化工企业中在线色谱仪应用研究

2019-01-16任鹏宇闫垚霖

中国设备工程 2019年24期

任鹏宇，闫垚霖

（内蒙古中煤蒙大公司，内蒙古鄂尔多斯 017000）

1 在线色谱仪的组成和工作原理

通用在线色谱仪由六个基本系统组成：载气系统、采样系统、分离系统、温度控制系统、测量系统和记录系统。在线色谱仪采用物理分离技术，将色谱柱中的各种组分逐一分离后进入检测器检测。为了避免工艺介质中含有对色谱柱有害的组分或一些不需要检测的组分，以及缩短分析周期，色谱仪经常采用切柱技术去除不需要检测的组分，然后微处理器自动计算根据进入检测器的元件产生的信号大小的元件含量值。

2 在线色谱仪的应用

2.1 脂肪酸的测定

对于脂肪酸的测定，许多方法都有缺点，如常用的比色法或滴定法，可能存在适用范围不够或测定范围小的问题。因此，在化学分析过程中，如果要对脂肪酸进行高质量的测定，可以利用气相色谱法来改进以前的一系列问题。气相色谱技术可以提高预测时间，使脂肪酸的测定更加简便，提高了技术的效率和利用率，简便易行。通过对脂肪酸的监测，可以提高优化的质量，详细掌握化学分析中有机物的解释，有利于整个化学分析。

2.2 化学密度与精密度分析

在线色谱法在化学分析中的应用可以提高化学分析的密度和精度，通过合理的配置形成标准气体，通过气相色谱法测定气体的浓度，通过重复性分析化学气体的密度和精度。气相色谱技术可以通过仪器的配合自动分析化学成分，分析结果互不影响。化学分析的参考可以作为一个整体进行测量，避免对其他成分的影响。在化学分析中，还要保证气体在进气过程和燃烧过程中的可控性、安全性和完整性，避免有害或可燃气体的泄漏。力争通过气相色谱技术的应用，减少该工段气体分析过程中数据人工计算的烦琐操作，通过色谱仪的自动采样和分析功能提高生产过程中特殊气体分析的质量和速度，逐步实现化工企业生产过程的全自动化和智能化。

2.3 烃类物质的分析

在化工企业中，特别是在石油化工和煤化工的精煤生产中，会产生许多不同的气体。有必要利用气相色谱技术对这些珍贵的石油化工产品原料进行分析，主要通过四阀五柱全填充柱双热导率检测仪的分析方法。这种方法它很容易使用、应用广泛。实现了烃类气体和永久气体的分离与检测。此外，中国化学研究所还利用气相色谱技术对高纯乙烯、丙烯等气体进行了有效分析，提高了分离精度，取得了良好的分离效果。

3 在线色谱仪常见故障及解决方法

维护和故障排除色谱系统最简单的方法就是不要怕处理各种可能出现的问题，问题的关键是平时采取预防性维修措施，降低故障率。

3.1 气路故障

在线色谱仪的气体循环系统是一个连续的载气操作和封闭的管道系统。气相色谱的气密性、载气流量的稳定性和气体流量的准确性将影响气相色谱的检测结果。

空气系统的主要故障是流量不能稳定调节到预定值。可能的原因有：（1）气路系统漏气或堵塞；（2）减压阀或稳压阀失效；（3）气源压力不足或波动；（4）流量控制阀受到污染或损坏。

以上原因的处理方法：（1）根据气路方向顺序找出气路的具体故障位置，消除泄漏或清除堵塞；（2）更换减压阀或稳压阀；（3）调节气源压力至合适范围，输出稳定；（4）清洗阀门部件，必要时进行部分的更换。

3.2 氢火焰离子化检测器故障

氢火焰离子化检测器是以含碳有机物在氢火焰中燃烧产生的碎片离子为基础，在电场作用下形成离子流。根据离子电流产生的电信号强度，对色谱柱分离的组分进行检测。

检测器不着火，故障原因有：（1）检测器的点火线圈断开；（2）氢气、空气、载气在气路中的流量比例不合适；（3）极化电压不稳定；（4）喷嘴堵塞。

解决方案：（1）更换点火线圈；（2）调整氢气、空气和载气的流量比例关系；（3）提供稳定的电压源；（4）清洗、疏通喷嘴座。

故障原因：（1）氢气、空气、载气中的混有杂质造成气体组分不纯；（2）氢气、空气、载气在气路中的流量比不适当；（3）电气装置接地、屏蔽不良；（3）喷嘴污染；（5）气路系统漏气。

解决方案：（1）更换气源或再生氢气及空气滤清器；（2）调整氢气、空气和载气的流量；（2）检查地线是否接好，有无外电场干扰；（3）清洗喷嘴；（4）消除漏风。

3.3 出峰故障

3.3.1 前延峰

出现故障原因：（1）气体样品在取样过程中出现凝结；（2）气体样品在分析仪色谱柱中冷凝；（3）载气流量过低；（4）进样口汽化温度过低。

相对应的处理方法：（1）增加汽化减压阀保证样品不出现凝结；（2）提高恒温箱温度，缩短进样时间；（3）提高载气流量；（4）提高汽化减压阀温度并减小进样量。

3.3.2 拖尾峰

出现故障原因：（1）色谱柱中存在固体碎屑；（2）色谱柱使用不当或色谱柱效差，样品与载体之间相互作用；（3）色谱柱温度过低。

相对应的处理方法:（1）立柱老化更换新备件；（2）重新选择色谱柱，使用极性强的填料；（3）适当提高色谱柱内部温度。

3.3.3 平顶峰

出现故障原因：（1）超出记录仪的测量范围；（2）流量过大。

相对应的处理方法：（1）改变记录仪的工作范围或减少流量；（2）减少流量。

4 在线色谱仪的维护

由于需要连续生产，在线色谱通常需要全天侯运行，维护人员需要特定的时间对仪器系统进行清洗和维护。一旦维修时间较长，必须根据仪器的实际使用情况，对仪器的关键部位进行彻底的清洗和保养。

在线色谱仪常用于有机物的定量分析。仪器运行一段时间后，容易因静电而吸收更多的灰尘。除了灰尘堆积外，电路板和电路板插座经常被一些有机蒸汽吸附。由于某些有机物的冰点较低，固化后的有机物通常在注入口分离。使用一段时间后，管道内径变薄，甚至被有机物堵塞。TCD 检测仪在使用过程中易受有机物污染。氢火焰离子化检测器长期以来一直被用于有机物的分析，这些有机物往往落在喷嘴或收集器上。

4.1 仪器内部的清洗

在线色谱仪关闭后，打开仪器的侧板和背板，用仪器的空气或氮气吹扫仪器内部的灰尘。清洗后，应使用水或有机溶剂清洗仪器内部的有机污染物。水溶性有机物可以先擦拭，不完全清洁的地方可以用有机溶剂处理。不溶于水或可能与水反应的有机物应使用与水不反应的有机溶剂进行处理。在擦拭过程中，不要对仪器或其他部件的表面造成腐蚀或二次污染。

4.2 电路板的维护和清洁

维护前关闭在线色谱仪电源。首先，用仪表空气或氮气清洁电路板和电路板槽。清洁时，用软毛刷仔细清洁电路板和油箱中的灰尘区域。尽可能戴上手套，以防静电或手汗影响电路板上的某些组件。清洗后，需要查看电路板、印刷电路板或电子元器件的使用情况，看是否有明显的腐蚀。对于电路板上被有机物污染的电子元器件和印刷电路，用浸有酒精的脱脂棉仔细清洗，并擦拭电路板的接口和插槽。

4.3 样品进口清洗

在维护过程中，需要清洗在线色谱仪的样品切断阀、EPC、定量管等部件。玻璃衬套和隔板的清洗：用呆扳手小心地将样品切断阀从仪器上取下，用扳手将切断阀等杂质从阀芯内清洗，清洗过程中不要划伤阀芯表面。也可以直接用丙酮、无水乙醇等有机溶剂清洗、吹扫并使用。

4.4 定量管及EPC 的清洗和注意事项

在线色谱仪分析测量有机物和聚合物时，许多有机物的凝固点较低。在定量管布置过程中，一些有机物在定量管内凝固。

长期使用在线色谱仪后，定量管内径变小，甚至完全堵塞。定量管堵塞后，进样量减小，峰面积变小，分析结果偏低。无论定量管是否堵塞，在维护期间都需要清洁。清洗一般选用丙酮、无水乙醇等有机溶剂。有时用简单的清洗方法很难清洗严重堵塞的调节管和定量管，还需要其他辅助机械方法。选择合适的钢丝厚度，简单疏通分流，然后用丙酮、无水乙醇等有机溶剂清洗。

对于EPC 控制的在线色谱仪，由于长期使用，一些载气中含有的杂质可能进入EPC 模块，随时可能造成EPC 部分气路的堵塞，改变载气输出口压力。因此，在投用载气前一定对载气单元的气路进行检查和吹扫。

4.5 色谱仪检测器的清洁

TCD 检测器在使用过程中可能会被冷凝液或样品中包含的其它物质污染。一旦TCD 检测器受到污染，色谱仪的基线就出现波动，噪声就会增加，检测器必须清洁。

FID 检测器清洗：FID 检测器结果简单、灵敏度高、响应快、线性范围宽、稳定可靠，使用范围广。但是，在长期使用中，喷嘴和集热器之间容易积碳，或在喷嘴和集热器中沉积有机物。对于氢火焰离子化碳或有机沉积，检测器喷嘴和收集器可以用丙酮、甲苯、甲醇和其他有机溶剂清洗。当碳沉积层太厚而无法清洁时，使用细砂纸仔细打磨检测器较厚的部分。研磨时小心不要损坏检测器。初步打磨后，用软布擦拭污染部位，最后用有机溶剂清洗，一般可以消除。