密閉采樣器在煉油裝置采樣系統(tǒng)

改造中的應用

中石化鎮(zhèn)海煉化分公司朱富強

一、背景介紹

國內(nèi)部份煉油裝置都是在《職業(yè)病防治法》實施以前建成投運，由于當時的工業(yè)企業(yè)設計衛(wèi)生標準要求比較低，煉油裝置的采樣系統(tǒng)均為普通開敞式采樣方式，這種采樣方式的特點是：采樣速度較快，但因采樣管存在死區(qū)，所以每次采樣都需要進行前期置換，將前期存在于管道或采樣管中的死區(qū)介質(zhì)進行置換，使樣品更具代表性。存在的問題：一是置換介質(zhì)較多，浪費產(chǎn)品；二是將置換剩余的液體介質(zhì)直接到入地面污水溝后，又造成二次環(huán)境污染三是酸性氣、干氣、富氣等(以下簡稱氣相)介質(zhì)直接向環(huán)境排放，污染環(huán)境。而芳烴物質(zhì)又很容易揮發(fā)，采樣工在采樣過程中直接暴露于所采介質(zhì)的環(huán)境之中，對工人的健康造成直接傷害。根據(jù)《職業(yè)病防治法》和勞動衛(wèi)生的要求，對于有毒物質(zhì)的防護措施應盡量采用密閉化，避免直接操作，使作業(yè)場所的有毒物質(zhì)濃度或者強度符合《工作場所有害因素職業(yè)接觸限值》，避免職業(yè)病的發(fā)生。近幾年來，鎮(zhèn)海煉化公司對相關煉油裝置的苯類物質(zhì)和酸性氣采樣系統(tǒng)進行了階段性的專項整治，利用裝置停工檢修時段,對采樣系統(tǒng)進行了密閉采樣的改造，經(jīng)過近幾年的改造，該公司的液相組份(主要是含苯介質(zhì))和大部份氣相組份的采樣方式都已改為密閉采樣，有效地保護了操作人員的身體健康。

1、密閉采樣器概述

密閉采樣首先保證了揮發(fā)性介質(zhì)不直接排放到大氣中間，因此它是一種符合化驗需要也符合安全規(guī)范的采樣方式。應用密閉采樣器采樣可有效杜絕采樣人員吸入揮發(fā)性介質(zhì)的可能性，減少職業(yè)病的發(fā)生、保護采樣工的生命安全。還可解決原先死區(qū)置換排放，采樣點附近環(huán)境污染的問題。在鎮(zhèn)海煉化的部份生產(chǎn)裝置中，苯類物質(zhì)的采樣分析占了很大比例，因苯是高毒物質(zhì)，長期接觸對人體具有致癌、致畸、損害造血細胞等危害；而氣相組份中的酸性氣、干氣等成份復雜，含多種有毒、有害物質(zhì)，人體直接接觸極易發(fā)生中毒事故。因此，對部份裝置的含苯液相和酸性氣等氣相介質(zhì)的密閉采樣是非常必要的。

2、密閉采樣器簡介

由于鎮(zhèn)海煉化公司部份煉油生產(chǎn)裝置建設較早，現(xiàn)場許多采樣點都不具備安裝密閉采樣器的工藝條件，各采樣點介質(zhì)情況也千差萬別，有的采樣點附近沒有回路，有的采樣口的壓力非常低甚至負壓。所以同一型號的密閉采樣器是不能完全適用的，需要針對不同采樣口的具體情況進行定制，對密閉采樣器還有一定的技術要求，具體要求如下：要求密閉采樣器離線安裝，原有的采樣口暫時保留；采用一體化箱式結(jié)構(gòu)，外型尺寸盡可能小，安裝位置比較開闊，不得影響裝置操作；管線布置美觀大方，管材必須耐腐蝕；采樣瓶底部必須安裝托盤支架，避免采樣時脫落；根據(jù)不同采樣點采樣量的不同，要求配備不同型號大小的采樣瓶；在沒有低壓瓦斯回路的采樣器尾部必須安裝活性碳吸附罐；能用氮氣吹掃的必須安裝氮氣吹掃系統(tǒng)等。目前安裝在鎮(zhèn)海煉化公司部份煉油裝置的密閉采樣器主要有產(chǎn)品氣相、產(chǎn)品液相、污水采樣等三種,其中產(chǎn)品液相密閉采樣器根據(jù)采樣口的壓力差分為低壓(無壓差)和高壓二類密閉采樣器，其中低壓密閉采樣器又分為低壓有壓差和低壓無壓差二種；產(chǎn)品氣相密閉采樣器又根據(jù)采樣器壓力狀況（如高壓、常壓、微壓、負壓等）、樣品濃度、采樣量多少等因素可分為鋼瓶采樣、氣囊采樣、針筒采樣等3類密閉采樣器。各種不同類型密閉采樣器的適用范圍和采樣原理如下：

（1）液相密閉采樣器

該密閉采樣器主要根據(jù)采樣點和回樣點的壓差狀況進行分類，其中有壓差密閉采樣器的介質(zhì)進、出管線必須存在一定的壓力差（根據(jù)采樣口壓力大小，又分為高壓和低壓液相密閉采樣器，以1.0MPa為分界），在非工作狀態(tài)下介質(zhì)的流動對裝置的生產(chǎn)無影響；無壓差密閉采樣器的進出介質(zhì)不具備一定的壓力差或在非工作狀態(tài)下介質(zhì)的流動對裝置的生產(chǎn)有影響。

（2）氣相密閉采樣器

該密閉采樣器也是根據(jù)采樣點和回樣點的壓差狀況進行分類，其中鋼瓶密閉采樣的進出口必須存在一定的壓力差，針筒和氣囊密閉采樣主要針對采樣管壓力為微壓甚至負壓的狀態(tài)下使用

二、內(nèi)涵及做法

1、現(xiàn)狀調(diào)查

鎮(zhèn)海煉化分公司煉油五部PX裝置和煉油一部芳烴抽提裝置及其他含苯類物質(zhì)的采樣器，由于裝置建設較早，原設計基本沒有采用密閉采樣，化驗分析人員采用直流式采樣，這種采樣方式會對作業(yè)環(huán)境和操作人員身體健康造成一定影響。上述裝置采樣過程中散發(fā)到作業(yè)環(huán)境的有毒物質(zhì)主要以苯類物質(zhì)為主，主要有苯、甲苯、二甲苯等。其中苯是一種無色、具有特殊芳香氣味的液體，易揮發(fā)，易燃，其蒸汽與空氣可形成爆炸性混合物，遇明火、高熱極易發(fā)生燃燒爆炸，與氧化劑能發(fā)生強烈反應，易產(chǎn)生和聚集靜電，有燃燒爆炸危險。同時苯為致癌物，其蒸汽有毒，按《職業(yè)性接觸毒物危害程度分級》（GB5044-85）中有關規(guī)定為I級（極度危害）物質(zhì)，急性中毒在嚴重情況下能引起抽筋，甚至失去知覺；慢性中毒能損害造血功能。工作場所空氣中化學物質(zhì)短時間接觸容許濃度為10mg/m3（GBZ2.1-2007工作場所有害因素職業(yè)接觸限值 第1部分：化學有害因素）。其他類苯類物質(zhì)甲苯、二甲苯為III級（中度危害）物質(zhì)，在生產(chǎn)過程中的主要危險和共同有害因素是：易燃，與空氣混合能成為爆炸性混合物。遇到火種、高溫、強氧化劑時有引起燃燒爆炸的危險。其蒸汽比空氣重，能沿低處擴散相當遠，遇明火會回燃。對皮膚、粘膜有輕度的刺激作用，對中樞神經(jīng)系統(tǒng)有麻醉作用。工作場所空氣中化學物質(zhì)短時間接觸容許濃度為100mg/m3（GBZ2.1-2007工作場所有害因素職業(yè)接觸限值 第1部分：化學有害因素）。

對此，鎮(zhèn)海煉化分公司于2006年成立了密閉采樣器研制技術攻關小組，經(jīng)過多年研制和現(xiàn)場長周期實際運行，確認該產(chǎn)品技術已經(jīng)成熟，可以達到推廣應用階段后，鎮(zhèn)海煉化分公司于2009年對煉油五部PX裝置、煉油一部芳烴抽提裝置及其他含苯類物質(zhì)生產(chǎn)裝置如企業(yè)的產(chǎn)品及中間介質(zhì)含苯類物質(zhì)采樣點采用液相密閉采樣器的技術改造。在此基礎上，又于2010年對含硫化氫的氣相物質(zhì)采樣點安裝氣相密閉采樣器技術改造。改造后的密閉采樣器能對管道內(nèi)工藝狀況下的含苯、含硫化氫等有毒、有害、易燃等危險的中、低壓液相、氣相介質(zhì)進行無泄漏采樣，確保了樣品的代表性、準確性。

2、安裝方式和數(shù)量

采樣器根據(jù)流體動力學原理設計而成，利用安裝在輸送流體管道中的節(jié)流件所產(chǎn)生的壓差，驅(qū)使旁路中的流體循環(huán)，循環(huán)旁路中安裝有特殊設計的采樣閥，徹底消滅了一般采樣閥前的流動死區(qū)，從而使得無需排放積滯流體便于工作可隨時采得新鮮樣品。該采樣器使用近五年來，有關技術指標均符合設計要求；現(xiàn)場采樣操作簡單方便，樣品采集準確，而且循環(huán)密閉采樣，采樣速度快、操作時間短，密閉性能好，整個采樣過程無有毒有害物質(zhì)泄漏，滿足了職業(yè)衛(wèi)生技術規(guī)范要求。有效地保護了職工的身體健康。經(jīng)過二次較大規(guī)模的技術改造，基本消除了煉油裝置高毒介質(zhì)的自流式采樣點，全部按要求安裝密閉采樣器。2009-2010年共安裝75臺密閉采樣器，其中含苯液相密閉采樣器共55套，分別安裝在PX-歧化裝置、苯抽提裝置、Ⅰ芳烴抽提裝置、三重整裝置等。氣相密閉采樣器共20套，分別安裝在加氫裝置、常減壓裝置、、催化裝置、加裂裝置、焦化裝置等，其中氣相鋼瓶密閉采樣器5套，氣相針筒密閉采樣器5套，氣相氣囊密閉采樣器10套。

三、持續(xù)開展技術攻關，推進技術進步，提高密閉采樣器的使用可靠性

1、采樣器存在問題和持續(xù)改進

公司在密閉采樣器長周期使用過程中還存在的一些問題，主要有個別液相密閉采樣器采樣針旁會出現(xiàn)小液滴的泄漏，氮氣閥開關不太靈活，密封墊圈壽命有限，很易破損等現(xiàn)象。氣相密閉采樣器主要是焦化裝置脫前干氣和脫前液態(tài)烴因介質(zhì)中含較多焦粉，將采樣口堵塞，使得采樣瓶與接口卡澀不靈活影響使用；硫磺裝置因處理含氨酸性氣，采樣器引線銨鹽結(jié)晶比較嚴重，堵塞采樣管線。所有這些問題，都需要在今后的實踐中進一步持續(xù)改進。

2、因工藝變化調(diào)整尾氣排放方式

煉油五部PX裝置原設計密閉采樣器的尾氣直接進低壓瓦斯系統(tǒng)管網(wǎng)（吹掃至火炬），當時未考慮到火炬背壓易造成采樣瓶爆瓶，存在一定的安全隱患。針對這種情況，煉油五部對已安裝的34臺密閉采樣器的尾氣系統(tǒng)進行了改造，將原進火炬系統(tǒng)的回路全部脫離，回路管線加盲蓋或管帽封堵，加裝活性炭吸附罐；除反洗、T403頂、T403底因工藝改造停用外；其余全部正常使用。

四、密閉采樣器應用狀況

1、使用的便利性

從使用情況看，液相密閉采樣器采樣系統(tǒng)操作簡單、便捷，一次采樣耗時約半分鐘左右。由于樣品一直處于循環(huán)狀態(tài)，從根本上解決了原先死區(qū)置換排放的問題，因此采樣的代表性較好，能夠確保樣品分析準確。由于是密閉采樣，可有效減少有毒物質(zhì)的外泄，采樣時基本無異味，尾氣通過接入低瓦系統(tǒng)或活性炭吸附方式處理，消除了有毒有害物質(zhì)向大氣泄漏的可能性，減少了環(huán)境污染，保障職工的身體健康，采樣人員也反映采樣點附近原先較重的芳烴氣味沒有了。此外，密閉采樣器的各組件、管線均采用耐腐蝕材料（如304、316、316L不銹鋼），采樣瓶為玻璃瓶，密封件材料為聚四氟乙烯與氟橡膠 O 形圈。可確保設備的長周期使用。氣相密閉采樣器的采樣時間：針筒約1分鐘左右，氣囊約0.5-2分鐘，鋼瓶約2分鐘左右，針筒采樣比鋼瓶采樣操作簡便、快捷，還可直接注射到色譜儀等化驗儀器內(nèi)。氣囊作為樣品載體的采集。具有樣品載體輕、便于攜帶、成本低的特點，氣相密閉采樣器的特點有：安全性能高，其中高壓介質(zhì)的針筒與氣囊采樣都通過減壓閥降壓，確保采樣人員在低壓狀態(tài)下操作。鋼瓶采樣的部件質(zhì)量較可靠，安全性能也相對較好。氣相密閉采樣器的密封性能好，所有閥門、快速接頭等均為進口專業(yè)廠家生產(chǎn)，密封可靠、故障率低、使用壽命長。

2、現(xiàn)場作業(yè)環(huán)境狀況

為更好地驗證密閉采樣器使用時對作業(yè)環(huán)境的影響，我們對部份密閉采樣口附近作業(yè)環(huán)境進行了苯和硫化氫的檢測，檢測結(jié)果見表1，由表可知, 各采樣口附近環(huán)境的苯和硫化氫空氣中濃度均未超過GBZ2.1 -2007《工作場所有害因素職業(yè)接觸限值 第1部分：化學有害因素》的限定，符合國家職業(yè)衛(wèi)生要求。說明密閉采樣器的密閉性能良好，無泄漏現(xiàn)象，達到保護職工身體健康的目的。

表1   密閉采樣器采樣口附近化學有害因素檢測結(jié)果

五、結(jié)論

鎮(zhèn)海煉化公司原生產(chǎn)裝置新安裝的密閉采樣器，經(jīng)過近5年的運行，總體來看，液相密閉采樣器的性能穩(wěn)定，在使用過程中沒有出現(xiàn)大的問題，只要加強現(xiàn)場巡檢和維護，可以確保長周期運行。氣相密閉采樣器在運行過程中，大部分使用良好，但個別采樣點因采樣介質(zhì)雜質(zhì)較多、成份復雜，出現(xiàn)采樣口堵塞、結(jié)晶等現(xiàn)象，仍待以后逐步完善改進。總之，密閉采樣系統(tǒng)的使用效果是值得肯定的，盡管比原先開敞式采樣的時間要長，工藝也要復雜，但采樣人員對密閉采樣器還是非常歡迎的，自從安裝了液相密閉采樣器后，該公司相關裝置采樣口邊用于傾到殘液的采樣桶已全部取消，采樣過程中現(xiàn)場有毒的芳烴氣味也基本沒有。在進行氣相采樣時，為了置換管線和采樣瓶內(nèi)的殘余介質(zhì)，不需將有毒介質(zhì)直接向環(huán)境排放。在安裝密閉采樣器的采樣口附近，經(jīng)現(xiàn)場檢測，有毒有害物質(zhì)濃度都小于國家職業(yè)衛(wèi)生標準要求。密閉采樣器可以做到既安全又環(huán)保，有效保護操作人員的身體健康。

六、持續(xù)改進

為進一步推廣密閉采樣器的使用范圍，公司于2014年對對煉油一部、煉油二部、煉油三部的含硫污水、急冷水、酸性水等含較高硫化氫物質(zhì)的污水采樣口增設了22臺密閉采樣器，這批采樣器目前正在安裝和投運之中。下階段，對新建裝置在職業(yè)病防護設施設計審查階段嚴格把關，必須按《工業(yè)企業(yè)職業(yè)衛(wèi)生設計標準》（2010）要求安裝密閉采樣器外，對老裝置進一步排查，一些含高毒物質(zhì)的采樣口繼續(xù)進行整改，對已使用的密閉采樣器加強檢查，維護好，使用好，確保職工的身體健康。