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油品質量過程分析
發布時間:2015-12-10


一、概述


  石油是人類社會經濟發展的重要物質基礎,是生產力飛躍的主要動力,被譽為“工業血液”。當前,石油化工技術正向專業化、煉化一體化方向發展,而石油煉制作為石化工業發展的龍頭,正積極發展清潔燃料、提高輕質油收率,不斷調整產品結構,提高產品質量,降低能耗,如清潔汽油、柴油生產的組合技術,航空煤油的加氫裂化技術,重油深度加工新技術,新型催化材料和煉油裝置的控制與優化技術,高檔潤滑油、全精石蠟生產技術,重交通道路瀝青生產技術等。


  對石油煉制過程產品質量的實時測量和控制一直是石油煉制行業追求的目標,長期以來,各煉廠對煉油裝置生產的產品質量指標極為重視,不斷投入大量的資金引進國外和國內相關廠商生產的在線油品質量分析儀器,對油品質量實行在線監控。尤其近年來,新技術的發展,及各生產裝置實施APC先進控制,對油品質量在線分析的需要更加迫切。實踐證明,在線分析儀越來越顯示出其在優化生產操作、穩定產品質量、降低勞動強度、提高經濟效益和推進技術進步等方面的重要作用。應用在線分析儀進行質量監控已經成為煉油化工現代化的標志之一。


二、必要性


  2.1.現狀分析


  早期的石化裝置,由于技術不夠先進,餾出口油品質量僅依靠4小時或8小時一次的人工化驗分析數據來調整工藝操作,較難保證產品質量始終處于理想的合格狀態,尤其是在工藝加工方案調整和更換原油品種時,其操作難度將進一步加大。


  目前生產裝置的APC控制,是應用在線質量分析儀,在保證餾出口油品質量合格的前提之下,通過在線質量測量和優化控制等手段,盡可能多地提高輕質油收率。對較輕質油品組分如烴類以及化工產品的在線油品質量分析,多采用色譜儀器,該類儀器主要以國外進口儀器為主,如德國西門子公司,瑞士ABB公司,日本恒河等。


  2.2.技術優勢


  2.2.1.色譜法


  色譜儀器的工作原理:由于不同物質在相對運動的兩相中具有不同分配系數,當這些物質隨流動而移動時,會在兩相之間進行反復多次分配,使原來分配系數只有微小差異的各組分得到很好的分離,依次將其送入檢測器測定,進而達到分離、分析各氣體組分的目的。在線色譜測量系統,主要工作過程如下:


  工藝氣體經取樣和預處理裝置變成潔凈、干燥的樣品連續流過定量管,取樣定量管中的樣品在載氣的攜帶下進入色譜柱系統。樣品中的各組分在色譜柱中進行分離,然后依次進入檢測器。檢測器將組分的濃度信號轉換成電信號,微弱的電信號經放大電路后進入數據處理部件,最后送到顯示器顯示,并以模擬或數字信號形式輸出。


  由于色譜儀的色譜柱具有高效的分離能力,把物質按保留時間大小進行分離,然后通過與標樣保留時間進行對比的方法確定物質性質,因此對未知樣品很難定性分析。樣品必須通過載氣的攜帶進入色譜柱,消耗載氣,且必須通過色譜柱分離,相對耗時。


  2.2.2.光聲光譜法


  光聲光譜法主要基于Beer-Lambert定律,氣體分子受特定波長的激光照射后,會吸收光子獲得能量,從基態激發到激發態,再通過振轉弛豫變換無輻射躍遷回到基態生成熱,引起周圍氣壓發生變化。對激光進行調制,使氣壓產生周期性變化形成聲波,檢測周期性變化的聲壓值,利用比爾-朗伯定律就可以計算出其氣體濃度值。


  光聲光譜技術是一種理想的無背景噪聲信號技術,具有較高靈敏度和良好選擇性。光聲光譜技術是監測物體吸收光能后產生的熱能中以聲壓形式表現出來的那部分能量,即使在弱吸收的情況下,吸收能也可被微音器檢測。與其它氣體檢測方法相比較,光聲光譜技術的主要優點是:長期穩定性好、靈敏度高;不消耗氣樣,如載氣、標氣;響應快、檢測時間短,便于現場檢測;適于多種氣體成分的檢測;系統結構簡單。


三、方案設計


41.png


  油品質量過程分析系統主要由六部分組成:1)樣品預處理系統;2)采樣控制;3)測量單元;4)光源溫度驅動控制;5)數據采集及處理;6)總控制系統。系統工作流程如下:


  1)總控制系統給采樣控制單元發出指令,控制泵將經樣品預處理系統處理后的樣氣抽入測量單元的氣體池中;


  2)總控制系統給光源溫度驅動控制發出指令,控制測量單元的光源發出光;


  3)氣體池中的樣氣吸收光源發出的光能量,產生光聲信號;


  4)微音器將光聲信號轉換成電信號,數據采集及處理單元對該信號進行處理;


  5)數據采集及處理單元將處理后的氣體濃度信號發送給總控制單元。


  3.1.樣品預處理系統


  對要進行分析的樣氣,首先進行油氣分離,達到良好的油氣分離效果后,再將樣氣進行常規氣體預處理,將樣氣中的顆粒物過濾掉,避免污染光聲池內腔及管路,同時保證大塵埃粒子不會損壞采樣泵,影響采樣泵的使用壽命。


  3.2.采樣控制


  采樣控制單元主要是執行總控制系統給出的指令,控制采樣泵的開啟、關閉,何時采集樣氣,采集幾次,一次采集多長時間。采樣控制單元還控制管路中的電磁閥的開啟、關閉。同時管路中安裝有壓力傳感器,可以對環境壓力的造成的波動進行補償。


  3.3.測量單元


  測量單元可放置三個光源,兩個進光口,則光聲池一端進光口放置一個光源,另一端進光口放置兩個光源,且這兩個光源的光束經合束機構合成一束光后進入光聲池。光聲池為全鍍金結構,與合束機構及其光源等光學系統形成一個相對獨立的空間,并對該空間進行恒溫控制,即可對環境溫度引起的波動進行補償。


  3.4.光源溫度驅動控制


  作為理想的電子—光子直接轉換器件,激光器具有很高的量子效率,微小的電流和溫度變化將導致輸出光功率的極大變化。激光器作為電流驅動型器件,高穩定度的驅動電流是輸出功率穩定的前提,同時激光器是對溫度很敏感的器件,環境溫度的波動將直接導致激光器的閾值電流和輸出功率發生變化,因此,激光器電流與溫度控制極其重要。


  3.5.數據采集及處理


  微音器將壓力波轉換成可識別的電信號。數據采集及處理系統將電信號進行采集后進行一系列的信號處理,并通過光譜定量分析模型計算出氣體濃度。


  3.6.總控制系統


  總控制系統相當于油品質量過程分析系統的大腦,指揮著各單元分時、分步工作,讓各單元協調有序的完成油品質量的氣體成分分析。


四、系統指標


  系統采用光聲光譜技術,可以測量絕大部分在紅外區有吸收現象的氣體,如苯系物、有機硫、烷烴、烯烴、芳烴等。油品質量過程分析系統擬測量氣體種類如下:甲烷、丙烷、正丁烷、正戊烷、異丁烷、異戊烷、乙烯、丙烯、丁二烯、甲醇、乙醇、苯、硫化氫、水、二氧化碳;氣體種類可根據工藝過程而定,且氣體測量種類可擴展。


序號

氣體

探測精度(ppb)

1

甲烷

206.18

2

丙烷

188.69

3

正丁烷

301.06

4

正戊烷

202.79

5

異丁烷

33.45

6

異戊烷

82.71

7

乙烯

6.58

8

丙烯

31.13

9

丁二烯

4.55

10

甲醇

7.97

11

乙醇

19.95

12

10.63

13

硫化氫

2093.66

14

二氧化碳

5327.44

15

650.38


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