在線氣相色譜分析儀的并聯(lián)測量原理
為了縮短在線氣相色譜分析儀對低溫甲醇洗總硫、CO2等成分的分析周期，需要對該方案的可行性和原理進行分析。在分析可行性方案前，必須對流路進行解釋，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樣品，也可以是用來標定的標準樣品。1臺色譜可以有1個或多個流路(最多19個)，但是在某一段時間段只能有1路待測樣品進入色譜儀進行分析(1個流路對應(yīng)1個采樣點)。
根據(jù)某公司新疆項目、新鄉(xiāng)項目低溫甲醇洗工段，色譜分析儀的取樣點如圖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流路，然而在實際測量中，為一個采樣點，分析兩個組分。目前新疆項目和新鄉(xiāng)項目分析總硫和CO2的周期分別為6min和3min，現(xiàn)在將其配置對比如下。
圖1取樣位置
1、色譜柱配置
色譜柱配置：不管是幾個流路一根色譜柱不可能分離出總硫和CO2，必須在毛細管色譜柱填充不同的固定相。必須單獨設(shè)置不同的色譜柱來對總硫和CO2進行分離。流路配置如圖2和圖3所示。新鄉(xiāng)項目配置兩個流路，新疆項目配置1個流路。
圖2新鄉(xiāng)項目流路配置
圖3新疆項目流路配置
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管色譜柱長度一樣。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，所以長度不一樣，從長度來看新鄉(xiāng)項目的分離效果較好。
表1新鄉(xiāng)項目配置列表
表2新疆項目配置列表
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)，包括閥動作時間、柱箱溫度控制、氣路壓力調(diào)整、檢測器設(shè)置、檢測信號的處理。
序列：是一個關(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：是指一套用以單獨完成一個分析任務(wù)的所有部件的集合體。每個應(yīng)用有獨立的硬件。
3、分析儀氣路配置
FPD檢測器流路柱切圖配置(總硫檢測)中SL1為柱切閥，其中FROM SH為樣氣進口，CAR L1為載氣進口，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，此時具體流程為FROM SH樣氣進口→①→②→LOOP SIZE 760μL→⑨→⑩→TO SH。當SL閥為ON時，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個集團。前面的集團是被測組分，需要進入到柱2進行進一步分離直到全部分開進入檢測器進行定量測量。后面的集團是不被測組分，當前面的集團剛好流出柱1，后面的集團還在柱1內(nèi)時，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的前面集團的介質(zhì)在柱2內(nèi)進行細致分離，因為柱2通常都很長，氣阻較大，因此分析時間多數(shù)都消耗在這個階段。當全部介質(zhì)都流出柱外并被檢測器檢測出來后，一個分析周期結(jié)束了。
CO2用FID檢測器配置柱切與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。
通過對比，新鄉(xiāng)項目與新疆項目色譜分析儀的色譜柱、50閥、檢測器配置一樣，新鄉(xiāng)公司色譜分析儀是按照2個流路設(shè)計的，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)硬件的動作及軟件的配置，保證一個取樣點兩個流量同時工作，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臺氣相色譜分析儀，配置2臺檢測器，分別為FID和FPD。通過安裝調(diào)試，目前通過一臺色譜分析儀可以滿足現(xiàn)場工藝監(jiān)控需求，時間由原來的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問題，以保證調(diào)試的快速性和準確性。
調(diào)試準備工作
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度，減少分析滯后時間，分析小屋的布置要避開強磁場和振動的干擾。
2、輔助氣路，采用管線、標準氣等相關(guān)管線要吹掃到位，同時控制色譜儀表風(fēng)壓力(≥700 kPa)，色譜載氣壓力(≥600kPa)，同時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，太高會損壞分析相關(guān)器件。
3、依據(jù)接線圖檢查是否正確，并對接地進行測量保證可靠性，逐步送電進行檢查。
色譜分析儀的調(diào)試
色譜分析儀在投運前必須經(jīng)過標定等相關(guān)流程，整體的調(diào)試過程如圖6所示，但是在調(diào)試及投運中需要注意幾個問題。
1、正常運行或者準備投運前，載氣的壓力和流量要正常運行，逐步通入樣氣，排凈管道內(nèi)的滯留氣體，因此前幾個周期的分析數(shù)據(jù)是不準確的，需要經(jīng)過幾個周期后，分析數(shù)據(jù)有效。
2、色譜分析儀短暫停運時，為了保證分析儀的穩(wěn)定運行，只需要關(guān)閉樣氣，載氣不停。
3、色譜分析儀關(guān)閉時，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時，應(yīng)先通載氣和樣氣后上電，預(yù)熱2h以上，待分析儀檢測器，空氣浴加熱器，柱箱達到設(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，在分析多個組分時，分析周期較長，產(chǎn)生的滯后時間大，不僅僅對控制系統(tǒng)是一個極大的挑戰(zhàn)。在系統(tǒng)開車期間，會由該問題造成系統(tǒng)放空時間加長，浪費原料。通過與新疆、新鄉(xiāng)基地的對比，在基本不增加成本的同時，簡短了在線色譜分析儀的分析周期，減少滯后時間，有利于控制，并對在線色譜分析儀的安裝、調(diào)試等進行總結(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。
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)
