智能全馏程和倾点在线分析仪的应用研究
作者
摘要：介绍了智能全馏程和倾点在线分析仪的分析原理，在延长石油集团榆林炼油厂常压装置馏出口汽油和柴油上的应用情况，对投用前后的数据进行了比较分析，使用结果达到了预期目标，并对装置油品质量分析在线化提出了进一步的建议。
关键词：在线分析仪；全馏程；倾点；常压装置
中图分类号：TB 文献标识码：A 文章编号：1672-3198(2011)04-0273-03
1、前 言
近几年来，随着市场对油品需求量的不断加大、国家对油品质量的要求不断提高，国际化竞争日益激烈，各石油化工企业及炼厂都面临着巨大的竞争压力。为了求生存和发展，石化企业一方面采用先进的控制系统，来降低成本；一方面紛纷扩建增加生产规模以满足其不断发展的需要。在此过程中，在线分析仪表越来越显示出其在优化生产操作、稳定产品质量、降低劳动强度、提高经济效益和推进技术进步等方面的重要作用。应用在线分析仪进行质量监控已经成为炼油化工现代化的标志之一。
为了提高装置馏出口产品质量的合格率，提高产品质量，方便生产工艺人员对工艺参数的及时调整，减少人工化验分析的频次。我公司于2008年7月份在常压蒸馏装置投用了通力分析自控技术有限公司生产的《IDA_011型智能全馏程在线分析仪》和《IPP_02C型智能倾点在线分析仪》，用于该装置的汽油和柴油馏出口管线上。分析仪2008年7月下旬开始安装，8月初投入运行，随后对该分析仪进行了为期两周的仪表运行数据与人工化验分析数据的对比校验。通过与人工分析值的对比，分析仪的实际分析数据与人工分析值之间的误差达到了对该分析仪的测量要求。从十月份开始相关部门逐步减少了对该油样每天的人工采样分析，到目前为止，该分析仪已连续运行近两年，工艺和使用维护人员对其都较为满意。以下，就有关该方面的情况作一简要的介绍。
2、全馏程分析仪原理及性能特点
2.1工作原理
来自工艺管线快速回路采样管的被测样品。进入多功能样品预处理系统处理后，在嵌入式微处理机的控制下，通过特别设计的定量组件被精确定量注入分馏器。之后微处理机启动加热程序，按特定的控制算法和测量等反馈机制，通过专用加热器对分馏器中的被测油品进行分馏加热控制。同时，对加热分馏全过程中的温度、压力和馏出速度等参数实时检测跟踪，并显示分析过程中的工作状况和相关提示信息。分馏过程结束后，微处理机将检测结果，根据用户的实际需要事先任意所选取的测量点。如(初馏点、10％、50％、90％、95％、终馏点)经数据统计处理后在分析仪彩色液晶上显示，并通过RS485通讯接口传至装置DCS控制系统。一个分析周期完成后，重新开始对分馏器进行冷却和冲洗，进入下一周期的循环分析过程。系统配置有样品回收系统，将分析后的油样经回收系统泵入工艺回样管路或废油罐。
2.2性能特点
该分析仪采用与人工化验分析过程GB3836.3标准相吻合的测量分析方法，通过一系列特殊的手段和方法，使其能够满足工艺现场的运行条件，该分析仪技术特点如下：
·采用嵌入式多CPU为内核，结合温度压力流速等为反馈控制参量，配合一体化的分馏加热系统构成智能化测控单元。
·可根据生产需求，自由选择任意百分点及其百分点个数分馏温度的测量(如：初馏点、10％、50％、90％、95％、干点)。
·具备故障自诊断处理和提示功能。在断油、断水、停气和油压、水压、气压过高或者偏低等状况下，分析仪自动中止当前工作进入待机提示状态。避免人员不在现场的情况下，因工艺条件的突然变化而引起事故的发生。
·彩色液晶显示实时分析数据和当前工作状态，并可通过分析仪所带RS485通讯接口与操作室DCS进行通讯。
·关键部件全部进口，进样环节无机械可动部件，分析组件等全部由不锈钢材料构成。
·特殊设计的样品预处理系统能够保证在含杂含水较严重油品的稳定测量。对于特殊工艺条件如重油催化裂化等如深度加工装置所产：粗汽油、轻柴油和重柴油等有很好的适应性。
2.3主要技术指标
·量精度：符合国家标准GB3836.3标准对准确度的要求。
·重复性：±2℃。
·输出信号：RS232/RS485(MOBUS协议)、4-20mADC。
·测量范围：汽油：0-250℃；柴油：0-410℃。
·分析周期：20-30分钟。
·外形尺寸：1010 X 700 X 1600 mm。
·防爆标志：ExdⅡBT4。
3、倾点工作原理及性能特点
3.1工作原理
使用一体化传感器检测油品的倾点，根据振幅与粘滞阻力有关的性质设计而成的。一体化倾点传感器的探测部分放置在可冷却的环境中，其中充满被测液体，当传感器通入电流时，探测敏感部分会发生位移，检测部分感应出与位移成正比的信号，在充满液体的容器中，当液体温度升高时，液体粘滞阻力减小，检测敏感信号增大。当液体温度下降时，液体粘滞阻力增大，检测敏感信号减小。
分析过程为周期性工作方式，即：传感器检测部分放置在半导体致冷器冷端，被测液体与三通电磁阀和传感器内腔构成液体流路结构，在微处理器的控制下，首先三通电磁阀打开，带压液体进入分析腔，微处理器自动调整传感器激励端的有关电参数，使传感器处于最佳工作状态，这时电磁阀关断，油样旁路流通，半导体致冷器开始致冷，随着液体温度的降低，液体粘滞阻力增大，传感器的感应信号逐渐减小，当信号减小到设定的下限值时，此时的液体温度即为倾点值。这时致冷器停止致冷，电磁阀打开进油，进入第二个周期。就这样周而复始地进行。下限值的确定与样品的倾点有关，样品的倾点可由标准方法(GB510-88)获得，根据化验结果调整下限值(检测电压)，使分析仪的结果与化验重合，达到连续的周期性的检测液体倾点的目的。其工作原理可用图1说明。
3.2性能特点
·采用振动式测量方法，测量元件至于采样密闭的快速回路之中，被分析后式样直接回采样线低压管线，不需要样品回收系统。
·检测结果与国标石油产品馏程定法GB3535-83.GB510-83相对应。
·特制的低阻半导体致冷组件，效率高，温差大，故障率低。
·专用的恒压、高效开关电源加之智能型功率管理控制模块，保证了半导体致冷器长期安全可靠地工作。
·友好简单的人机对话方式，现场图形液晶中文显示，不用开盖即可对所有的参数进行修改；信号输出4-20mA，DC和RS-485通讯接口，可方便地与记录仪和DCS连接。
·可方便地组成产品质量闭环控制系统，极大地提高经济效益。
3.3主要技术指标
·准确度：≤±1℃；符合国家标准GB3535-83、GB510-88、标准对准确度的要求。
·重复性：≤±1℃。
·稳定性：≤1℃/kh
·典型量程：-30℃-＋20℃。
·周期：2-12min；响应时间为一个周期。
·输出信号：4-20mADC，有保持功能，RS-485通讯接口。
·防爆标志：ExdⅡBT4。
4、全馏程和倾点分析仪工作条件
·供电：主机：220V±10％V、50Hz、1000W。
·供水：普通生活用水或循环水，无明显杂质。
·供风：干燥仪表风，压力大于0.2MPa。
·油样：压力0.2-0.6MPa，无明显机械杂质。
采样线应有拌热保温措施，保证油样不被冻结。
·安装场所：空气流通的室内或质量仪表小屋。
陕西延长石油(集团)有限公司榆林炼油厂常压装置汽油全馏程和柴油倾点在线分析系统工艺流程示意图：
5、分析仪测量数据与化验室分析数据对比
两台分析仪表2008年7月开始在常压装置汽油和柴油线安装，8月验收合格，9月投入正常运行。以下为两台在线分析仪与人工化验分析的部分对比数据(鉴于文章篇幅的限制以下仅给出连续一周左右分析对比数据)：
从以上对比数据可知，分析仪表所测的数据与人工化验分析数据之间的偏差，大多数情况下，全馏程≤±2℃，倾点≤±1℃；个别情况下全馏程≤±3℃，倾点≤±2℃。
由于在线分析长期工作在现场，其被分析油样的含水含杂等都较为突出，这对在线分析仪表数据会产生一定的影响，再加上人工化验分析由于采样过程的损耗和采样时间的不同步性，以及不同化验人员分析过程中操作手法的差别，也会产生一定程度的偏差。如果在线分析仪与人工化验分析对比数据能够长期保持上述表中的偏差范围(有时甚至再宽一些)，我们认为已达到理想。
6、实际应用和效果分析
通过近两年的使用，两台分析仪运行一直较为平稳，从以上在操作室DCS上显示的数据曲线和与人工分析的数据对比表格我们可看出，分析仪所分析测量的数据从静态和动态两个方面都能够较好地反映出装置汽油和柴油馏出口线的全馏程及干点和倾点质量数据的变化情况，这对工艺操作人员及时合理地调整工艺参数，保证质量参数的合格，稳定优化工艺过程无疑会起到十分积极的作用。
另外，由于分析仪投用后就基本上减少或停止了该项指标正常的人工分析，这样也减轻了化验室人工分析的工作量，而且提高了质量分析效率，通过厂内的计算机网即可随时观察了解当前及此前该参数的变化情况，这对提高我厂信息化水平和技术进步起到了很好的促进作用。
投用在线分析仪后，由于分析数据实时性强，精确性高，因此，可以实现卡边操作，有目的地提高市场需求旺盛、附加值高的主导产品的收率，可减少富余质量，降低装置的能耗。在线分析仪的使用，可使我厂从如下两方面获得现实的经济效益：(1)正常生产过程在线仪表代替人工分析化验节约出的费用。(2)充分利用干点和倾点分析数据，根据不同季节，进行边缘操作法提高轻质油收率增加效益。
7、结 语
由于在线分析设备直接装于条件较为恶劣的生产现场，且一直处于运行状态之中，能否长期稳定可靠地运行是衡量该类设备的一项关键指标。据了解，国内不少炼厂过去投用的包括进口的此类在线分析设备，使用情况不很理想，有些甚至长期处于不正常或停用状态。我们应该从中吸取教训，从设备的选型上真正把好关，使用维护上加强技术力量的投入和培训，使这项工作在我厂在已经有了一个很好的开端的情况下，在今后进一步普及应用中做的更好。
另外，目前国内各兄弟炼厂正在积极实施生产装置DCS上的优化先进控制，这其中就包括馏出口的质量先进控制，通过这些先进控制手段，对装置分馏过程的组分进行合理的调配和切割，实现“质量卡边”操作，多生产高附加值组分，使企业获得了更大的经济效益。要实现这一目标，就势必需要在装置馏出口大量使用在线分析仪与之配合，方能够使所实施的优化先进控制算法发挥更大的作用。因此，我厂在线分析仪的应用工作还需进一步深化，为今后实施DCS先进优化控制创造条
作者 张探招 白雪莲