一、概述

在線分析儀器在化工生產中的地位越來越重要,使用在線分析儀進行質量控制、工藝監測和優化是化工生產現代化的重要標志之一。合理選用和安裝在線分析儀表是提高化工產品質量，實現優化控制的保證，也是化工生產取得效益的關鍵^[1-4]。

在乙烯裂解裝置當中，裂解爐是乙烯裝置能耗的核心，其裂解爐的燃燒控制狀況直接決定了裝置的能耗水平和運行效率，直接影響到裝置的效益水平。

目前，在裂解爐的燃燒控制方面一般采用氧化鎬分析儀進行裂解爐的煙道氣氧含量測量，同時裂解爐控制方案當中，一般會采用在線分析儀進行CO含量分析，以監測裂解爐煙道氣中CO含量，從而實現裂解爐燃料燃燒狀況監測，優化裂解爐運行狀況，制裂解爐的燃燒過程，判斷燃料的利用率，爐子的熱效率，提高燃料燃燒效率，消除燃料浪費和熱量損失，進而提高燃料利用效率，同時達到節能環保的目的。

二、裂解爐煙道氣應用的特點

在乙烯裝置的裂解爐分析CO的作用是，對裂解爐燃料的燃燒狀況進行連續監測，控制煙道氣中CO的含量低于一定的參數（一般設計值為100PPm）。

裂解爐的燃料一般為燃料油和裝置產生的可燃燒廢氣，由于燃料清潔，燃燒后煙氣的狀況較為理想，工作溫度一般在120到170攝氏度之間，除氮氣外主要成分是氮氣燃料燃燒后產生的二氧化碳和水，少量的氧氣等除含有少量的顆粒外無其它雜質，是一種較為理想且便于測量的工況，一般情況下設計單位會選擇紅外分析儀抽取煙道氣樣品進行取樣分析測量。

我廠裂解爐裝置目前采用了一臺西門子的LDS6激光分析儀對單臺裂解爐進行煙道氣中的CO含量進行原位分析測量，從而實現對裂解爐燃燒狀況的連續監控，運行以來一直工作正常。

激光氣體分析儀采用的是原位式（或稱直插式）測量技術，在被測工藝管線上直接進行測量。與傳統的抽取式氣體分析不同，原位式分析并不需采樣管路抽取、輸送樣氣，更無需對樣品進行預處理。這樣，激光分析儀的基本配置較抽取式分析儀簡化了許多，西門子公司的LDS6激光氣體分析儀系統（如圖1所示）分為中央處理單元、發射探頭、接收探頭、信號光纜及附件。

根據吉林的氣候條件，在原有的系統基礎上，廠家另提供保溫箱用于冬季對探頭加熱、保溫（見圖2和圖3）。

圖1：LDS6激光氣體分析儀系統示意

由于激光氣體分析儀無需采樣裝置、樣品輸送管線和樣品預處理系統，系統簡單，直接在待測點完成測量，無需樣品采集、輸送及預處理，盡可能地縮短響應時間。

傳統的抽取式氣體分析儀應用時需要了解待測介質的組成，考慮各成分之間可能存在的相互干擾，以此判斷與選擇適合的分析儀種類。激光氣體分析儀發出的激光波長被調制精確等于某種特定氣體的吸收線，所發的單色激光只被掃描光譜范圍內具有特定吸收譜線的特定成分有選擇地吸收，測量過程中沒有任何交叉干擾。相對比傳統分析方法具有更高的精確度。激光分析儀的吸收譜線也可被稱為“單線吸收譜”。

激光分析儀發射探頭所發寬束激光穿過待測煙道，信號經接收探頭獲取，整個光束所穿過的氣體均參與了分析，進行“線”采樣，可最大限度反映整個煙道內CO的真實含量。

圖2：現場安裝的LDS6激光氣體分析儀探頭

圖3：LDS6激光氣體分析儀探頭保溫箱

三、分析儀器選用探討

目前對于裂解爐煙道氣這樣的較為清潔的樣品的連續取樣樣分析的技術已經十分成熟可靠，應用也十分廣泛。但是相對于原位分析來說它的缺點也同樣明顯。

首先，連續取樣分析的實時性受到多方面因素的影響，系統滯后較大，并且由于樣品輸送管道一直工作在負壓條件下，存在樣品管道泄漏樣品收到外界干擾的的可能，樣品滯后也是連續采樣分析的固有特點之一，并且其滯后時間受到樣品壓力、溫度、流量等多方面因素的影響并不穩定，從而對實時采集樣品數據的準確性和精確控制造成不良影響。

其次，連續取樣分析的樣品典型性受到多方面因素的影響，由于連續采樣系統只是對系統的單一位置進行單點連續取樣，雖然在取樣的選擇上可以是理論上的理想點，但畢竟現場工況千變萬化，單點的樣品與現場實際介質還是會產生很大的差別影響分析結果的準確性和客觀性；并且，樣品在采樣和傳輸的過程當中還可能由于外部條件的變化而產生變化，有時這種變化會對樣品的組成成和含量產生明顯的影響，從而影響測量的準確性。

同時，較長的樣品傳輸管線也會引發故障，由于裂解爐在運行過程中需要定期進行清焦作業，此時一部分焦粒會由于采樣系統的抽吸作用進入到采樣和輸送管道當中并可能在停留在管道中的某些位置，進而發生管道堵塞，引發故障;并且，由于煙道氣中含有大量燃燒產生的氣態水，當這些水進入煙道樣品管線當中時，如果管道沒有良好的保溫伴熱就會凝結成液態水，或者與管道內的焦粒和其他雜質混合堵塞管道，或者直接影響儀表測量，甚至損壞儀表。

除此之外，連續采樣分析的樣品預處理系統的安裝與維護費用也是一筆很大的投入，以乙烯裝置的工況為例，如在該點采用連續取樣紅外分析系統，系統中必然設置用于樣品抽吸的抽吸泵并要鋪設從爐頂煙道取樣點到分析間的帶有伴熱和保溫的樣品管線等預處理設施，這將是一筆不小的投入，這些費用相加，基本被抵消了紅外在線分析儀原本的成本優勢；同時由于有較多的可動部件和設備，伴熱系統消耗和其他的設備故障無法避免，會對人員維護和設備后續投入提出較高要求，產生較大后續費用，而采用激光分析儀的系統基本由于沒有采樣系統和可動部件所所需得備件和消耗物料極少，人員維護和檢修內容極少，所以其投資基本上可以一次完成，后續的成本有較大的優勢。