汽油在线调合分析系统的应用与优化

孙媛媛，徐承甫，于达洋

(浙江石油化工有限公司， 浙江 舟山 316000)

随着进入现代社会人们对环保越来越高度重视，国务院中央纪委常务会议明确提出，部署深入贯彻实施我国城市保护蓝天空气环境质量保卫战三年行动计划，持续改善我国城市蓝天空气质量，要求2019年1月1日起全国全面供应符合国六标准的车用汽柴油。国内各大中型炼油厂为满足汽油质量升级要求，建设了大量的重整、芳烃抽提、苯抽提、催化汽油加氢、MTBE、烷基化等装置，进一步降低汽油中的烯烃、芳烃、苯含量，硫含量等，使汽油出厂质量达标，并完善或升级了汽油调和系统，以期在保证质量的基础上，严控指标过剩，降低调和成本，增加效益[1]。

1 在线调和

汽油在线调和是根据产品的质量指标和组份现实指标来实况计算调和成品油[2]，是每一个炼化公司生产合格汽油产品的必备工艺。实现汽油在线调和，及时调整各组分和添加剂的配比，能高质量的保证成品汽油的质量和满足不同牌号灵活出厂的要求，节约成本，获得最大的经济效益。在汽油调和过程中，在线分析仪系统的作用至关重要，其作用是进行组分汽油的检测，也可用于检测成品汽油，它是独立的系统，可判断汽油的性质，并将检测数据信息及时传递给软件系统，软件系统通过这些数据进行汽油的自动调和与优化[3]。因此，整个在线调和系统的核心是在线分析系统。

2 系统结构

ZPC的在线调和系统(图1)包含两部分，一是自动在线调和软件系统，包含调和调度、调和指令、调和优化控制、调和比例控制四个模块；二是在线分析系统，其包含在线傅里叶近红外分析仪-预处理系统(SHS-FTIR：AE2001、2005、2007)、近红外+总硫预处理系统(SHS-FTIR +TS：AE2009、2010、2011)。

图1 在线调和及分析系统结构图

2.1 在线调和软件系统

调和优化控制模块能对在线系统进行自动调和，并对系统进行非线性自动调和优化，是在线调和优化的非线性优化器。它基于先进的组分质量属性优化数据分析计算技术，根据组分过程产品的主要质量指标，组分的资源用量和成本，组分的资源持续性和组分过程产品质量指标等因素来精确化的计算产品组分质量调和器的质量属性。调和过程控制管理优化产品质量过程，调和优化控制模块在具备能够充分满足企业产品质量过程控制管理指标的基本需要条件前提下，立即可用于进行有效的调和优化[4]。调和优化控制模块优化器每个控制周期运算一次，根据分析仪的反馈信号调整配比，每次优化后的配方自动下载到调和比例控制模块用以调整各组分的比率。

调和产品比例控制管理模块主要负责管理从控制调和比例开始到控制结束的整个顺序控制管理过程,确保被控制调和比例产品的各项质量指标完全符合产品质量控制要求。调和产品时的比例控制输入模块自动调和的比例设定值可以来自基于调和比例优化器的控制输入模块或通过手动控制输入。

在调和比例控制之下，各资源组分供料泵和各种添加剂供料泵按照既定工作程序同时启动，流量管理控制器也根据系统给定控制信号顺序进行内部流量自动控制。在产品调和的各个使用阶段，都一定要要注意严格控制各资源组分和各种添加剂的混合流量和配比，确保准确地按照比例进行混合。此外，该模块还主要负责分析仪在线信号的实时处理和其他电子设备发生故障的实时处理，负责给用户提供一个在线化的属性系统分析仪应用界面，显示属性分析仪在线信号，计算在线属性的基本统计值(如温度平均值)和计算属性的统计偏差。调和属性优化时的控制处理模块可以利用信号分析仪的反馈控制信号，也可用来进行调和时的优化或对属性进行补偿的控制[4]。

在线近红外调和分析仪实际应用测量过程中可按需先将汽油进行有效调和解析分组，并对其组分进行调和测量，然后再按需将整个测量过程所得的调和分析数据结果实时传送至汽油油品调和组分优化控制管理系统当中，进而可以实现多种不同组分类型油品的相应测量指标的有效调和测定。

该系统采用多变量调合工艺，实现多个汽油组分按程序控制进行自动比例调合，调合出 92#、95#、98#三个牌号汽油。系统设专用组分调合泵，各调合支线设流量及压力控制，调合总管设置静态混合器，用于调合出成品汽油。

2.2 近红外分析仪-预处理系统(SHS-FTIR)

近红外光谱分析仪是一种利用新的干涉光谱图和红外光谱之间的一种对应测量关系，通过计算测量新的干涉光谱图和对应的干涉光谱图数值进行傅立叶积分函数变换的一种方法应用来测定和分析研究新的光谱进行解学分析。其中“Wishbone”干涉仪是叉骨双悬臂结构、弹性钢片支撑、无摩擦力、无磨耗，高抗振性且永久准直，更加的稳定和可靠，从而保证了模型的无缝传递。它具有适应国内主要调和组分和汽油成品的RON、MON、抗爆指数、烯烃含量、苯含量、芳烃含量、氧含量、馏程、密度和蒸气压性质的近红外基础校正模型。

由于红外分析是光谱分析，因此温度对红外分析结果影响极大，水在红外波段具有广泛的吸收，再加上杂质(散射)、气泡(流动状态)等因素的影响，近红外分析必须降低和消除以上影响因素。即从待测装置中的主流传输路径中引出一条样品旁路，将待测样品直接导入预热化处理系统，控制待测样品的处理压力、温度和样品流量，脱除样品水分和机械杂质，滤除待测样品中的惰性气泡，待测样品随后直接流入一个后置的样品流通池内，同时光经微波光纤从前置光源前端传输样品到后置的样品流通池内，经由待测样品光谱吸收后再将光传输样品到实验光谱仪，光谱仪经过检测后可得到实验样品的光谱吸收率和光谱(图2)。

图2 预处理系统示意图

2.3 近红外+总硫预处理系统(SHS-FTIR+TS)

在线总硫分析仪主要部件包括样品注入阀、载气流控制系统、混合腔、热解炉和脉冲紫外荧光检测器(PUVF)，用于检测油品或者天然气中的额总硫含量。分析原理为样品注入阀周期性输送少量(约1微升)的样品与载气(仪表风)混合，仪表风/样品混合物进入混合腔与仪表风充分混合、并且完全气化，然后进入该分析仪的热裂解炉。在热裂解炉中大约1100 ℃温度下，所有样品组分转化成SO2、CO2和H2O。在转化过程里产生的SO2直接比例与石油产品中的总硫含量。配置PUVF探测器的分析仪精确测量在转化过程里产生的SO2的数量。进入PUVF探测器分析腔的SO2分子被紫外线(UV)照射。吸收UV的SO2分子进入激发状态；处于激发态的SO2分子处于较高能态并且会通过发射光线(荧光)很快释放能量返回原始能量级或基态，这一过程称作荧光性。由SO2分子释放出的荧光的强度直接比例与SO2分子的浓度。脉冲式的UV提供了更高的能量传递给被测样品，这增加了特定浓度SO2分子的荧光强度，这种方法能够全面提高仪表的灵敏度。使用光电倍增管(PMT)检测所产生的特定的波长的光线强度，PMT通过转换原理把光线的强度转化为电信号的大小，由PMT产生的信号通过分析仪电路和软件的处理后，生成样品中总硫浓度的报告，精确显示样品的总硫含量。

样品预处理系统包含快速回路，设有隔离阀球阀、自清洗过滤器、细过滤器和稳压阀、压力表及用于校验的三通阀。主要作用是调整系统温度、压力状况，并对汽油流速进行控制。由于在线调和需要设置多个不同的测量流路，进而实现对组分油或成品油的分别测定，因此，在各个测量流路中都要进行预处理系统的设置，并确保各个系统可以独立工作，以免出现流路交叉问题而导致测量结果不精准[5]。

3 应用分析

汽油在线调和数据分析管理系统自投用以来稳定可靠运行、使用方便、自动化应用程度高，大大程度改善了汽油调和分析进度，并大大提高了经济效益。汽油质量指标管理可以实时按照汽油市场需求进行卡边调和操作，杜绝汽油质量过剩，调和一次成功率高。但也出现过分析不准确、DCS不实时更新等问题。经过对分析仪、供油管路、和预处理系统(图3)排查，发现样品预处理系统的过滤器(TF)滤网仅能维持2小时的使用寿命，滤网堵塞导致样品流通不畅，分析结果有误。

图3 单个流路样品预处理流程图

原设计此处为T型过滤器，不锈钢滤芯，由多层316金属网烧结在一起而形成的一体式多孔元件。滤网非常细小，滤芯是典型的使用表面涂层过滤，污染物会完全保留在所过滤材料层中的表面。该系列T型过滤器过滤孔的面积小，没有排放口，当介质有微量颗粒或胶质物时极易堵塞，其更适用于空分等装置，而不适用于汽油组分。因此，在使用过程中引起过滤器快速堵塞，影响在线调和分析，误导技术人员调和出不合格产品。

4 解决方案及效果

在原有管路和过滤器设计理念不变的情况下，选用过滤面积更大的T型过滤器，且在下方设排放口，颗粒、胶质物能通过排放口排放，有效延长了滤芯的使用寿命。同时将原来的 0.5 μm的过滤精度提高到0.1 μm，过滤面积提高到原来的7倍，滤芯材质由不锈钢更换为硼硅酸盐玻璃微纤维，此滤芯对 0.1 μm颗粒的去除率大于99.99%，且造价更低。

图4 预处理系统改造对比

自投用以来，在调和同等负荷情况下，滤网的使用寿命由原来的2小时延长到30天，通过20个盲样来验证成品汽油流路在线调和分析系统的分析数据与实验室化验结果的一致性，超过了95%的置信水平，其重复性和再现行均满足了设计要求。

表2 成品汽油分析参数性能指标

再现性-在线仪表(实验室仪表)与实验室人工分析对同一样品的测量误差。

(5)通过与机封生产厂技术人员沟通，决定将该机封的安装工作高度转换成检修人员容易理解接受、并且更方便测量的压缩量，并且保证每次检修后机封的压缩量为转换以后的标准值2.5±0.5mm，进而解决因压缩量过大造成机封过早失效的问题，并且将此标准列入设备检维修作业规程中，为以后的检修作业起指导作用[6]。

(6)针对碱液易结晶、结晶物堆积造成机封补偿机构阻塞的问题，与生产车间技术员沟通，建议把备用泵的出入口阀关闭，将泵体内介质吹扫干净，消除碱液结晶造成机封失效的问题，切泵时再按机泵开车流程进行备用泵的启动，保证备用泵的完好。

5 结 语

通过技术改进，新鲜碱液补充泵运行良好，机械密封、轴承运行周期大大提高，为生产装置产品质量和产量提供了可靠保障，消除了安全隐患。该泵现已连续稳定运行23个月，在此期间未进行过停车检修，技术改进取得了非常好的效果，节省了设备维修费用，降低了检修人工成本，同时，保证了装置正常生产，为设备长周期运行奠定了坚实基础。在今后的工作中我们将加强巡检，加强设备日常维修巡检工作，严格执行设备管理制度，严把检修质量关，将每次检修记录及时记入设备技术档案，以备以后检修时参考使用，保证装置的安稳长满优运行。