周 富，何歡歡

（1.陜西金泰化學(xué)科技集團(tuán)有限公司，陜西 榆林 719000；2.陜西金泰氯堿化工有限公司，陜西 榆林 719000）

陜西金泰氯堿神木化工有限公司（以下簡稱陜西金泰）， 從乙炔工序送來的精制乙炔氣 （質(zhì)量分?jǐn)?shù)≥99%）經(jīng)乙炔阻火器后，與氯化氫工段送來的氯化氫（質(zhì)量分?jǐn)?shù)≥93%，不含游離氯）在混合器以1∶1.03～1∶1.10的比例混合后進(jìn)入預(yù)熱器，預(yù)熱至70～85 ℃送入裝有觸媒的轉(zhuǎn)化器反應(yīng)生成粗氯乙烯。 在生產(chǎn)過程中，要嚴(yán)格按照生產(chǎn)流量及時(shí)進(jìn)行乙炔、氯化氫配比調(diào)節(jié)，嚴(yán)禁乙炔過量，乙炔過量可使氯乙烯的轉(zhuǎn)化率降低， 嚴(yán)重時(shí)會(huì)導(dǎo)致轉(zhuǎn)化器中觸媒中毒失去活性，造成較大的經(jīng)濟(jì)損失。 轉(zhuǎn)化器是氯化氫和乙炔合成反應(yīng)，生成氯乙烯的重要設(shè)備。 提高氯乙烯的轉(zhuǎn)化率，在很大程度提高聚氯乙烯單體的純度，降低后續(xù)設(shè)備的生產(chǎn)負(fù)荷， 這對(duì)降低能耗和降低風(fēng)險(xiǎn)具有重要意義。

因此，生產(chǎn)過程中快速、準(zhǔn)確地獲得轉(zhuǎn)化器中乙炔和氯化氫氣體的濃度檢測(cè)數(shù)據(jù)至關(guān)重要， 在線氣相色譜分析系統(tǒng)能夠快速、 準(zhǔn)確地進(jìn)行氯乙烯高頻次分析監(jiān)測(cè)，且可將數(shù)據(jù)自動(dòng)上傳至DCS 控制系統(tǒng)以便于及時(shí)監(jiān)測(cè)[1]，可以避免傳統(tǒng)人工取樣分析帶來的滯后性。 陜西金泰對(duì)混合器、40 臺(tái)轉(zhuǎn)化器和轉(zhuǎn)化器氣相出口總管的氣體，共42 路采樣點(diǎn)用一臺(tái)多流路氣相色譜分析儀進(jìn)行濃度檢測(cè)。

1 多流路氣相色譜分析儀原理

陜西金泰采用的多流路氣相色譜分析儀主要檢測(cè)介質(zhì)為VCM、乙炔、氯化氫和水蒸氣等，利用混合物中各個(gè)組分在互不相溶的兩相（固定相和流動(dòng)相）之間的分配差異，在兩相中進(jìn)行多次平衡，使混合物得到分離后，采用TCD 方法測(cè)量。通過樣品輸送泵、切換閥等部件將所要分析檢驗(yàn)的樣品傳送至氣相色譜儀，當(dāng)氣化后的試樣被載氣帶入色譜柱中運(yùn)行時(shí)，組分就在色譜柱的兩相間進(jìn)行多次分配， 由于固定相對(duì)各組分的吸附或溶解能力不同， 各組分在色譜柱中的運(yùn)行速度就不同，經(jīng)過一定的柱長后，便彼此分離，按順序離開色譜柱進(jìn)入檢測(cè)器，產(chǎn)生的離子流訊號(hào)經(jīng)放大后，在記錄器上描繪出各組分的色譜峰，多流路氣相色譜分析儀原理見圖1。 所得色譜峰再經(jīng)過色譜工作站的自動(dòng)積分和計(jì)算得出試樣中各組分的含量， 最后通過modbus TCP/IP 的方式與DCS通訊將分析檢驗(yàn)數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)傳送至DCS 生產(chǎn)控制系統(tǒng)，用于指導(dǎo)和調(diào)整生產(chǎn)[2]。

圖1 多流路氣相色譜分析儀原理

2 多流路氣相色譜分析儀系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

多流路氣相色譜分析儀系統(tǒng)主要由采樣探頭、傳輸管線、預(yù)處理裝置、排放管線、氣相色譜分析儀和分析小屋組成。

采樣探頭由過濾式探頭、 粗過濾器及相關(guān)附件組成，采樣探管的長度根據(jù)管道直徑和壁厚確定，一般應(yīng)插入管道的1/3～1/2， 使所取的樣品有代表性。采用過濾式探頭， 用粗過濾器去除樣氣中較大粒徑的顆粒粉塵和雜質(zhì)。 為避免長時(shí)間使用導(dǎo)致濾芯堵塞， 高流速介質(zhì)、 大管徑等場(chǎng)合宜計(jì)算采樣探頭長度，必要時(shí)采樣探頭宜設(shè)加強(qiáng)管保護(hù)。

樣品傳輸管線采用一體化管纜，如有伴熱需要，應(yīng)選擇自控溫電伴熱一體化管纜， 采樣管線的絕熱材料選用聚苯乙烯、硅酸鋁、聚氨酯等，嚴(yán)禁使用石棉。 傳輸管線可以優(yōu)化設(shè)計(jì)適當(dāng)放大管線口徑以滿足分析周期的要求。

預(yù)處理裝置包括氣液分離罐，冷卻器（風(fēng)冷），集液罐，手動(dòng)閥，樣品過濾器，樣品流量計(jì)，采樣泵，標(biāo)定系統(tǒng)，緊急切斷系統(tǒng)等。

氣相色譜分析儀由TCD 檢測(cè)器、柱箱、樣品閥、柱閥和色譜柱等組成[3，4]，見表1。

表1 氣相色譜分析儀組成

因考慮工藝管道樣氣中可能存在催化劑顆粒的情況，故采用過濾式探頭。在探針的前端帶前置式粗過濾器。探頭垂直或者傾斜安裝，可使工藝管道內(nèi)的粉塵不易在粗過濾器和法蘭管徑處聚集。 探頭出口配置手動(dòng)關(guān)斷球閥。對(duì)于氣相試樣，應(yīng)保證其樣品在管線傳輸過程中的溫度高于露點(diǎn)， 且應(yīng)避免產(chǎn)生死區(qū)并盡量減小采樣系統(tǒng)總?cè)萘縖5]。 對(duì)需要加熱或要防凍的取樣管線，采用預(yù)制好的一體化電伴熱管纜。當(dāng)電伴熱管線無法滿足要求時(shí)， 可采用蒸汽伴熱管纜。所有伴熱管纜均為預(yù)制好的一體化管纜，保溫材料必須為非吸濕的無機(jī)玻璃纖維， 水溶氯含量不超過10 mg/kg。管纜外護(hù)套必須采用阻燃型。樣品管線需要采用一體化管纜時(shí)， 穿墻采用管纜穿板專用熱縮接頭。 采樣預(yù)處理系統(tǒng)固定在預(yù)處理箱內(nèi)的金屬安裝板上，安裝在分析小屋的外墻上。取樣系統(tǒng)包含入口手動(dòng)開關(guān)球閥，T 型過濾器，進(jìn)樣控制閥，可控制樣品保持進(jìn)樣或旁通狀態(tài)。 進(jìn)儀表前配置標(biāo)定進(jìn)樣控制閥，預(yù)處理箱外配置8 L 標(biāo)準(zhǔn)氣。儀表進(jìn)樣前配置進(jìn)樣流量計(jì)和精細(xì)過濾器， 采樣處理系統(tǒng)保證處理后的試樣中不含雜質(zhì)， 并具備試樣特點(diǎn)和分析要求。 儀表出口樣氣返回大氣平衡閥。

采樣處理系統(tǒng)安裝在金屬支架上， 放置分析小屋的外墻上。用螺栓螺母將元件固定在金屬板上，小元件可使用連接管路進(jìn)行支撐。管路的布置應(yīng)合理，單個(gè)元件的拆除不能影響其他元件。 表面操作溫度超過65 ℃時(shí)必須有防燙保護(hù)。還應(yīng)保證指示表易于讀數(shù)且合理分組，過濾器的過濾元件易于更換。

采樣處理系統(tǒng)需要溫度控制， 防凍或環(huán)境保護(hù)時(shí)，應(yīng)將整個(gè)系統(tǒng)安裝在保護(hù)箱內(nèi)。加熱形式為蒸汽伴熱或電加熱， 箱體安裝溫度計(jì)。 保溫材料為阻燃型，不使用石棉，礦棉中的氯含量不超過10 mg/kg。箱體及其附件（門荷葉、門扣、連接螺栓、鉸鏈和鎖等） 的材質(zhì)為不銹鋼SS304。 箱門的尺寸和位置恰當(dāng)。 箱內(nèi)元件周圍的空間必須滿足于允許正常的維護(hù)和拆除。進(jìn)出箱子的管線應(yīng)采用穿板接頭。電源開關(guān)和公用工程切斷閥安裝在箱外。

分析小屋內(nèi)設(shè)置可燃?xì)怏w檢測(cè)器， 低氧檢測(cè)器和有毒氣體檢測(cè)器 （按分析儀的分析氣體組分考慮）。 檢測(cè)器4～20 mA 模擬信號(hào)通過小屋外接線箱接至GDS 系統(tǒng)，接點(diǎn)信號(hào)連至分析小屋報(bào)警控制系統(tǒng)PLC。 分析小屋外設(shè)置旋轉(zhuǎn)式閃光報(bào)警燈和報(bào)警喇叭，室內(nèi)設(shè)置聲光報(bào)警器。通過報(bào)警器可識(shí)別有毒或可燃?xì)怏w高報(bào)警和高高報(bào)警。 報(bào)警控制系統(tǒng)防爆控制盤上集成報(bào)警信號(hào)指示燈，分別為正常指示燈、黃色報(bào)警指示燈（可燃?xì)怏w一級(jí)報(bào)警、風(fēng)機(jī)故障、室溫報(bào)警）、紅色緊急指示燈（可燃?xì)怏w二級(jí)報(bào)警、有毒氣體、低氧報(bào)警、新風(fēng)報(bào)警和緊急報(bào)警）。報(bào)警系統(tǒng)防爆控制箱上設(shè)計(jì)4 個(gè)按鈕， 分別用于測(cè)試、 緊急報(bào)警、 報(bào)警確認(rèn)和聯(lián)鎖復(fù)位。 小屋門外分別設(shè)置可燃?xì)怏w、有毒氣體和低氧的旋轉(zhuǎn)報(bào)警器，并設(shè)置1 個(gè)防爆報(bào)警按鈕（蘑菇頭型），便于人員撤離時(shí)報(bào)警。報(bào)警系統(tǒng)防爆控制箱內(nèi)裝有一套可編程控制器PLC。 可燃?xì)怏w檢測(cè)器、氧氣檢測(cè)器、有毒氣體檢 測(cè)器等報(bào)警信號(hào)（接點(diǎn)）送至PLC，實(shí)現(xiàn)報(bào)警聯(lián)鎖功能?？扇?xì)怏w檢測(cè)器、氧氣檢測(cè)器、有毒氣體檢測(cè)器模擬量信號(hào)送至GDS。 當(dāng)小屋內(nèi)氧氣含量及可燃、有毒氣體濃度達(dá)到報(bào)警值時(shí)， 報(bào)警控制箱上的報(bào)警指示燈及屋外防爆旋轉(zhuǎn)報(bào)警器報(bào)警，禁止人員進(jìn)入小屋，直到工作人員確認(rèn)且報(bào)警解除為止。

3 多流路氣相色譜分析儀特點(diǎn)

陜西金泰采用的多流路氣相色譜分析儀MAXUM edition II 是一種適合靈活過程應(yīng)用的通用過程氣相色譜儀， 其可分析所有生產(chǎn)階段中的氣體和液體的化學(xué)成分，由于靈活的應(yīng)用可能性，其可用于分析初始材料、 最終產(chǎn)品及副產(chǎn)品。 本身具有耐用、 專門設(shè)計(jì)的硬件和軟件可自動(dòng)從過程中提取樣本，并注入到色譜分析填充柱中。憑借其高性能的軟件和硬件，可滿足測(cè)量重復(fù)性的最高要求，并可在無需人工介入情況下長期運(yùn)行。

多流路氣相色譜分析儀系統(tǒng)管閥件均采用進(jìn)口PFA 材質(zhì)的管閥件，耐腐蝕；使用使命長，增加了整體的可靠性，降低了維護(hù)成本；系統(tǒng)裝有水冷裝置和渦旋制冷除液器， 防止樣氣中的氣體冷凝對(duì)測(cè)量造成干擾；由于氯化氫和乙炔混合氣有毒，系統(tǒng)預(yù)留了吹掃口，可對(duì)整個(gè)系統(tǒng)進(jìn)行吹掃，防止在維護(hù)系統(tǒng)時(shí)管路中的殘氣對(duì)操作人員造成傷害； 系統(tǒng)裝有切斷閥和可燃?xì)怏w報(bào)警儀， 當(dāng)出現(xiàn)泄漏時(shí)報(bào)警儀在報(bào)警同時(shí)輸出開關(guān)量信號(hào)，關(guān)閉樣氣進(jìn)口閥門。

4 多流路氣相色譜分析儀系統(tǒng)應(yīng)用

陜西金泰對(duì)混合器、40 臺(tái)轉(zhuǎn)化器和轉(zhuǎn)化器氣相出口總管的氣體，共42 路采樣點(diǎn)用一臺(tái)多流路氣相色譜分析儀進(jìn)行濃度檢測(cè)，色譜和小屋內(nèi)PLC 控制系統(tǒng)采用modbus 通訊， 色譜發(fā)送進(jìn)樣指令給PLC控制系統(tǒng)，輸出測(cè)量信號(hào)的同時(shí)，發(fā)出流路識(shí)別信號(hào)告知PLC。 PLC 控制系統(tǒng)和色譜的所有信號(hào)通過modbus TCP/IP 的方式與DCS 進(jìn)行通訊。 所有流路的采樣回路設(shè)置自動(dòng)切換方式，且采樣順序可根據(jù)要求進(jìn)行調(diào)整切換，多流路氣相色譜分析儀系統(tǒng)見圖2。

圖2 多流路氣相色譜分析儀系統(tǒng)

陜西金泰對(duì)混合器和轉(zhuǎn)化器氣相出口總管兩處取樣點(diǎn)每2 h 分析一次，40 臺(tái)轉(zhuǎn)化器24 h 內(nèi)能全部分析完成。 色譜每流路的分析周期為8 min，所以多流路巡檢PLC 控制程序?yàn)榱髀?～流路40 的40 臺(tái)轉(zhuǎn)化器采樣點(diǎn)（至少24 h 內(nèi)分析一次），流路41 為混合器采樣點(diǎn)（至少2 h 內(nèi)分析一次），流路42 為轉(zhuǎn)化器氣相出口總管取樣點(diǎn)（至少2 h 內(nèi)分析一次）。所以流路1～流路10 按序列巡檢完后，流路41 和流路42 緊接著進(jìn)行分析， 滿足至少2 h 內(nèi)分析一次（實(shí)際96 min 分析一次）。 緊接流路11～流路20 按序列巡檢完后， 流路41 和流路42 繼續(xù)接入進(jìn)行分析。依次類推，流路1～流路40 每分析10 個(gè)流路，插入流路41 和流路42 分析一次。完整42 個(gè)流路巡檢一遍的分析周期為6.4 h（滿足流路1～流路40 至少2 h 內(nèi)分析一次）。

流路1 在進(jìn)樣時(shí)， 流路1 的進(jìn)樣口打開， 流路2～流路42 的進(jìn)樣口均關(guān)閉狀態(tài)， 因?yàn)樗辛髀返臉託饩扇?、有毒有害樣品，故在預(yù)處理箱內(nèi)配置儀表風(fēng)吹掃，防止機(jī)箱內(nèi)有毒有害氣體聚集[6]。 同時(shí)機(jī)箱內(nèi)配置氣體檢測(cè)器， 氣體檢測(cè)器的報(bào)警節(jié)點(diǎn)接入PLC 控制系統(tǒng)，當(dāng)氣體檢測(cè)器報(bào)警時(shí)，預(yù)處理箱外聲光報(bào)警器工作，同時(shí)PLC 控制所有樣品進(jìn)樣閥關(guān)閉，只待檢修完畢，排除故障后重新開啟[7]。

因?yàn)樗辛髀返臉託饩扇?、有毒有害樣品，必須使樣品完全返回工藝管線中。 將預(yù)處理箱內(nèi)旁路大流量的樣品接入小屋快速回路總管， 最終接入現(xiàn)場(chǎng)低壓返回管線。 預(yù)處理箱內(nèi)配置低壓N2吹掃，在檢維修維護(hù)時(shí)，先打開N2吹掃，將預(yù)留在管線內(nèi)的樣氣置換干凈后再拆卸管閥件維護(hù)。 預(yù)處理箱內(nèi)配置防爆電加熱器，維持穩(wěn)定的溫度，避免樣氣出現(xiàn)相態(tài)變化，也可確保分析儀測(cè)量穩(wěn)定性[8]。

由于生產(chǎn)連續(xù)性的需要，氣相色譜通常都是24 h運(yùn)行，很難對(duì)儀器進(jìn)行系統(tǒng)清洗、維護(hù)。 一旦有設(shè)備檢修停車機(jī)會(huì)，有必要根據(jù)分析儀運(yùn)行的實(shí)際情況，盡可能對(duì)分析儀的重點(diǎn)部件進(jìn)行徹底的清洗和維護(hù)。 氣相色譜儀在運(yùn)行一段時(shí)間后，由于靜電原因，儀器內(nèi)部容易吸附較多的灰塵； 電路板及電路板插口除吸附有積塵外， 還經(jīng)常和某些有機(jī)蒸氣吸附在一起；因?yàn)椴糠钟袡C(jī)物的凝固點(diǎn)較低，在進(jìn)樣口位置經(jīng)常發(fā)現(xiàn)凝固的有機(jī)物， 分流管線在使用一段時(shí)間后，內(nèi)徑變細(xì)，甚至被有機(jī)物堵塞；在使用過程中，TCD 檢測(cè)器很有可能被有機(jī)物污染，因此要保持檢測(cè)器的清潔、暢通，并且經(jīng)常進(jìn)行試漏檢查，確保整個(gè)流路系統(tǒng)不漏氣，嚴(yán)格按照說明書要求，進(jìn)行規(guī)范操作，這是正確使用和科學(xué)保養(yǎng)儀器的前提。

5 結(jié)語

陜西金泰對(duì)混合器、 轉(zhuǎn)化器氣相出口總管和40 臺(tái)轉(zhuǎn)化器的氣體用一臺(tái)多流路氣相色譜分析儀進(jìn)行濃度檢測(cè)，可以快速、準(zhǔn)確地獲得取樣點(diǎn)處乙炔和氯化氫氣體的濃度檢測(cè)數(shù)據(jù)， 嚴(yán)格按照生產(chǎn)流量及時(shí)進(jìn)行乙炔、氯化氫配比調(diào)節(jié)，提高氯乙烯的轉(zhuǎn)化率，提高聚氯乙烯單體的純度，降低了后續(xù)設(shè)備的生產(chǎn)負(fù)荷，提高了企業(yè)經(jīng)濟(jì)效益，降低了人員采樣的勞動(dòng)強(qiáng)度。