馮衛(wèi)東，王 翔，禹華飛

（中國(guó)石油天然氣股份有限公司 獨(dú)山子石化公司 信息網(wǎng)絡(luò)公司，新疆維吾爾自治區(qū) 獨(dú)山子 833699）

0 引言

某石化公司歷來重視重要生產(chǎn)裝置在線分析儀的應(yīng)用工作。早在2003 年就引進(jìn)美國(guó)當(dāng)時(shí)技術(shù)最為先進(jìn)的核磁共振在線分析儀，并在重要催化裂化裝置投入應(yīng)用。后來，又一次性購(gòu)入國(guó)產(chǎn)6 臺(tái)全餾程在線分析儀和一臺(tái)傾點(diǎn)及一臺(tái)閃點(diǎn)共8 臺(tái)在線分析儀，分別用在：1000 萬(wàn)噸/年常減壓裝置常三線和減一線全餾程及常一線閃點(diǎn)，200 萬(wàn)噸/年加氫聯(lián)合裝置全餾程，300 萬(wàn)噸/年加氫聯(lián)合裝置全餾程和傾點(diǎn)，120 萬(wàn)噸/年加氫裂化裝置相關(guān)的航煤、柴油等裝置餾出口上的在線分析檢測(cè)。

通過這些在線分析儀的投用，提高了主要生產(chǎn)裝置的產(chǎn)品質(zhì)量控制要求，保障餾出口產(chǎn)品質(zhì)量的合格率。同時(shí)，減少了離線化驗(yàn)分析頻次，部分實(shí)現(xiàn)了APC 先進(jìn)優(yōu)化控制，實(shí)現(xiàn)了產(chǎn)品質(zhì)量的卡邊生產(chǎn)，提高了經(jīng)濟(jì)效益。

近年來，隨著原油性質(zhì)的不斷重質(zhì)化、劣質(zhì)化，加工難度越來越大，要求越來越高。與此同時(shí)，對(duì)在線分析儀現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用的難度也越來越大，有些過去運(yùn)行還可以的在線分析儀，面對(duì)不斷重質(zhì)化、劣質(zhì)化的油品，也出現(xiàn)難以長(zhǎng)周期正常運(yùn)行的情況。急切需要對(duì)已經(jīng)在用的在線分析儀進(jìn)行技術(shù)改造或技術(shù)升級(jí)，以適應(yīng)業(yè)已惡化的被分析油樣。再則，目前化驗(yàn)室人員越來越少，餾出口的分析頻次也逐步在降低，原來每8 個(gè)小時(shí)分析一次的化驗(yàn)分析頻次，目前很多都降為24h 做一次。這樣以來，就更加削弱工藝操作室對(duì)餾出口產(chǎn)品的監(jiān)測(cè)力度，餾出口產(chǎn)品質(zhì)量的受控度大幅度降低，產(chǎn)品不合格的情況將不可避免地加大。

上述情況是目前擺在某公司各主要生產(chǎn)裝置、各類在線分析儀應(yīng)用方面的情況要點(diǎn)，當(dāng)今智能化工廠，信息化智能化等新技術(shù)正不斷滲入生產(chǎn)工藝及裝置的各個(gè)角落，而在線分析儀作為重要質(zhì)量信息的捕獲終端，首當(dāng)其沖扮演著重要的角色。某石化企業(yè)作為中石油旗下排名前列的煉化企業(yè)，不能在這一過程中落后，而是要率先做好，并要成為樣板。

1 幾處重要裝置幾年來的應(yīng)用配置及運(yùn)行情況

1.1 1300萬(wàn)噸加氫聯(lián)合裝置在線分析儀應(yīng)用

2011 年，某公司在煉油廠300 萬(wàn)噸加氫聯(lián)合裝置上分別安裝一臺(tái)柴油全餾程在線分析儀和一臺(tái)傾點(diǎn)在線分析儀。連續(xù)運(yùn)行多年，初期調(diào)試投用幾個(gè)月內(nèi)，由于油品組分比重較重，長(zhǎng)三線含蠟重對(duì)溫度要求比較高，重柴油中含雜質(zhì)和焦質(zhì)成分十分嚴(yán)重，分析儀采樣管線、過濾器堵塞，分析儀因進(jìn)樣量不足無法正確運(yùn)行。通過技術(shù)人員和廠家針對(duì)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況對(duì)癥下藥，對(duì)管線增加伴熱，在預(yù)處理單元安裝多級(jí)過濾和脫雜脫水裝置，并對(duì)相關(guān)部分進(jìn)行改進(jìn)。此后，分析儀運(yùn)行可靠、分析數(shù)據(jù)能及時(shí)跟蹤油品的餾分變化和生產(chǎn)波動(dòng)趨勢(shì)，大大減少了人工化驗(yàn)的工作量。同時(shí)，工藝操作人員以該分析儀數(shù)據(jù)為依據(jù)，隨時(shí)對(duì)相關(guān)工藝參數(shù)進(jìn)行調(diào)整，提高了產(chǎn)品質(zhì)量及合格率，增加了輕質(zhì)油收率。

1.2 1000萬(wàn)噸/年常減壓裝置在線分析儀的應(yīng)用

圖1 300萬(wàn)噸加氫聯(lián)合裝置柴油全餾程和傾點(diǎn)在線分析儀工藝流程示意圖Fig.1 Process flow diagram of full distillation range and pour point on-line analyzer for 3 million ton hydrogenation unit

某公司在煉油廠常減壓裝置上共投用了3 臺(tái)在線分析儀，分別為常三線柴油餾程分析儀、減一線柴油餾程分析儀和常一線柴油閃點(diǎn)分析儀，并于2012 年3 月正式投用。通過儀表技術(shù)人員攻關(guān)改造，大大降低該分析儀故障，提高了準(zhǔn)確性，餾程分析儀初餾點(diǎn)、50%點(diǎn)、95%點(diǎn)及終餾點(diǎn)的重復(fù)性接近±0.95℃，遠(yuǎn)優(yōu)于人工化驗(yàn)±2℃的水平。工藝操作人員參考其數(shù)據(jù)，可對(duì)柴油的95%點(diǎn)進(jìn)行精確控制，對(duì)工藝操作進(jìn)行優(yōu)化控制生產(chǎn)，進(jìn)而使這段時(shí)期柴油的收率取得了最大化，創(chuàng)造了可觀的經(jīng)濟(jì)效益。

1.3 200萬(wàn)噸/年加氫裝置在線分析儀的應(yīng)用

2012 年，某公司在煉油廠200 萬(wàn)噸/年加氫聯(lián)合裝置上投用了一臺(tái)柴油全餾程在線分析儀，對(duì)柴油餾出口的質(zhì)量進(jìn)行監(jiān)測(cè)。使用餾程分析儀來分析油品數(shù)據(jù)后，經(jīng)過前期在線與離線數(shù)據(jù)比對(duì)調(diào)試后，提高了在線分析儀數(shù)據(jù)準(zhǔn)確性及可靠性。通過485 協(xié)議將數(shù)據(jù)發(fā)送到DCS 進(jìn)行監(jiān)控，MES 自動(dòng)提取DCS 數(shù)據(jù)與離線進(jìn)行比對(duì)，工藝操作人員依據(jù)DCS 提供的柴油95%點(diǎn)溫度事實(shí)數(shù)據(jù)指導(dǎo)，進(jìn)行工藝操作調(diào)整，使生產(chǎn)過程中的質(zhì)量參數(shù)得到了很大程度的改善。

1.4 60萬(wàn)噸/年加氫裂化裝置餾程分析儀的應(yīng)用

某公司煉油廠60 萬(wàn)噸/年加氫裂化裝置的航煤、柴油全餾程在線分析儀項(xiàng)目已完成開工，并開始進(jìn)行調(diào)試工作。該全餾程在線分析儀的應(yīng)用為加氫裂化裝置實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)過程在線質(zhì)量監(jiān)測(cè)、全塔優(yōu)化控制，為提高經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益提供了有利的手段。航煤/柴油全餾程在線分析儀的實(shí)時(shí)分析數(shù)據(jù)，通過RS485 通訊接口傳至DCS 系統(tǒng)上輸出顯示，同時(shí)可作為裝置先進(jìn)控制系統(tǒng)的參數(shù)輸入，能實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)生產(chǎn)過程餾分質(zhì)量參數(shù)的動(dòng)態(tài)變化。先進(jìn)控制系統(tǒng)接收在線分析儀的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)后，會(huì)根據(jù)產(chǎn)品質(zhì)量的控制要求和各種參數(shù)的變化選擇最優(yōu)化的方案進(jìn)行操作調(diào)整，在保證質(zhì)量合格的情況下提高高附加值產(chǎn)品的收率，從而帶來更多的經(jīng)濟(jì)效益。近幾年因該裝置停運(yùn)，分析儀也隨之沒有投運(yùn)[1]。

1.5 催化裂化裝置核磁共振分析儀的應(yīng)用

2003 年，某公司斥巨資引進(jìn)美國(guó)當(dāng)時(shí)技術(shù)最為先進(jìn)的核磁共振在線分析儀，并在重要催化裂化裝置中投入應(yīng)用。NMR（核磁共振）是通過前期建模，不斷補(bǔ)充模型，使模型數(shù)量足夠多，能夠包含油品變化全過程，降低界外樣的發(fā)生；通過原油、汽油、柴油、煤油對(duì)光吸收特性產(chǎn)出譜圖不同進(jìn)行分析二次計(jì)算，反映了目前在線分析儀的最新技術(shù)。投用初期，花費(fèi)了大量的時(shí)間和人力，采用人工化驗(yàn)分析進(jìn)行比對(duì)，對(duì)該分析儀進(jìn)行建模。該分析儀對(duì)原油的性質(zhì)及工藝參數(shù)的變化比較敏感，一旦更換原油或者工藝參數(shù)有較大波動(dòng)，分析儀的算法模型要隨著變化經(jīng)常性地進(jìn)行更改。因此，盡管技術(shù)先進(jìn)，核磁共振分析儀所測(cè)分析數(shù)據(jù)并未完全取代人工化驗(yàn)分析，導(dǎo)致后期系統(tǒng)軟件維護(hù)量大。

2 加氫裂化全餾程在線分析儀數(shù)據(jù)與人工化驗(yàn)分析數(shù)據(jù)比對(duì)

2.1 分析儀工作原理

分析過程符合《GB6536-2010 石油產(chǎn)品常壓蒸餾特性測(cè)定法》或《ASTM D86 大氣壓力下石油產(chǎn)品蒸餾標(biāo)準(zhǔn)試驗(yàn)方法》相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，因此分析數(shù)據(jù)與人工化驗(yàn)分析數(shù)據(jù)能夠較高程度地吻合。其分析步驟為：被測(cè)油樣經(jīng)預(yù)處理系統(tǒng)冷卻和多級(jí)過濾等處理后，被控制器準(zhǔn)確定量注入分餾器。待溫度壓力等條件滿足規(guī)定要求后，分析儀對(duì)樣品進(jìn)行加熱程序，計(jì)數(shù)器將記錄第一滴蒸餾出來的胡油品為初餾點(diǎn)，在進(jìn)行分餾器點(diǎn)，最終到終餾點(diǎn)進(jìn)行一次完整分析，分析儀顯示器立刻分析結(jié)果，并通過4mA ～20mA 或者RS485通訊接口傳至所配遠(yuǎn)程專用發(fā)送器[2]。

2.2 主要技術(shù)指標(biāo)

測(cè)量精度：符合《GB/T6536-2010 石油產(chǎn)品常壓蒸餾特性測(cè)定法》的準(zhǔn)確度標(biāo)準(zhǔn)

重復(fù)性：±1.5℃

輸出信號(hào)：4mA DC ～20mA DC、RS232/RS485（modbus協(xié)議）

測(cè)量范圍：0℃～410℃

分析周期：20min ～40min

防爆等級(jí)：Exd ⅡCT4

2.3 對(duì)比情況分析

以航煤全餾程在線分析儀為例，自投用以來，其在線分析數(shù)據(jù)和化驗(yàn)分析數(shù)據(jù)的同步對(duì)比分析如圖2、圖3 所示。

從圖2、圖3 中可以看出：航煤全餾程在線分析儀和化驗(yàn)分析數(shù)據(jù)的吻合較好，最大數(shù)據(jù)偏差在4℃以內(nèi)，平均偏差不到2℃，且數(shù)據(jù)穩(wěn)定性好，可作為指導(dǎo)操作調(diào)節(jié)、優(yōu)化操作參數(shù)的依據(jù)。

圖2 航煤全餾程在線分析儀初餾點(diǎn)數(shù)據(jù)和化驗(yàn)分析數(shù)據(jù)同步分析圖Fig.2 Synchronous analysis chart of initial boiling point data and test analysis data of aviation kerosene full distillation range online analyzer

圖3 航煤全餾程在線分析儀干點(diǎn)數(shù)據(jù)和化驗(yàn)分析數(shù)據(jù)同步分析圖Fig.3 Synchronous analysis chart of dry point data and test analysis data of aviation kerosene full distillation range online analyzer

3 重要關(guān)鍵裝置餾出口的在線分析及要求

3.1 現(xiàn)有幾處已投用點(diǎn)在線分析儀的完善改進(jìn)及性能提升

針對(duì)已經(jīng)投用的餾程分析儀應(yīng)加大維護(hù)力度，對(duì)于由各種原因?qū)е履壳巴＿\(yùn)的在線分析儀，要著手制定恢復(fù)運(yùn)行的方案措施。對(duì)技術(shù)上明顯已經(jīng)落后的在線分析儀，要有針對(duì)性地進(jìn)行技術(shù)性能提升和改造，加強(qiáng)與分析儀制造商的溝通，及時(shí)將與投用分析儀相關(guān)的最新技術(shù)手段應(yīng)用于現(xiàn)場(chǎng)分析儀上，確保分析儀長(zhǎng)期穩(wěn)定準(zhǔn)確地運(yùn)行。

3.2 空白餾出口線上，要積極盡早實(shí)施在線化

在應(yīng)用在線分析儀方面，某石化目前已經(jīng)積累一定的經(jīng)驗(yàn)，尤其是對(duì)目前國(guó)產(chǎn)分析儀運(yùn)行的穩(wěn)定性、準(zhǔn)確性等，通過多年的使用有了深入地了解，而投用在線分析儀能更好地指導(dǎo)工藝生產(chǎn)。因此，建議在其他餾出口上推廣使用餾程分析儀等在線分析儀。如常減壓裝置初頂石腦油、航煤、常頂汽油，催化裝置粗汽油、穩(wěn)定汽油、柴油，焦化裝置柴油餾出口線均可投用餾程分析儀，對(duì)餾出口質(zhì)量進(jìn)行全面監(jiān)測(cè)，提高產(chǎn)品質(zhì)量。

3.3 加大蠟油、潤(rùn)滑油及渣油等重質(zhì)油品的在線化監(jiān)測(cè)力度

對(duì)這種難度大，又是某石化的特色產(chǎn)品，且目前在線化技術(shù)存在一定難度的課題，需要組織相關(guān)部門、科研單位或?qū)I(yè)廠商進(jìn)行聯(lián)合技術(shù)攻關(guān)，力爭(zhēng)早日對(duì)這些油品實(shí)現(xiàn)在線化。

4 在線化過程及后期的幾點(diǎn)期望

4.1 高度重視應(yīng)用中的安全及環(huán)保問題

據(jù)石化內(nèi)部的交流了解到，除某石化外，其他石化煉油廠也出現(xiàn)過與分析儀配套的樣品回收系統(tǒng)故障，或因工藝管線中壓力波動(dòng)較大，導(dǎo)致回樣管線中的油樣倒灌回樣品回收系統(tǒng)的問題。一旦發(fā)生倒灌回流，造成油品泄漏，容易引發(fā)安全事故。而回收系統(tǒng)的放空口與大氣相通，回收罐中的油氣揮發(fā)到大氣中，明顯與國(guó)家環(huán)保治理的政策相悖。在與分析儀制造商武漢華天通力科技有限公司的技術(shù)人員溝通了解到，已推出了全新密閉樣品回收系統(tǒng)。該回收系統(tǒng)采用單向閥和切斷電磁閥雙保險(xiǎn)措施，能有效防止回油管線中的油樣倒灌。密閉回收系統(tǒng)的放空口與相關(guān)低壓容器相連，不外排大氣，滿足環(huán)保治理的要求。

4.2 科學(xué)處理好在線分析儀投用后，人工化驗(yàn)分析的關(guān)系

現(xiàn)階段衡量油品質(zhì)量的標(biāo)準(zhǔn)是基于人工化驗(yàn)分析方法，而人工化驗(yàn)分析方法及分析設(shè)備需嚴(yán)格依據(jù)國(guó)家或國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)化組織所規(guī)定的石油產(chǎn)品分析標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定，即每一項(xiàng)人工化驗(yàn)分析方法或過程都有一項(xiàng)標(biāo)準(zhǔn)與其相對(duì)應(yīng)。而在此需要人們注意的是，這些現(xiàn)行的標(biāo)準(zhǔn)方法，絕大多數(shù)都是一些條件試驗(yàn)，也就是在規(guī)定的條件、步驟下完成的一系列過程，最后得到分析數(shù)據(jù)，并沒有十分嚴(yán)格的理論方法或數(shù)學(xué)推導(dǎo)做依托。如：石油產(chǎn)品的恩式蒸餾方法，就是在規(guī)定大小的燒瓶、規(guī)定的冷卻水浴、規(guī)定的加熱升溫及分餾速度、規(guī)定的樣品回收體積等條件下所得出的數(shù)據(jù)即分析結(jié)果。其它，如凝固點(diǎn)、冰點(diǎn)、閃點(diǎn)、粘度等也都是規(guī)定條件下的人工試驗(yàn)數(shù)據(jù)。而近紅外及核磁共振則不同，其技術(shù)的核心是從碳?xì)浠衔顲 和H 的分子結(jié)構(gòu)入手，通過核磁共振所產(chǎn)生的波或近紅外光波對(duì)碳?xì)浠衔飳?duì)波的吸收程度，判斷被測(cè)樣品的碳含量或數(shù)量、碳?xì)浜康臄?shù)量或比例，再通過適當(dāng)?shù)臄?shù)學(xué)公式或模型的計(jì)算，最終獲得某試樣的各個(gè)質(zhì)量數(shù)據(jù)。從這里能夠看到，現(xiàn)行的國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)（即化驗(yàn)分析標(biāo)準(zhǔn)）與近紅外及核磁共振分析數(shù)據(jù)所依據(jù)的方法不同，即：一個(gè)是條件試驗(yàn)，另一個(gè)是嚴(yán)格的理論推導(dǎo)計(jì)算，要想讓兩者對(duì)同一油樣所分析出的數(shù)據(jù)在大的測(cè)量范圍及寬的約束條件下做到很好的吻合，其難度可以說是非常之大。

圖4 目前分析數(shù)據(jù)的應(yīng)用方式Fig.4 Application mode of current analysis data

圖5 應(yīng)推廣的分析數(shù)據(jù)應(yīng)用方式Fig.5 Application mode of analysis data that should be popularized

因此，不斷了解在線分析儀在各領(lǐng)域中的應(yīng)用，必須從根本上解決好上述標(biāo)定、工況及地域不同等問題，為今后普及應(yīng)用鋪平道路。實(shí)際應(yīng)用中，應(yīng)使生產(chǎn)裝置操作室采用現(xiàn)場(chǎng)在線分析儀的數(shù)據(jù)來進(jìn)行生產(chǎn)，而人工化驗(yàn)分析僅用做對(duì)在線分析儀進(jìn)行校對(duì)，以確保生產(chǎn)裝置得到的分析數(shù)據(jù)是準(zhǔn)確可靠的。

4.3 配套互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的應(yīng)用

隨著互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的發(fā)展，信息化時(shí)代已經(jīng)來臨。計(jì)算機(jī)互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)應(yīng)用于工業(yè)領(lǐng)域已經(jīng)是十分普遍的現(xiàn)象。將分析儀采集的各項(xiàng)檢測(cè)數(shù)據(jù)，包括歷史數(shù)據(jù)和實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，與工業(yè)計(jì)算機(jī)相結(jié)合，利用生產(chǎn)裝置的自動(dòng)化系統(tǒng)，通過互聯(lián)網(wǎng)將機(jī)器、人、系統(tǒng)充分連接，在數(shù)據(jù)流動(dòng)和集成技術(shù)上充分分析、建模，實(shí)現(xiàn)整個(gè)系統(tǒng)的智能化生產(chǎn)，形成新的模式和業(yè)態(tài)。

5 結(jié)束語(yǔ)

通過某石化10 多年在線分析儀在現(xiàn)場(chǎng)的應(yīng)用實(shí)踐說明，在線分析儀有其自身的技術(shù)要求和特點(diǎn)，相對(duì)于常規(guī)儀表而言較為復(fù)雜，應(yīng)用條件要求多且苛刻，維護(hù)維修難度大，對(duì)分析儀生產(chǎn)廠商的依賴程度高，能夠真正用好現(xiàn)場(chǎng)投用的在線分析儀，是一件有難度且有挑戰(zhàn)性的事情。對(duì)于國(guó)外進(jìn)口的在線分析儀，如：某公司投用的核磁共振在線分析儀，技術(shù)先進(jìn)、集成度高，一臺(tái)分析儀能夠同時(shí)分析十幾個(gè)指標(biāo)。但是，對(duì)于原油性質(zhì)的改變、工藝條件的變化很敏感，每次改變都要重新完善數(shù)據(jù)庫(kù)，需要與人工化驗(yàn)分析做大量的數(shù)據(jù)比對(duì)，這與國(guó)內(nèi)各煉廠原油多元化的情況相矛盾。此外，分析方法與國(guó)標(biāo)差別大，分析數(shù)據(jù)要達(dá)到與人工化驗(yàn)分析數(shù)據(jù)很好地吻合，十分困難。

對(duì)于國(guó)產(chǎn)的在線分析儀，如：某公司投用的一批全餾程在線分析儀，可以說投用是成功的，分析數(shù)據(jù)與人工化驗(yàn)分析數(shù)據(jù)對(duì)比吻合度較高。如果分析儀能夠長(zhǎng)期穩(wěn)定運(yùn)行，完全可以取代人工化驗(yàn)，并且對(duì)APC 先進(jìn)控制和RTO實(shí)時(shí)優(yōu)化都會(huì)產(chǎn)生很大的幫助。目前，這批全餾程在線分析儀有一部分在運(yùn)行，還有一些由于預(yù)處理系統(tǒng)對(duì)目前油樣含水、含雜等越來越高的情況較難適應(yīng)，現(xiàn)正在與生產(chǎn)廠商對(duì)預(yù)處理系統(tǒng)采用最新的高分子和納米材料技術(shù)進(jìn)行技術(shù)升級(jí)，相信經(jīng)過技術(shù)升級(jí)后能夠滿足目前現(xiàn)場(chǎng)的運(yùn)行條件，為相關(guān)裝置提供穩(wěn)定可靠的在線分析數(shù)據(jù)，精確指導(dǎo)工藝生產(chǎn)，提高產(chǎn)品質(zhì)量，增加經(jīng)濟(jì)效益。