基于在线色谱谱图的故障诊断及处理

杨金泽

(中原油田分公司天然气处理厂，河南 濮阳 457162)

在线色谱仪是石油化工行业中应用广泛的精密分析仪器，在使用过程中随着各电路板、电磁阀、色谱柱的老化或故障，会遇到各种各样的问题。如果处理不及时，失去了提供可靠数据指导生产的功能。轻则降低主工艺的效率，重则引起主工艺设备、设施的损坏。而问题处理的首要手段是通过色谱谱图进行切入，与正常谱图进行比较、分析并通过辅助方法确认后定位故障。本文列举了几个故障案例，具有一定的典型性和代表性，记录下来，为同行提供参考。

1 在线色谱仪工作原理

由高压气瓶提供的载气，经减压阀减压后通过预热管、检测器的一侧后到达气化室。同时工艺装置中在线获取的样品气通过六通阀进样，在气化室经瞬间气化，被载气带入色谱柱。色谱柱是关键部件，利用待分析组分在可溶性、吸附性、挥发性等方面的物性差异进行组分分离。载气作为移动相进入色谱柱与固定相色谱填充柱接触，很快被固定相溶解或吸附，随着载气的不断通入，被带入的样品气由固定相溶解或吸附又从固定相中挥发或脱附，这个过程反复进行。不同的组分停留时间不同，分离后单个组分随载气先后进入检测器的另一侧。检测器位于色谱柱出口，将组分及其浓度随时间的变化量转为易测量、与各种组分浓度成比例的的传感信号。再通过控制器由就地打印机或RS485通讯线连上PC机后接打印机记录下来[1-5]。

2 现场应用

某天然气处理厂拥有的轻烃回收装置是对油田伴生气进行分离的物理过程，产品有干气、液态乙烷、丙烷、丁烷和天然汽油。在线色谱仪用于对伴生气组分和过程产品纯度的实时在线监测，并依据其质与量的变化指导工艺生产参数和设备进行调整。

3 现场案例

图1 天然气组分谱图Fig.1 Natural gas composition spectrum

处理：现场调整载气压力到规定值，并观察稳压阀工作稳定性，酌情进行修复或更换。

处理：测量3#六通阀是否动作，辨识3#六通阀不动作的具体原因，大概率是六通阀膜片通道堵塞或膜片泄漏，进行膜片或整阀更换。

图2 天然气组分谱图Fig.2 Natural gas composition spectrum

案例2：在走全顺序流路时，stream1(天然气)中出现一个不正常峰，单走stream3(干气)，此峰不见，单走stream1(天然气)，此峰出现。调整阀序，抛开其余流路，只走stream1(天然气)、stream3(干气)时此峰不见。走stream2(干气)、stream3(干气)时此峰不见。见图2。

排查：由于2#六通阀作用为各组分的分离反吹，怀疑出现上述现象的原因是该阀的开关时间漂移，修改2#六通阀的关闭时间，走stream1(天然气)、stream2(干气)、stream3(干气)流路，stream1(原料气)、stream2(干气)显示正常，stream3(干气)流路出现一不正常峰。由此判断该六通阀开关时间失序，导致stream1(原料气)中的组分没有完全被反吹时六通阀关闭，阻断停留的部分组分在下一流路被吹出。

原因：测量电压，发现交流继电器电流时断时续，导致该六通阀的电磁阀动作异常。见图3。

处理：修复交流继电器，上述流路出峰正常。

案例3：主工艺停产，色谱停机。一段时间后随着主工艺的恢复，色谱投用，stream1(原料气)流路图尾部出现一不知名峰。见图3。

图3 天然气组分谱图Fig.3 Natural gas composition spectrum

原因：关其他流路，走stream1(天然气)单流路，杂峰依旧存在。结合工艺实际情况判断在线色谱的管路系统内由于主工艺的检修、置换等原因，混入氮气等其他杂质。

处理：关闭所有流路进样针阀，只通载气运行在线色谱，相当于使用载气进行连续吹扫，5个周期后，再行投用样气，各流路谱图正常。

案例4：stream4(乙烷)流路中出现一未知峰，导致组分报告中分析结果失准，同时steam5(丙烷)流路中的丙烷峰出现平顶。见图4。

图4 乙烷组分谱图Fig.4 Ethane component spectrogram

原因：stream4(乙烷)流路中的未知峰按照保留时间判断应为丙烷，关1#进样六通阀，走stream4(乙烷)、stream5(丙烷)流路，出峰显示正常。由于stream4(乙烷)和stream5(丙烷)两流路都是1#六通阀进样，初步判断是两流路的进样发生了互窜，导致部分丙烷进入了stream4(乙烷)流路，因此将故障点锁定在流路切换电磁阀或1#进样六通阀发生泄漏。

关stream4(乙烷)进样针阀，吹扫两天后，乙烷流路出峰紊乱，最大的特点是出丙烷峰。见图5。

图5 乙烷组分谱图Fig.5 Ethane component spectrogram

关stream5(丙烷)进样针阀，吹扫两天后，丙烷流路出现一不知名双肩峰，并出乙烷峰。见图6。

图6 丙烷组分谱图Fig.6 Propane composition spectrum

因此判断样气互窜发生在进色谱柱之前，排除1#进样六通阀泄漏之后，可判定，是由于stream4或stream5流路切换电磁阀发生了泄漏，导致乙烷和丙烷样气互窜。

处理：更换steam4流路切换电磁阀后，上述两流路谱图恢复正常。

案例5：stream7(轻油)流路中异戊烷i-C5、正戊烷N-C5峰同时后移；

原因：轻质油成分重，凝点高。同时在预处理和加热炉中重点强调样品汽化和稳定流动。应用中多次出现样品未合理汽化，造成气液混合物进样，不能准确出峰，严重时会引发色谱柱污染。谱图上的表现就是保留时间漂移。见图7。

图7 轻油组分对比谱图Fig.7 Light oil component contrast spectrum

处理：利用工艺排液点或在线色谱外接排液口排液，并增加循环时间，同时调整轻油进样量和进样温度。

案例6：stream4(乙烷)流路中出现一不知名峰。见图8。

图8 乙烷组分对比谱图Fig.8 Contrast spectra of ethane components

原因：排查在线色谱的前端进样电磁阀和六通阀均运转正常，进一步检查色谱柱，发现Dual column off时间提前，导致上一流路中的甲烷C1峰没有完全被吹出色谱柱，残留的甲烷在stream4中被吹出，形成一相似组分峰。

处理：逐次按照1 s/次调整Dual column off时间，直至此杂峰消失。

案例7：stream5(丙烷)流路只出现一无名小峰，其他组分峰全部消失。见图9。

图9 丙烷组分对比谱图Fig.9 Contrast spectra of propane components

原因：出现此现象的最大可能原因是没有进样，按照从后往前的顺序拆开本流路中接头，逐步检查进样压力是否正常，最后发现现场取样点减压阀后已经没有压力，但减压阀前丙烷样品气压力正常，判断减压阀泄漏。

处理：更换减压阀，出峰正常。

案例8：stream4(乙烷)流路中各组分峰峰形正常，但保留时间整体后移。同时组分报告中C1含量47.13%，CO2含量52.13%，C2含量0%。与第三方正常组分报告中C1含量3.67%，CO2含量3.95%，C2含量92.31%偏离较大。见图10。

原因：期初判断为保留时间漂移，但修改保留时间后，组分结果仍然偏离，检查发现随着组分峰的漂移，inhibit时间随之漂移，导致虽然组分出峰正常，但并没有被识别捕捉。

处理：依照组分峰出峰顺序修改inhibit时间，并小范围调整保留时间，组分报告恢复正常。

图10 乙烷组分对比谱图Fig.10 Contrast spectra of ethane components

4 结 论

文章中所举案例只是很少的一部分，在线色谱的运行过程中，诸如电磁干扰、灰尘、主工艺污染、温度、湿度、供电等环境条件及操作方法的变化，谱图是最先反映出色谱状态稳定和可信程度的。定期保存完整的谱图报告，可以根据基线噪音和基线漂移，谱峰趋势的变化、峰形的标准度、组分峰的完整度，识别并判断故障。而在进行故障排查处理时，不能一次更换多个部件，应分次、分阶段逐个确定，防止对故障原因的判断失误。