万华100万吨年乙烯装置项目在线分析仪的选型与应用

第26卷 第11期2019年11月仪器仪表用户INSTRUMENTATION
Vol.262019 No.11
万华100万吨/年乙烯装置项目在线分析仪的
选型与应用
周 娟，程 泱
（惠生工程（中国）有限公司 设计中心仪表室，北京 100102）
摘 要：
万华化学集团股份有限公司新建的100万吨/年乙烯装置是一套数字化、自动化、智能化装置，该装置设有在线分析仪系统。

在线分析仪系统借助网络技术，科学、有效地自动采集工艺数据，实现分析仪之间、分析仪与控制系统之间的数据共享，对复杂的生产过程进行实时、准确、全面的监控， 对提高生产率、降本增效、安全运行起到了至关重要的作用。

本文详细介绍了该项目在线分析仪系统的组成、各类在线分析仪的选型与应用，以期为今后乙烯装置PAS 的设计提供借鉴和参考。

关键词：在线分析仪；乙烯；分析小屋；色谱
中图分类号：TH83 文献标志码：A
Selection and Application of On-Line Analyzer for Wanhua
1 Million Ton/Year Ethylene Plant
Zhou Juan ，Cheng Yang
（Wison Engineering Ltd., Instrument Dept., Beijing, 100102, China）
Abstract：The new 1 million tons/year ethylene plant built by Wanhua Chemical Group Co., Ltd. is a set of digital, automatic and intelligent device, which is equipped with an on-line analyzer system. With the help of network technology, the on-line analyzer system automatically collects process data scientifically and effectively, realizes data sharing among analyzers and between ana-lyzers and control systems, and monitors the complex production process in real time, accurately and comprehensively, which plays an important role in improving productivity, reducing cost and increasing efficiency, and safe operation. This paper introduces the composition of the on-line analyzer system, the selection and application of various on-line analyzers in detail, in order to provide reference for the design of PAS in ethylene plant in the future.
Key words：on-line analyzer；ethylene；analyzer house；chromatography
0 引言
随着石油化工行业的不断进步和发展，工厂的数字化、自动化、智能化水平越来越高，在线分析仪表作为数字化工厂的眼睛和大脑，是实现工艺先进控制、生产高效运行的有效手段，直接影响着工厂的经济效益及用户利益。

在进行PAS（Process Analyzer System，在线分析仪系统）设计时，不仅需要满足相关的标准和规范，而且需要对整套装置的控制水平、工艺流程、介质工况等进行综合分析，优化系统配置方案，合理选择分析仪的类型，安装、采样、预处理及排放回收方式。

在满足用户生产要求的前
收稿日期：2019-09-03
作者简介：周娟（1980-），女，安徽芜湖人，研究生，工程师，主要从事化工仪表的工程设计。

DOI:10.3969/j.issn.1671-1041.2019.11.009
文章编号：1671-1041(2019)11-0033-03
第26卷34仪器仪表用户INSTRUMENTATION
提下，充分保证乙烯装置安全、平稳、连续、高效地运行。

本文将从PAS的系统设计、在线分析仪表的选型及分
类等方面，介绍万华100万吨/年乙烯装置项目在线分析
仪的设计理念和技术选型方案。

1 PAS系统设计
在线分析仪表由工艺管线、采样单元、预处理单元、
分析仪表及控制系统、公用工程等部分构成[1]，对工艺介
质的特性、组分等进行实时地分析、检测，如图1所示。

万华乙烯项目PAS系统由在线分析仪表、信息处理单
元、通讯网络、操作站、打印机等构成。

PAS系统与DCS
系统（Distributed Control System）进行数据通信，通信接口冗余。

色谱分析仪的信号分别以通讯的方式传输至DCS和AMADAS（Analyser Maintenance Data Acquisition System，分析仪表管理和数据采集系统），其它分析仪采用硬接线与DCS系统连接。

对安装环境有特殊要求（如：温度、湿度、防尘、防爆）的过程分析仪（如：色谱分析仪、红外分析仪、磁氧分析仪）集成地安装在现场的分析小屋内，其它分析仪（如：PH分析仪、微量水分析仪、氧化锆分析仪、热值仪）安装在现场的机柜内。

万华乙烯项目，整个装置区设有13个分析小屋。

PAS系统结构图如图2所示。

2 在线分析仪表的分类及选型
万华乙烯项目，整个装置区的在线分析仪表分为三大类：
1）过程小屋分析仪表。

包括：色谱分析仪、红外分析仪、磁氧分析仪。

2）环保小屋分析仪。

包括：CEMS分析仪、NOX分析仪、NH3分析仪、脱销用氧分析仪。

3）水分析仪。

包括：PH分析仪、电导率分析仪、TOC （总有机碳）分析仪、COD分析仪、溶解氧分析仪、硅分析仪、磷分析仪、钠离子分析仪、水中油分析仪。

4）专用分析仪。

包括：微量水分析仪、热值密度分析仪、氧化锆分析仪、总硫分析仪。

2.1 分析小屋的设计与布置
分析小屋是在爆炸危险场所和化学、尘埃污染场所内所使用的由过程分析仪表及其辅助设施构成的成套设备[2]，可以安装一台或多台分析仪表，它为分析仪表提供了良好的操作和维护环境，提高了分析仪分析数据的实时性和准确性，延长了分析仪的使用寿命，降低了维护成本。

分析小屋主要包括：分析仪表、采样系统、预处理系统、伴热系统（若需要）、通讯系统、放空/回收系统、公用工程系统、HVAC（Heating，Ventilation and Air Conditioning， 供热通风与空气调节）系统、可燃/有毒探测系统、分析小屋、PLC（Programmable Logic Controller，可编程逻辑控制器）控制系统以及分析仪表所需的载气、标气、驱动气、控制气等基本设施。

分析小屋所选用元器件的防爆等级不低于Exd II CT4。

分析小屋需提供足够的空间，便于观察和维护分析仪表。

分析小屋的尺寸（经验值）如下，具体需以分析小屋厂家最终的布置图为准：
长：6m（6台分析仪以内），12m（7～10台分析仪）。

宽：10m长以上考虑3m宽，10m宽以下考虑2.5m宽。

高：净高不低于2.5m。

图3为万华100万吨/年乙烯装置项目急冷区分析小屋平面布置示意图。

2.2 过程小屋分析仪
色谱分析仪是最典型的小屋内安装分析仪。

万华100
图1 在线分析仪表的构成
Fig.1 Composition of on-line analytical instruments
图2 PAS系统结构图
Fig.2 PAS System architecture
周 娟·万华100万吨/年乙烯装置项目在线分析仪的选型与应用
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万吨/年乙烯装置项目选用的是气相色谱分析仪，当检测介质为液态时，通过预处理系统将液体介质汽化为气体。

项目依据工艺测量介质和测量范围选择使用的检测器如下：热导检测器（TCD，Thermal Conductivity Detector）[3]：通用型，测量范围较广，几乎可以测量所有非腐蚀性成分，分析下限一般为10ppm。

氢火焰离子化检测器（FID，Flame Ionization Detector）：适用于对碳氢化合物、CO、CO2进行高灵敏度的微量分析，最低检测下限一般为1ppm。

火焰广度检测器（FPD，Flame Photometric Detector）：用于测量组分中含有H2S的工况，测量范围一般在1ppm～0.1%之间。

此外，万华乙烯项目设置15台红外分析仪，分别用于烧焦气中CO、CO2分析，急冷水塔塔顶气相CO分析，加氢反应器进料CO分析；设置4台磁氧分析仪，分别用于WAO反应器顶部气相、排放气鼓风机出口、脱碳九塔尾气氧气含量分析。

2.3 环保小屋分析仪
万华乙烯项目设置CEMS分析仪6套，用于烟气中CO，O2，NOx含量的测量；设置NH3分析仪6台，用于裂解炉中NH3监测；设置NOx分析仪12台，用于裂解炉烟气中NOx监测及控制；设置脱硝用氧分析仪1台，用于裂解炉烟气中氧含量监测。

2.4 水分析仪
乙烯项目，工艺水质污染程度高，需对水质进行严格的控制。

本项目选用的水分析仪为Emerson、E+H、HACH 等一线主流产品。

pH值是以电极电位法原理测量水样中的酸碱度，主要监测急冷水、中和废水、透平凝液等。

各种工况下所选用的电极可以互通互用，安装方便。

为了延长电极的使用寿命，工作温度宜在60℃以下，工作压力宜在4bar以下，取样点工艺介质温、压较高的工况，需采取一定的降温、减压预处理措施。

电导率是监测溶液的导电率，主要用于精制水外送、蒸汽冷凝液、锅炉给水等介质。

COD是监测水质污染及环保外排指标的重要参数。

本项目选用COD分析仪为E+H CA80光学比色法，最大测量范围40mg/L～20000mg/L，耐温5℃～40℃，带过滤的Y 型预处理装置，最高耐压4bar。

另外，本项目中设置了4台4通道SiO2分析仪、2台4通道磷酸根分析仪，用于锅炉水水质监控；2台4通道钠离子分析仪，用于超高压蒸汽品质监控；2台2通道TOC 分析仪，1台单通道TOC分析仪，用于工艺水水质监控；2套水中油分析仪，用于工业废水外排油值分析。

2.5 专用分析仪
万华乙烯项目设有微量水分析仪4台，用于干燥器出口、丙烯塔回流、碱洗塔顶出口、乙烯精馏塔塔顶等工艺介质的水含量分析；设置热值密度分析仪1台，用于去裂解炉燃料气密度与低热值分析；氧化锆分析仪12台，用于裂解炉烟气中氧含量及可燃物监测；总硫分析仪1台，用于加氢装置进料组分含量分析。

3 结束语
乙烯的生产工艺较为复杂，在线分析仪表是工厂数字化、自动化、智能化必不可少的软硬件配置。

选用合适的在线分析仪表对整个生产过程进行实时、准确、全面地监控，对提高生产率、降本增效、安全运行起到了至关重要的作用。

分析仪表越来越成熟的应用，将推动中国化工业取得更大的进步。

参考文献:
饶嘉骐.浅析在线分析仪表的特点及实际应用[J].科技创新导报,2017(6).
王道福.分析小屋成套系统在高密度乙烯工艺上的应用[J].自动化与仪器仪表,2013(5).
王森等.在线分析仪器手册[M].北京:化学工业出版社,2008(9).
图3 分析小屋平面布置示意图
Fig.3 Analyzer house layout
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