主要宗旨是阀动作时确保气流仍然按给定的流量继续流动而不受干扰[5]。

注意事项：分析器中任何原器件更换或调节后，比如：更换色谱柱、柱切阀的维修等，建议重新进行柱平衡调节。在对反吹流量的调节时，针对针阀的调节动作要缓慢，否则可能造成针阀的调节针损伤，从而造成流量调节作用丧失。

2.5.4 甲烷化器的检修

对于测量微量CO、CO2的色谱，通常使用甲烷化器将CO、CO2转化为CH4，然后使用FID进行检测。色谱仪甲烷化器使用较长时间后，分析转化率会降低或失效。镍（Ni）催化剂降低或失效后，反应在分析产品气或分析标准气时CH4出峰好，而CO、CO2出峰小甚至不出峰，利用检修期间对其进行活化是非常必要的，对其的活化通常升高甲烷化器的温度到450℃左右，通入纯H24h～8h，然后恢复到甲烷化器的正常工作温度。

注意事项：由于甲烷化器使用镍触媒，正常工作在300℃左右的温度下，通过加氢反应将CO、CO2转化为CH4，少量的硫化物会使镍催化剂中毒失效，难以再生。低浓度的乙炔（C2H2）、乙烯（C2H4）会使催化剂退化，因此色谱实际分析时要确保乙炔、乙烯及时反吹，不要进入到甲烷化器中。

2.5.5 FID的检修

不易挥发的重组份进入FID，或者其它各种原因造成喷嘴或收集积炭或结焦现象，从而影响FID的测量。当上述现象不严重时，可拆卸检测器的阻火器对检测器注入无水乙醇进行浸泡清洗，同时拆卸进FID入口的接头，用烧杯接清洗后的溶液。当此方法不能解决时，需对FID解体进行清洗[6]。

注意事项：对柱箱中的所有接头的拆卸需降温后进行拆卸，否则将造成接头密封不严，或损坏丝扣现象，且所有接头拆卸后需进行试漏工作。

2.6 电子处理控制单元的检修

这部分是色谱仪的控制核心，主要控制采样阀及柱切阀的动作，控制恒温炉或程序炉的温度，处理检测器信号，掌握压力控制和调节，以及电源系统与DCS和PC机通信等，通常仅仅进行外观检查，连接或插接是否有松动及吹灰工作。

2.6.1 程序备份

色谱停机前将所有色谱的程序进行一次完整的备份，色谱走工艺气时的谱图和最后一次的校验谱图最好也保留一份。如没有电子的文档，需保留纸质的谱图。

2.6.2 停机步骤

对于TCD检测器色谱，先降炉温，用载气继续吹扫至室温后，再停载气，然后断电；对于FID检测气，先熄火，再降炉温，如检测器有单独温控进行降温，用载气继续吹扫至室温后，然后断电；对于有甲烷化器的色谱，先降控制温度，用载气继续吹扫至室温后，然后断电。

注意事项：使用EPC电子调压的色谱停机时，先降炉温，然后断电。因为直接断电，EPC断电载气将被切断。由于炉温降温需一段时间，避免氧气在高温时串入色谱柱，FID检测器如直接断电可能造成检测器积液，开机时检测器本底过高，影响开工。如果载气使用机械调压，可断电后继续使用载气吹扫，但可降低流量。

2.6.3 校验

校验是色谱检修中的一个重要环节，校验周期通常建议每季度执行一次。重要关键检测点，根据实际情况对校验周期进行调整。校验不仅仅是调节分析示值与标气一致，重点要观察色谱峰的分离情况，尤其与厂家提供的出厂谱图进行比对，观察峰的分离程度，有条件最好将色谱历年的校验谱图也进行比对。这样可判断色谱柱的柱效情况，判断色谱柱是否更换，同时，如果校验时色谱各个参数有较大更改或变化时，要做好记录，要分析其可能原因。

注意事项：①校验时放置较长时间的气体应对气瓶进行摇晃，使气体混合均匀。一些易液化的气体，采用蒸汽加热或用热水热浴；②色谱的校验，建议在分析器检修后进行，比如调柱平衡，更换色谱柱等。

2.7 其它

停工检修时，装置都要进行吹扫，包括仪表管路。因在线分析仪表的取样管线较细，不建议随装置吹扫，而是关闭取样阀，使用仪表风对取样管线整体进行吹扫，对于一些特殊介质，比如苯乙烯（C8H8）见氧自聚，建议使用N2对管路进行吹扫。

注意事项：色谱检修是一个综合性的工作，有条件最好给每个色谱建一个档案，包括色谱每次校验谱图，更换备件情况等，方便以后对色谱的维护及故障处理。

3 结束语

以上对在线气相色谱仪的检修进行了综合叙述，对于各个配件的检修建议提前订购检修所需材料。为了节约成本，许多原器件可咨询厂家其都有维修包，比如汽化减压阀、安全泄压阀、过滤器等检修中，主要更换密封备件即可。实际检修中如何科学地组织实施，不仅仅需要技术还需要管理等多方面的因素，尤其是当色谱较多时，如何合理安排人员，安排检修任务等，应根据实际的装置停工检修时间，各厂实际的现实状况来确定，这样才能有效地对色谱进行最优化的检修。