李挺

聚乙烯裝置中微量氧分析儀的應(yīng)用

李挺

（中海油惠州石化有限公司，廣東 惠州 516000）

乙烯的氧化反應(yīng)是聚乙烯裝置在使用過(guò)程中的一項(xiàng)重要難題。為了徹底解決這一難題，現(xiàn)階段在乙烯裝置單元中常常使用在線(xiàn)微量氧分析儀來(lái)對(duì)乙烯的氧化反應(yīng)進(jìn)行控制。在線(xiàn)微量氧分析儀可以對(duì)氮?dú)庖约耙蚁┊?dāng)中的氧氣積分?jǐn)?shù)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控，從而保障聚乙烯裝置內(nèi)的乙烯始終處于平穩(wěn)狀態(tài)下。對(duì)微量氧分析儀的工作機(jī)理和構(gòu)成要素進(jìn)行了充分、詳細(xì)的介紹，并將研究的重心放在非耗盡型電化學(xué)式微量氧分析儀在聚乙烯裝置當(dāng)中的應(yīng)用上。對(duì)于其在相關(guān)采樣當(dāng)中的預(yù)處理工作和傳感器在操作過(guò)程中的一些問(wèn)題，列舉了相應(yīng)的解決措施，旨在最大限度地避免聚乙烯裝置中乙烯的氧化反應(yīng)造成的不良影響，提升聚乙烯裝置的運(yùn)轉(zhuǎn)穩(wěn)定性。

聚乙烯裝置；微量氧分析儀；氣相法流化床反應(yīng)技術(shù)；傳感器

現(xiàn)階段，從大環(huán)境上來(lái)看，我國(guó)的聚乙烯裝置多半都是使用氣相法流化床反應(yīng)技術(shù)來(lái)進(jìn)行相關(guān)運(yùn)作的。這種技術(shù)對(duì)聚合反應(yīng)原料有著較高的要求，其中，乙烯作為最基礎(chǔ)的反應(yīng)原料，必須充分確保其質(zhì)量，因此，在進(jìn)入反應(yīng)器之前，要嚴(yán)格杜絕乙烯氧化現(xiàn)象的發(fā)生，通過(guò)在線(xiàn)微量氧分析儀，可以對(duì)乙烯當(dāng)中的氧體積分?jǐn)?shù)進(jìn)行全方位實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)。一般而言，我國(guó)的PE裝置大多都采用非耗盡型電化學(xué)微量分析儀，這種分析儀操作和維護(hù)工作相對(duì)較為便捷，不需要像耗盡型微燃料電池一樣對(duì)傳感器進(jìn)行標(biāo)定以及更換。但這種傳感器的承壓能力相對(duì)較弱，一旦壓力過(guò)大，就會(huì)對(duì)傳感器造成實(shí)質(zhì)性的破壞，因此，如何應(yīng)用好這種非耗盡型電化學(xué)微量分析儀，是相關(guān)工作人員所要重視的一項(xiàng)問(wèn)題。以ABB公司的微量氧裝置為例，對(duì)微量氧分析儀的應(yīng)用狀況作出了相應(yīng)分析。

1 微量氧分析儀的構(gòu)成要素和工作機(jī)理

按照結(jié)構(gòu)來(lái)看，我們可以將微量氧分析儀的構(gòu)成分為3個(gè)部分，分別為傳感器、采樣及預(yù)處理系統(tǒng)和分析儀主機(jī)。傳感器的工作原理是使用非耗盡型電化學(xué)技術(shù)，通過(guò)介質(zhì)進(jìn)入到傳感器當(dāng)中，這樣介質(zhì)中的氧分子就可以利用擴(kuò)散膜進(jìn)入到傳感器的陰極當(dāng)中。氧分子在負(fù)極當(dāng)中經(jīng)過(guò)電解液的電解處理，得到了4個(gè)電子變成OH-，與此同時(shí)，OH-在電解液當(dāng)中就會(huì)被成功吸附到陽(yáng)極當(dāng)中，在陽(yáng)極當(dāng)中所釋放出的4個(gè)電子又轉(zhuǎn)化為了氧分子和水。從整個(gè)過(guò)程中我們可以看出，整個(gè)運(yùn)轉(zhuǎn)過(guò)程只是一種電子的遷移現(xiàn)象，并沒(méi)有發(fā)生組分的消耗現(xiàn)象。依照庫(kù)倫定律，電子遷移的數(shù)量與電流的大小成正比，電流的大小又與氧體積分?jǐn)?shù)成正比。非耗盡型電化學(xué)傳感器與傳統(tǒng)的耗盡型電化學(xué)傳感器不同的是，這種傳感器的使用壽命很長(zhǎng)，在工作當(dāng)中不消耗電解液以及輸出正極。如果電解液因自然揮發(fā)而減少，則可以加入蒸餾水代替。在采樣及預(yù)處理系統(tǒng)中，在探頭的選擇上可以使用在線(xiàn)插撥式的探頭，同時(shí)，在取樣管線(xiàn)的選擇上首選電伴熱管纜。采樣預(yù)處理系統(tǒng)的主要作用是完成對(duì)整個(gè)微量氧分析儀進(jìn)行相應(yīng)的減壓、過(guò)濾以及流量控制的處理工作。從而保證傳感器在合理的工作條件下達(dá)到100%的精確程度，最大限度地延長(zhǎng)使用壽命。

采樣及預(yù)處理系統(tǒng)的具體結(jié)構(gòu)如圖1所示。

圖1 采樣及預(yù)處理系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖

根據(jù)圖1我們可以得知，工藝介質(zhì)在流經(jīng)取樣探針以及取樣管線(xiàn)之后直接進(jìn)入預(yù)處理箱當(dāng)中，預(yù)處理箱還要經(jīng)過(guò)針閥，之后流經(jīng)過(guò)濾器、減壓閥以及針閥過(guò)后才能夠到達(dá)氧傳感器當(dāng)中。在氧傳感器當(dāng)中處理完畢后，還需要經(jīng)過(guò)壓力表以及流量計(jì)的檢測(cè)，之后排入到低壓火炬當(dāng)中。因?yàn)樵谖⒘垦醴治鰞x當(dāng)中氧傳感器的最大工作壓力在34 kPa左右，因此，在整個(gè)預(yù)處理系統(tǒng)當(dāng)中增加1個(gè)安全釋放閥可以在最大限度上保護(hù)氧傳感器不因壓力過(guò)大而損壞。

氧分析儀主機(jī)最多能夠連接6個(gè)傳感器和6個(gè)水傳感器，供電電壓為220 V，平均一個(gè)通道客戶(hù)以輸出2路4～20 mA的信號(hào)到DCS當(dāng)中，氧傳感器與主機(jī)之間是通過(guò)4芯屏蔽的電纜進(jìn)行連接的。

2 PE裝置在微量氧分析儀當(dāng)中的運(yùn)用

2.1 儀表的應(yīng)用情況

PE裝置在微量氧分析儀當(dāng)中的主要作用就是測(cè)量N2和C2H4的情況，具體是指二者脫氧前及脫氧后的氧體積分?jǐn)?shù)。一般而言，工藝上的要求是原料精制過(guò)后各種進(jìn)料的雜質(zhì)與體積需要被脫除到1×10-7之下。這樣能夠充分避免反應(yīng)器內(nèi)的雜質(zhì)與催化劑活性中心之間產(chǎn)生反應(yīng)或配位現(xiàn)象，進(jìn)而造成催化劑的活性降低或改性。同時(shí)，精制系統(tǒng)當(dāng)中的原料雜質(zhì)脫除程度需要滿(mǎn)足催化劑的性能要求。在精制脫氧完成之后，其中的氧體積分?jǐn)?shù)必須要低于1×10-6，如果高于此項(xiàng)標(biāo)準(zhǔn)，毒化催化劑會(huì)影響樹(shù)脂的熔融指數(shù)和密度，嚴(yán)重時(shí)可能會(huì)導(dǎo)致爆炸。為了預(yù)防此風(fēng)險(xiǎn)，在精制系統(tǒng)當(dāng)中都設(shè)置了專(zhuān)門(mén)的脫氧裝置。氧體積分?jǐn)?shù)的變動(dòng)直接影響了脫氧工作的效率，同時(shí)，對(duì)下個(gè)階段所發(fā)生的聚合反應(yīng)和整個(gè)工藝的安全狀況都有著密切的關(guān)系，因此，儀表的使用是整個(gè)脫氧工作的根本保障。

2.2 相關(guān)的優(yōu)化方案

如果想保證微量氧分析儀的測(cè)量精確度和穩(wěn)定性，預(yù)處理系統(tǒng)的設(shè)計(jì)就顯得尤為關(guān)鍵。預(yù)處理系統(tǒng)的優(yōu)化成果對(duì)微量氧分析儀的使用效果會(huì)產(chǎn)生很大的影響。因此，在使用過(guò)程中，當(dāng)遇到問(wèn)題時(shí)，要根據(jù)問(wèn)題的類(lèi)型及時(shí)處理，有的放矢，最大限度地保證預(yù)處理系統(tǒng)的穩(wěn)定、安全運(yùn)行。在生產(chǎn)過(guò)程中所遇到的相關(guān)問(wèn)題和具體的優(yōu)化措施主要有以下幾個(gè)方面。

2.2.1 過(guò)壓損壞傳感器

這種問(wèn)題是生產(chǎn)過(guò)程中出現(xiàn)最為頻繁的一種問(wèn)題。基于以上內(nèi)容，傳感器的最大工作壓力不能超過(guò)34 kPa，過(guò)壓損壞傳感器的情況主要有2種，即壓力過(guò)大損壞傳感器、背壓太高損壞傳感器。針對(duì)這2種問(wèn)題，我們可以在樣氣的入口處設(shè)置1個(gè)加熱減壓閥來(lái)代替普通的減壓閥，這樣就能夠杜絕由于減壓吸熱所產(chǎn)生的冷凝現(xiàn)象。

2.2.2 過(guò)溫?fù)p壞傳感器

傳感器的工作溫度最高不能超過(guò)49 ℃，如果溫度過(guò)高，則會(huì)對(duì)傳感器造成一定的損害，這樣對(duì)于取樣管線(xiàn)的伴熱溫度標(biāo)準(zhǔn)也就需要相應(yīng)提升。我們?cè)谶x擇伴熱時(shí)，要使用帶有溫控設(shè)備的電加熱器，并要嚴(yán)格控制最高溫度，使最高溫度維持在49 ℃之下。另外，在伴熱工作中要杜絕使用蒸汽伴熱的方式來(lái)進(jìn)行，因?yàn)檎羝闊岬臏囟却嬖跇O大的不穩(wěn)定性，一旦出現(xiàn)溫度過(guò)高的情況，則會(huì)對(duì)傳感器造成實(shí)質(zhì)性的損害，因此，蒸汽伴熱的方式要嚴(yán)令禁止。

2.2.3 傳感器的響應(yīng)速度變慢

這項(xiàng)問(wèn)題的原因是大量的顆粒物進(jìn)入了傳感器的滲透膜當(dāng)中，導(dǎo)致傳感器的響應(yīng)速度變慢甚至發(fā)生無(wú)響應(yīng)狀況。對(duì)于這項(xiàng)問(wèn)題，我們可以通過(guò)加裝帶旁路的自清洗式過(guò)濾器的方式來(lái)解決。經(jīng)過(guò)實(shí)踐表明，該種方式可以有效地提升整體過(guò)濾效率，最大限度地避免傳感器被污染。

2.2.4 傳感器的測(cè)量誤差大

傳感器的工作電壓在1.3 V左右，一旦工作電壓存在較大的偏差的話(huà)，則傳感器的測(cè)量就會(huì)出現(xiàn)誤差。關(guān)于這項(xiàng)問(wèn)題，我們可以通過(guò)測(cè)量傳感工作電壓的方式來(lái)解決，在檢測(cè)過(guò)程中，如果傳感器的工作電壓在1.1 V之下，則需要重新更換傳感器電纜。

3 結(jié)束語(yǔ)

在線(xiàn)微量氧分析儀的使用可以解決聚乙烯裝置中乙烯氧化的問(wèn)題，這是化學(xué)工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程中一項(xiàng)重要的技術(shù)設(shè)備。其中，預(yù)處理系統(tǒng)的優(yōu)化是保證整個(gè)聚乙烯裝置能夠平穩(wěn)運(yùn)行的關(guān)鍵。在生產(chǎn)過(guò)程中，氧分析儀具有非常完美的特性和極強(qiáng)的實(shí)踐意義，但是作為一個(gè)高精度儀表，其對(duì)工作環(huán)境的要求也十分高，稍有不慎就會(huì)造成問(wèn)題的發(fā)生。筆者結(jié)合實(shí)際情況，對(duì)預(yù)處理系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)以及可能出現(xiàn)的一些問(wèn)題進(jìn)行了細(xì)致分析，并提出了具體的解決對(duì)策，望相關(guān)部門(mén)及工作人員能夠充分借鑒，并有效應(yīng)用。

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［2］梁戈.國(guó)產(chǎn)選擇性加氫脫炔催化劑在氣相法聚乙烯裝置上的應(yīng)用［J］.化學(xué)工程與裝備，2015（04）：45-47.

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〔編輯：張思楠〕

2095－6835（2018）19－0156－02

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