在線氣相色譜分析儀的并聯(lián)測(cè)量原理
為了縮短在線氣相色譜分析儀對(duì)低溫甲醇洗總硫、CO2等成分的分析周期，需要對(duì)該方案的可行性和原理進(jìn)行分析。在分析可行性方案前，必須對(duì)流路進(jìn)行解釋，流路：Stream(流路)是用以分析的樣品源。它既可以是工藝管路中待測(cè)樣品，也可以是用來標(biāo)定的標(biāo)準(zhǔn)樣品。1臺(tái)色譜可以有1個(gè)或多個(gè)流路(最多19個(gè))，但是在某一段時(shí)間段只能有1路待測(cè)樣品進(jìn)入色譜儀進(jìn)行分析(1個(gè)流路對(duì)應(yīng)1個(gè)采樣點(diǎn))。
根據(jù)某公司新疆項(xiàng)目、新鄉(xiāng)項(xiàng)目低溫甲醇洗工段，色譜分析儀的取樣點(diǎn)如圖1所示，設(shè)備的配置見表1、表2。根據(jù)圖1所示，工藝流程圖給出的為兩個(gè)流路，然而在實(shí)際測(cè)量中，為一個(gè)采樣點(diǎn)，分析兩個(gè)組分。目前新疆項(xiàng)目和新鄉(xiāng)項(xiàng)目分析總硫和CO2的周期分別為6min和3min，現(xiàn)在將其配置對(duì)比如下。
圖1取樣位置
1、色譜柱配置
色譜柱配置：不管是幾個(gè)流路一根色譜柱不可能分離出總硫和CO2，必須在毛細(xì)管色譜柱填充不同的固定相。必須單獨(dú)設(shè)置不同的色譜柱來對(duì)總硫和CO2進(jìn)行分離。流路配置如圖2和圖3所示。新鄉(xiāng)項(xiàng)目配置兩個(gè)流路，新疆項(xiàng)目配置1個(gè)流路。
圖2新鄉(xiāng)項(xiàng)目流路配置
圖3新疆項(xiàng)目流路配置
從表1和表2的配置圖中可以看出分離H2S和COS的色譜柱都經(jīng)過鈍化處理(硅鋼管)，分離CO2的色譜柱選的是316不銹鋼管，里面根據(jù)需要分離的組份放入不同的填充物(填料)。分離總硫的色譜柱中填充 1.5%OV225(高惰性交聯(lián))和1.0%的磷酸，所以新鄉(xiāng)公司與新疆公司分離總硫的毛細(xì)管色譜柱長(zhǎng)度一樣。分離CO2的色譜柱新鄉(xiāng)和新疆公司都是采用的安捷倫色譜柱，新鄉(xiāng)使用的固定相填充物為HAYESEP N型的新疆為HAYESEPQ型，所以長(zhǎng)度不一樣，從長(zhǎng)度來看新鄉(xiāng)項(xiàng)目的分離效果較好。
表1新鄉(xiāng)項(xiàng)目配置列表
表2新疆項(xiàng)目配置列表
2、方法應(yīng)用及序列
方法：是用來控制色譜分析儀相關(guān)硬件的一系列參數(shù)，包括閥動(dòng)作時(shí)間、柱箱溫度控制、氣路壓力調(diào)整、檢測(cè)器設(shè)置、檢測(cè)信號(hào)的處理。
序列：是一個(gè)關(guān)于流路/方法的順序列表。序列規(guī)定分析儀按照什么樣的順序分析流路樣品。比如我們有2個(gè)流路，序列就是定義先分析流路的先后順序。
應(yīng)用：是指一套用以單獨(dú)完成一個(gè)分析任務(wù)的所有部件的集合體。每個(gè)應(yīng)用有獨(dú)立的硬件。
3、分析儀氣路配置
FPD檢測(cè)器流路柱切圖配置(總硫檢測(cè))中SL1為柱切閥，其中FROM SH為樣氣進(jìn)口，CAR L1為載氣進(jìn)口，LOOP SIZE 760 μL為樣品定量管，L1-1為色譜柱(預(yù)分離柱)，L1-2為色譜柱(主分離柱)。
SL1閥為OFF時(shí)，此時(shí)具體流程為FROM SH樣氣進(jìn)口→①→②→LOOP SIZE 760μL→⑨→⑩→TO SH。當(dāng)SL閥為ON時(shí)，載氣從③→②→⑨→⑧→L1-1→⑤→④→L1-2→FPD。
柱1為填充柱，起到預(yù)分離效果，樣品在柱1內(nèi)被分成2個(gè)集團(tuán)。前面的集團(tuán)是被測(cè)組分，需要進(jìn)入到柱2進(jìn)行進(jìn)一步分離直到全部分開進(jìn)入檢測(cè)器進(jìn)行定量測(cè)量。后面的集團(tuán)是不被測(cè)組分，當(dāng)前面的集團(tuán)剛好流出柱1，后面的集團(tuán)還在柱1內(nèi)時(shí)，通過柱切技術(shù)切換氣路組合，載氣將反向吹柱1，將柱1內(nèi)后面的集團(tuán)介質(zhì)吹出柱外。柱2是主分離柱，起到組分分離的作用。流出柱1的前面集團(tuán)的介質(zhì)在柱2內(nèi)進(jìn)行細(xì)致分離，因?yàn)橹?通常都很長(zhǎng)，氣阻較大，因此分析時(shí)間多數(shù)都消耗在這個(gè)階段。當(dāng)全部介質(zhì)都流出柱外并被檢測(cè)器檢測(cè)出來后，一個(gè)分析周期結(jié)束了。
CO2用FID檢測(cè)器配置柱切與FPD柱切原理一致不再敘述。目前新鄉(xiāng)與新疆在FID和FPD的配置一致。
通過對(duì)比，新鄉(xiāng)項(xiàng)目與新疆項(xiàng)目色譜分析儀的色譜柱、50閥、檢測(cè)器配置一樣，新鄉(xiāng)公司色譜分析儀是按照2個(gè)流路設(shè)計(jì)的，因此在方法中有兩種方案可供選擇，通過控制分析儀的相關(guān)硬件的動(dòng)作及軟件的配置，保證一個(gè)取樣點(diǎn)兩個(gè)流量同時(shí)工作，縮短分析的分析周期，硬件成本增減較少。
安裝調(diào)試
本次低溫甲醇洗安裝1臺(tái)氣相色譜分析儀，配置2臺(tái)檢測(cè)器，分別為FID和FPD。通過安裝調(diào)試，目前通過一臺(tái)色譜分析儀可以滿足現(xiàn)場(chǎng)工藝監(jiān)控需求，時(shí)間由原來的6min縮短到目前的3min，在安裝以及調(diào)試過程中需要注意以下幾個(gè)問題，以保證調(diào)試的快速性和準(zhǔn)確性。
調(diào)試準(zhǔn)備工作
1、在調(diào)試前要檢查采樣管線，輔助氣路管線的敷設(shè)是否合理，盡可能地縮短采樣管線的長(zhǎng)度，減少分析滯后時(shí)間，分析小屋的布置要避開強(qiáng)磁場(chǎng)和振動(dòng)的干擾。
2、輔助氣路，采用管線、標(biāo)準(zhǔn)氣等相關(guān)管線要吹掃到位，同時(shí)控制色譜儀表風(fēng)壓力(≥700 kPa)，色譜載氣壓力(≥600kPa)，同時(shí)采用泡沫水或者其他方式檢查管理的氣密性，壓力太低無法保證分析的正常工作，太高會(huì)損壞分析相關(guān)器件。
3、依據(jù)接線圖檢查是否正確，并對(duì)接地進(jìn)行測(cè)量保證可靠性，逐步送電進(jìn)行檢查。
色譜分析儀的調(diào)試
色譜分析儀在投運(yùn)前必須經(jīng)過標(biāo)定等相關(guān)流程，整體的調(diào)試過程如圖6所示，但是在調(diào)試及投運(yùn)中需要注意幾個(gè)問題。
1、正常運(yùn)行或者準(zhǔn)備投運(yùn)前，載氣的壓力和流量要正常運(yùn)行，逐步通入樣氣，排凈管道內(nèi)的滯留氣體，因此前幾個(gè)周期的分析數(shù)據(jù)是不準(zhǔn)確的，需要經(jīng)過幾個(gè)周期后，分析數(shù)據(jù)有效。
2、色譜分析儀短暫停運(yùn)時(shí)，為了保證分析儀的穩(wěn)定運(yùn)行，只需要關(guān)閉樣氣，載氣不停。
3、色譜分析儀關(guān)閉時(shí)，先斷電，10min后停樣氣，30min后停載氣和儀表空氣。
4、色譜分析儀重新投運(yùn)時(shí)，應(yīng)先通載氣和樣氣后上電，預(yù)熱2h以上，待分析儀檢測(cè)器，空氣浴加熱器，柱箱達(dá)到設(shè)定的溫度后，通入樣氣。
總結(jié)
作為氣體成分分析的重要手段，在分析多個(gè)組分時(shí)，分析周期較長(zhǎng)，產(chǎn)生的滯后時(shí)間大，不僅僅對(duì)控制系統(tǒng)是一個(gè)極大的挑戰(zhàn)。在系統(tǒng)開車期間，會(huì)由該問題造成系統(tǒng)放空時(shí)間加長(zhǎng)，浪費(fèi)原料。通過與新疆、新鄉(xiāng)基地的對(duì)比，在基本不增加成本的同時(shí)，簡(jiǎn)短了在線色譜分析儀的分析周期，減少滯后時(shí)間，有利于控制，并對(duì)在線色譜分析儀的安裝、調(diào)試等進(jìn)行總結(jié)，為后續(xù)在線色譜分析儀的選型、配置等積累一定的經(jīng)驗(yàn)。
作者：崔紅林、李芳、杜錦龍、邊宏波(本文作者供職于江西心連心化學(xué)工業(yè)有限公司)
