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(zhì)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(jié),給生產(chǎn)帶來極大的安全隱患,特別是液氧中的碳氫化合物組分,經(jīng)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(chǎn)中安全控制指標(biāo)要求,并提出了色譜檢測的方法,對指導(dǎo)實際生產(chǎn)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(zhì)及控制指標(biāo)

空氣中的有害雜質(zhì)很多,對空分生產(chǎn)設(shè)備安全具有危險性的有害雜質(zhì)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(biāo)見表1。

表1 液氧中碳氫化合物控制指標(biāo)

2 液氧中乙炔、碳氫化合物

為安全起見,空分設(shè)備在生產(chǎn)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(xué)活性,性質(zhì)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(yīng)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(zhì)均是可燃物質(zhì),有時雖然乙炔含量沒有超標(biāo),但如果碳氫化合物含量超過一定限度,也有產(chǎn)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(nèi)。

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(zhì)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(zhǔn)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(yīng)具有代表性,以確保分析數(shù)據(jù)準(zhǔn)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(jīng)過汽化罐后,由管線直接引入分析室?；蛘呓?jīng)旁通分流后,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(fù)雜的電離作用,產(chǎn)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(zhuǎn)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(jié)果相當(dāng)。

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(nèi)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(jīng)過數(shù)據(jù)分析處理,直接將分析結(jié)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(yīng)用氣相色譜儀在與分析液氧樣品相同的操作條件下,進標(biāo)準(zhǔn)氣體樣品,通過分析報告的譜圖測出標(biāo)氣中被測組分Ⅰ的峰面積,根據(jù)標(biāo)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(biāo)氣中被測組分Ⅰ的校正因子;CI為標(biāo)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(biāo)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(chǎn)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(zhì)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(biāo),工藝就要采取相應(yīng)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(jié) 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(chǎn)提供分析數(shù)據(jù)。

[1] 陳允愷.小型空氣分離設(shè)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(zé)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(chǎn)管理研究。