王國興

(中國石化勝利油田分公司石油化工總廠,山東東營257000)

空分裝置液氧中碳氫化合物的檢測

王國興

(中國石化勝利油田分公司石油化工總廠,山東東營257000)

把空氣中的主要成分與少量的雜質進行分離就可以得到氧氣、氮氣和氬氣等,一些組分在低溫時會凍結,給生產帶來極大的安全隱患,特別是液氧中的碳氫化合物組分,經過一段時間的積累,在達到某一臨界值后,會引起空氣分離裝置的爆炸,因此做好日常檢測尤為重要。本文簡要介紹了空分生產中安全控制指標要求,并提出了色譜檢測的方法,對指導實際生產具有重要意義。

空分;液氧;碳氫化合物;氣相色譜法;檢測

1 空氣中有害雜質及控制指標

空氣中的有害雜質很多,對空分生產設備安全具有危險性的有害雜質主要包括:(1)有堵塞組分:水分、二氧化碳、一氧化二氮;(2)有可燃性組分:甲烷、乙炔、乙烯、乙烷、丙烯、丙烷、其他碳氫化合物、氮的氧化物、臭氧;(3)有腐蝕性氣體組分:二氧化硫、三氧化硫、硫化氫、氯氣、氨、其他硫化物、其他氯化物等[1]。

在空氣分離過程中,碳氫化合物隨著空氣液化進入下塔液化空氣中,然后又隨著液化空氣進入上塔,最后聚集在液氧中,碳氫化合物聚集在液氧中,容易引起裝置爆炸,所以要對液氧中的碳氫化合物含量進行控制。具體控制指標見表1。

表1 液氧中碳氫化合物控制指標

2 液氧中乙炔、碳氫化合物

為安全起見,空分設備在生產過程中,要求對液氧中碳氫化合物的含量進行監(jiān)測。其中,乙炔的危害性最大,要求單獨測定。同時要檢測碳氫化合物的總含量。

乙炔是一種不飽和的碳氫化合物,具有高度的化學活性,性質極不穩(wěn)定,固態(tài)乙炔在無氧的情況下也可能發(fā)生爆炸,分解出碳和氫,并放出熱量。如果乙炔在分解時存在氧氣,則生成的碳和氫又與氧化合,發(fā)生氧化反應并進一步放出熱量,從而加劇了爆炸的威力。

液氧中除乙炔外,還有甲烷、乙烷、丙烷、乙烯、丙烯等其他碳氫化合物。這些物質均是可燃物質,有時雖然乙炔含量沒有超標,但如果碳氫化合物含量超過一定限度,也有產生爆炸的危險,因此,要求這些碳氫化合物的總量必須控制在允許范圍以內。

要減少碳氫化合物的危害,就要做到空分裝置吸入的空氣純凈,盡量遠離碳氫化合物、氮氧化物等有害雜質發(fā)生源;對吸入的空氣進行吸附過濾。分子篩不僅能夠吸附清除空氣中的水分、二氧化碳和乙炔,還能吸附碳氫化合物,以盡可能減少液氧中碳氫化合物的含量。

3 液氧中碳氫化合物分析取樣辦法

空分裝置的液氧取樣一般分手工取樣和管道取樣。由于液氧樣品中各烴類組分的沸點相差較大,如取樣過程中各組分不能同步汽化,會造成分析數(shù)據(jù)失準或波動,所以要求液氧取樣盡量保證各烴類同步汽化。另外,取樣樣品應具有代表性,以確保分析數(shù)據(jù)準確。表2是液氧及常見烴類組分的沸點。

表2 液氧及常見烴類組分沸點

(1)手動取液氧分析。打開液氧取樣閥門,充分置換取樣管道;將取樣保溫杯用液氧樣品置換多次,接滿液氧樣品,將專用取樣量筒(2 mL)浸入液氧中;再將取樣器用液氧沖洗數(shù)次;將充滿液氧的小量筒放入專用取樣器中,快速旋上蓋子,保證氣密良好;待取樣器達到常溫后即可送至色譜分析。

(2)管道取液氧分析[2]。主冷液氧經過汽化罐后,由管線直接引入分析室?；蛘呓浥酝ǚ至骱?再由管線引入分析室。

4 液氧中乙炔和碳氫化合物的檢測

對液氧中的乙炔和碳氫化合物的總含量的測定,可以采用以下方法:

(1)使用帶氫焰檢測器的總烴氣體分析儀,進行在線連續(xù)檢測。

(2)用帶氫焰檢測的氣相色譜儀,進行非連續(xù)取樣測定液氧中各類烴的含量。

4.1 在線分析液氧中總碳氫含量

分析儀器選用美國Rosemount 400A型分析儀,它是帶氫焰檢測器的總烴分析儀。利用燃燒離子化作用的測定方法進行檢測,傳感器是一個燃燒器,在燃燒期間,試樣中的碳氫化合物組分發(fā)生了復雜的電離作用,產生了電子和正離子。電離作用形成的電流跟進入燃燒室的碳原子速度成正比,這樣可以根據(jù)電流測定碳氫化合物在試樣中的濃度。

操作條件:空氣壓力15 psig,混合氫氣壓力25 psig,樣品取樣壓力4 psig。

液氧中的碳氫化合物的組分較多,甲烷約占80%～90%,因此,測定碳氫化合物的總含量的方法是將它們加氫轉化成甲烷后測定甲烷的含量[3]。

總烴分析儀穩(wěn)定運行表明,測量上塔液氧中總碳氫含量與色譜儀分析結果相當。

4.2 氣相色譜儀分析

所用儀器為GC-17A氣相色譜儀。色譜柱:毛細管柱,長30 m,內徑0.53 mm不銹鋼柱。溫度:柱溫為80℃,檢測器溫度為120℃,進樣溫度90℃。柱前壓:0.09 MPa。

將液氧進氣閥打開,吹掃一段時間,采用六通閥自動進樣(圖1),切換電磁閥自動實現(xiàn)大氣平衡。采用GLASS-10色譜工作站,經過數(shù)據(jù)分析處理,直接將分析結果打印出來。

圖1 采樣閥流程圖

通過對某一未知氣體測定,得出其保留時間如表3所示,已知某些純氣的保留時間如表4所示。

表3 未知氣體保留時間

表4 純氣保留時間

由表3與表4比對可知,1#峰為CH4;2#峰為C2H6;3#峰為C2H4;4#峰為C3H8;5#峰為C3H6; 6#峰為C2H2。

應用氣相色譜儀在與分析液氧樣品相同的操作條件下,進標準氣體樣品,通過分析報告的譜圖測出標氣中被測組分Ⅰ的峰面積,根據(jù)標氣中被測組分Ⅰ的峰面積可以算出被測組分Ⅰ的校正因子[4]:

式中,FI為標氣中被測組分Ⅰ的校正因子;CI為標氣中被測組分Ⅰ的體積百分含量;K為被測組分Ⅰ的放大倍數(shù);SI為標氣中被測組分Ⅰ的峰面積。

本單位空分裝置自2004年投用色譜儀GC-17A后,不但監(jiān)測液氧中乙炔和碳氫化合物含量,同時也分析原料空氣中碳氫化合物含量,為空分安全生產提供了可靠數(shù)據(jù),隨著周圍石油化工企業(yè)數(shù)量增加,大氣質量不斷惡化,因此加強空氣氣源和液氧的監(jiān)控顯得更加迫切,一旦發(fā)現(xiàn)監(jiān)測超標,工藝就要采取相應的措施,根據(jù)實際情況增加液氧排放頻次,確保空分裝置運行安全。

5 結 論

本方法可以用于大型空分在線及實驗室分析液氧中碳氫化合物含量,為空分安全生產提供分析數(shù)據(jù)。

[1] 陳允愷.小型空氣分離設備基本知識[M].北京:機械工業(yè)出版社,1993:142-144.

[2] 金鑫榮.氣相色譜法[M].北京:高等教育出版社,1987:25.

[3] 羅斯蒙特分析儀器公司.ROSEMOUNT 400A型分析儀使用手冊[Z].2002:18.

[4] 島津制作所.GC-17A色譜儀使用說明書[Z].2003:56-57.

[責任編輯] 時鳳霞

TQ116.02

A

1673-5935(2011)01-0018-03

2011-01-04

王國興(1975-),男,山東博興人,中國石化勝利油田分公司石油化工總廠工程師,主要從事空分生產管理研究。