炼油装置投用全馏程等在线分析仪的意义

炼油装置投用全馏程等在线分析仪的意义

陈庚晓

中 石 化 天 津 分 公 司 天津 300270

摘要：随着时代的发展，科技的进步，各炼厂纷纷投用了在线分析仪。由于化验室油品分析数量中馏程的数量占大多数，故全馏程在线分析仪显得尤为重要。对炼厂而言，在线分析仪的投用体现出了其不可替代的价值。不仅能连续性工作，减少人工化验的劳动强度，而且为炼油装置DCS系统提供实时在线数据，促进工厂APC先进控制和RTO在线优化技术的实施，实现生产工艺的优化卡边操作，提高了炼油装置的经济效益。

关键词：人工化验 馏程在线分析仪 油品质量 经济效益

一．引言

随着炼化工艺的发展，生产装置逐年增加，产品质量不断提升，各种分析急剧增加，而化验人员的增加较缓慢，化验工作强度增大。为了提高各装置分析的及时性和准确性，减少化验工的劳动强度，主要炼油装置现场需要油品质量在线分析仪。 另一方面，原油的性质普遍趋于劣质化，加大了炼制加工的难度。从环境保护、低碳经济等因素考虑，对石油产品的各项指标制定了更高的标准要求。在此情况下，要保证炼制出高质量的石油产品并保证提升经济效益，必须在炼油加工过程采用有效的技术措施和手段。 在线质量仪表的有效应用，可以实现卡边操作和优化，提高主导产品的收率，减少富余质量，降低装置的能耗，是炼油企业保证产品质量，提高经济效益的重要技术手段。

近年来炼油生产规模逐步扩大，生产工艺向深度加工发展，各生产装置实施APC先进控制和RTO在线优化技术，对油品质量在线分析的需要更为迫切。在线分析仪越来越显示出其在优化生产操作、稳定产品质量、降低劳动强度、提高经济效益和推进技术进步等方面的重要作用。应用在线分析仪进行质量监控已经成为炼油化工现代化的标志之一。炼油装置目前仅投用了两台全馏程在线分析仪，由于全馏程等在线分析仪数量少，能提供给装置DCS的数据有限，严重限制了装置APC先进控制和RTO在线优化等技术的有效实施。

二．石化工业过程参量在线化的重要性

当前，人类已步入高度发展的信息社会，作为典型流程工业的石油炼制过程，应该充分利用这些信息化的手段，尤其是生产装置相关的实时在线测量信息，或称在线分析数据，配合APC先进控制和RTO在线优化等新技术方法，实现生产装置的优化生产。

例如：炼油厂常减压和催化裂化装置的生产过程中，为了保证分馏塔及减压塔各侧线馏分油的合理分配和产品质量，必须在工艺操作中对分馏塔及减压塔内的相关参数如温度、压力、回流量等根据目标参量的要求不断进行调整，以便保证各侧线拔出馏分油的质量等目标参量时刻处于合理的范围及合格的质量要求，因此，这些目标参量是否能够实时获取即在线化对于APC和RTO而言将十分重要。就上述常减压装置的分馏塔和减压塔而言，主要目标参量为：初顶汽油和常顶汽油干点、航煤密度和冰点、常二线和三线柴油95%点和凝固点及闪点、减一线柴油95%点及凝固点、减二线和减三线及减四线粘度、柴油酸值、干气和液态烃等气态分馏C3和C5含量、各侧线馏分油的硫含量等。而炼油厂的其它装置如：催化裂化装置、焦化装置、汽柴油加氢装置、重整装置、轻烃回收装置、润滑油加氢装置、酮苯脱蜡装置及汽柴油管道自动调和系统等的诸多过程参量同样亟待实现在线化和APC控制和RTO在线优化。

目前，国外发达国家的炼油厂在装置现场大量投用过程在线分析仪的基础上，已普遍在DCS控制计算机上实现了APC先进控制和RTO在线优化，人工化验分析人员的数量也仅维持在十～二十几个的数量上。因此，从现在开始，要急起直追，加大此方面的投入力度，不断缩小与国外在此方面的差距，全面提高国内各炼油装置的产品质量控制和管理水平，提高经济效益。

三．在线分析在炼油过程中的需求情况

目前就炼油过程的情况，国内各炼厂装置馏出口等投用在线分析仪的厂家不多，使用很好的更是屈指可数，80%以上的炼厂目前仍然是依靠化验车间人员的人工采样分析。同时，这些过程参量的种类分布也较为广泛，初步统计如下：

1.油品质量参量：汽油馏程（干点）、柴油馏程（95%点）、航煤密度和冰点、柴油凝固点、冷滤点及闪点、润滑油和渣油等粘度、汽油辛烷值、汽油饱和蒸气压、柴油十六烷值、汽油和柴油等硫含量、柴油色度、柴油酸值、干气C3+、液化气C2-、液化气C5+等。

2. 烟气成分及大气环保参量：CO、CO2、O2、SO2、H2S、NO、NO2、烟气粉尘含量等。

3. 环保控制参量：水质如PH、纳、钾离子等。

4. 其它：氢纯度、微量水等。

上述参量分布于炼油企业的各个加工装置、管道自动调和系统、辅助生产装置等，对于一个年加工一千万吨以上规模炼厂，基本拥有多套如常减压、催化裂化、加氢、焦化等这样的生产装置，如果这些生产装置及相关系统的各个产品线上都实施过程参量在线化，必将会在减少化验分析工作量、卡边优化生产、降低能耗等方面，给企业带来丰厚的回报。

四．人工采样化验与在线仪表分析的比较

人工采样化验

目前石化各炼油装置检测油品质量的主要手段为人工采样化验分析，而人工采样化验存在着诸多弊端，主要体现在一下几点：

1.人工化验时间间隔长，一般在四到八个小时左右做一次样，或更长时间，效率低，在生产工艺出现波动时对生产指导严重滞后；

2.人工化验分析由于采样过程操作的不同，分析过程手法和习惯的差异，往往同一种油样做出的分析值会有一定的差别；

3.采样时间较难做到精准，也将会带来时间差引入的数据误差。

4.人工采样时，由于采样过程并非密闭空间，使采样油品的轻组分挥发丢失，会造成人工化验结果不准确；

5.由于使用分析设备或工具未及时校准，亦会产生不可避免的误差；

当化验结果出现明显差值时，化验人员不得不重新增加采样来进行加样化验，以确认化验结果波动到底是由生产工艺调整波动造成的还是由人工化验操作误差造成的。这样，无形中增加了化验的工作量和化验成本，且不能及时指导生产工艺调整操作。

在线仪表分析

投用在线分析仪有一下几个方面的优点：

1.在线分析仪每天24小时连续运行，分析周期短，一般在30分钟以内。对工艺生产的操作指导作用非常及时；且大范围地减少或取消人工采样化验分析，仅保留部分出厂检验和抽样检验的分析工作；

2.整个分析过程都按设定好的程序执行，避免了人工分析时受人为因素的影响，保持分析数据高度重复性，快速实时性，对装置工艺操作产生积极的影响；

3. 相比较国外的炼油企业而言，国产原油资源有限，各炼厂所加工的原油品种来源多样化，种类往往多达二、三十种，而不同产地的原油所提炼的油品的性质存在较大的差别，这对工艺操作带来很大的难度，如果用在线分析仪实时监测其质量等参数，根据其变化随时调整工艺条件，就能够做到准确切割各馏分，时刻保证各馏分分布充分合理，同时，保证产品质量。

4. 在线分析仪是在密闭的管路中采样，不存在采样油品的轻组分挥发丢失问题，又在同样的程序步骤之下完成，所做出的分析值具有很好的一致性；

5.在线分析仪的分析结果直接传送至操作室DCS，为APC先进控制系统实时提供在线生产过程参量数据，对工艺生产的操作和APC先进控制和RTO在线优化更具有指导意义；

6.部分对人体有毒有害的参量分析如笨、硫化氢、放射性料位等分析项目,交由在线分析仪来完成，这将有效地减少相关化验分析人员受危害的可能性；

7. 有关部门或石化企业高层可通过互联网对现场分析进行远距离监控和诊断，分析生产装置有关产品质量等的实时情况，为整体决策提供依据。

五．全馏程在线分析仪投用情况

催化装置早些年投用了一台汽油全馏在线分析仪，运行情况良好，分析数据准确。但因其配套的旧样品回收系统使用年限较长，部分元件已严重老化，近期故障频出，不能长周期稳定运行，影响了装置生产过程对相关质量参数的实时调整操作，且存在一定的安全隐患。2018年9月份，原在线分析仪经过仪表制造商武汉华天通力科技有限公司改造已重新投用运行起来。

原有预处理升级成新型预处理，将老式过滤罐改为新式过滤罐，并由原来的单级增加到三级。采用新式过滤罐结构配合安装新式滤芯，新式滤芯使用不同的新型高分子有机材料，在新增电磁阀的配合作用下，分别对油样自动进行多级脱水脱杂，效果明显，使分析仪分析分析数据更加准确稳定。而老式样品回收系统整体更换为由武汉华天通力科技有限公司独特设计的密闭样品回收系统，在常规样品回收系统的基础上，对分析样品挥发所产生的各类易燃、易爆气体物质进行导流回收式绿色处理方法，实现了分析、回收过程全密闭进行，很好的平衡了安全分析和环保达标二者之间的关系，基本消除了各类潜在的安全隐患，达到了零排放环保标准。另外升级改造增加了无线远程功能，对投用于装置现场的样品回收系统等进行24小时不间断监测。一旦现场分析仪出现任何问题，监控室工作站立即得到反应并迅速采取措施，极大地减少了使用单位对该分析设备的维护工作量，提高了设备安全性。同时，通过远程通信功能可根据需要经用户授权同意后，对现场运行的分析仪进行远程参数设置优化，保持分析仪时刻处于最佳工作状态，确保分析仪样品回收系统长周期准确、稳定、可靠地运行。

为了确保汽油全馏程在线分析仪运行数据的准确性，我们抽样对汽油全镏程分析仪数据与人工化验分析数据进行了长达一个半月的比对，误差基本上在±3℃以内，真实反应了工艺波动趋势，达到了指导生产的技术要求。从DCS记录的运行数据曲线分析看，该套在线分析仪表的测量重复性、跟踪性能好，对工

艺生产具有很好的指导作用，尤其是在工艺参数及产品质量出现大幅度变化和波动时，对工艺操作的指导作用更为显著。

下面列出了一个月的在线分析仪与人工化验的数据，并将个馏点制作成图表进行对比，其结果一目了然。

六．全馏程在线分析仪投用效益分析

按照目前各炼油厂投用在线分析仪后的效果来看，汽油干点可以提高3-5℃左右。据美国权威机构所做的分析计算，汽油干点每提高1℃，其产能提高0.7%。以年处理120万吨原料生产装置投用一台全馏程在线分析仪为例。

假设原来柴油收率为40%，据此计算出120万吨原料生产装置柴油产量为：

120*0.40=48万吨

按照柴油8835元/吨，汽油油10465元/吨，可计算出汽油干点每提高1℃产生的经济效益为：

48*0.7%*（10465-8835）≈547.7万元

因此，按投用全馏程在线分析仪后的最低标准，汽油干点提高3℃产生的经济效益为：

547.7*3≈1643万元

考虑到在线全馏程分析仪的一次性投资约为150万元，则总体的经济效益为：

由上述可知，若投用1台汽油全馏程在线分析仪，每年能为工厂增加1493万元的收入。

同时，若全馏程馏程分析仪取代人工化验，可降低人工化验分析频次。以催化装置为例，原人工化验分析8小时一次，取代人工化验后，仅1周一次，化验频次为原来的1/21。2017年化验分析费用为320万元，其中柴油分析费用为72.6万元，其经济效益为72.6*（1-1/21）=69万元。加上减少人工化验人员的成本支出，取代人工化验后的间接经济效益也不可小觑。

七．结束语

随着石化企业的发展，产品质量的不断提升，各种化验指标也急剧增加，而化验人员数量受限制，化验工作强度增大，为了提高各装置分析的及时性和准确性，减少化验工的劳动强度，在装置现场投用在线分析仪是缓解这一矛盾的最好途径。油品在线分析仪的投用不仅减少实验室化验工的劳动强度，促进了APC先进控制的有效利用，更是为炼厂带来了可观的经济效益。

另外，当前国内各大油田由于经过几十年的持续开采，所产原油的性质普遍趋于劣质化，加大了炼制加工的难度。同时，相关国际组织从环境保护、低碳经济等因素考虑，对石油产品的各项指标制定了更高的标准要求。在此情况下，要保证炼制出高质量的石油产品，必须在炼油加工过程采用有效的技术措施和手段，而在炼油装置馏出口采用油品质量在线分析技术，正是解决这一难题的手段之一。

纵观国际石油检测分析的发展，现场控制分析，馏出口分析施行在线分析是必然的发展趋势和方向，国外发达国家的现场控制分析和馏出口分析全部是在线分析。在做装置的集中控制，先进控制，提高分析的及时性和准确性也必须要上在线分析。

参考文献：

1. 罗海涛，《石化炼厂常减压、催化和焦化等生产装置馏出口油品质量实施在线分析的必要性及近年来的应用情况分析》，《石油炼制过程在线分析的意义及研究应用的未来趋势分析》，第三、四届《中国在线分析仪器应用及发展国际论坛暨展览会-论文集》

【2】武汉华天通力科技有限公司《全馏程在线分析仪应用手册》

作者简介：陈庚晓， 男，1980年2月出生 ，2003年毕于辽宁石油化工大学测控技术与仪器专业，现任中石化天津分公司电仪部 控制系统运维室 主任，高级工程师 ，从事仪表专业技术管理工作，