一種在線環保型密閉取樣器的優化設計

李 愿，周世海，林 海，丁應新，胡亮華

（1.浙江省化工研究院有限公司，浙江 杭州 310023；2.浙江天成工程設計有限公司 浙江 杭州 311100）

精細化工生產過程中不可避免地會遇到過程及成品取樣分析的問題，大多數樣品不僅會污染環境，而且有毒有害、易燃易爆。目前很多化工企業還是采用開放式的取樣方法，例如取樣瓶上部系根小繩，通過人孔吊樣或反應釜底部設置取樣閥，直接打開取樣閥將樣品放入敞開的取樣瓶，像這些敞開式取樣會引發樣品的污染及其準確度的偏差，同時也會造成取樣人員的健康危害和環境污染的問題。

近年來，隨著國家對安全環保要求的日益提高，開放式的取樣方法將逐漸地被淘汰，密閉取樣器越來越受化工企業的歡迎，市場上有很多在線密閉取樣器，但大多數密閉取樣器價格昂貴，價格從幾萬甚至幾十萬不等，而且操作復雜；精細化工一般為間歇反應過程，反應設備為搪玻璃或不銹鋼反應釜，如何設計一套簡單實用，又能實現及時、準確、安全環保取樣的釜式取樣器是化工生產中至關重要的，本文就此目的，在參考相關文獻及技改項目實例，設計了一套安全、環保型的密閉取樣系統器。

本文以筆者所做的一個技改項目為實例：3000 L不銹鋼反應釜，壓力為常壓，溫度為100℃，釜內物料為甲醇、S-縮甘油、催化劑、氫氣等；企業原來的取樣方式為反應釜底部設置雙閥，通過操作雙取樣閥將樣品放入敞開的取樣瓶，這種取樣方式的缺點是反應釜底部與中上部物料成分有偏差，而且敞開取樣會導致甲醇無組織氣體排放，這種傳統的取樣方式不僅污染環境，對人體也有傷害。

為了解決企業存在的問題，為此我們在反應釜頂部設置了一套鋼瓶式的在線密閉型取樣器（如圖1），取樣器容積為0.5～1 L，取樣器材質為不銹鋼（具體材質可根據物料性質來定），取樣器與工藝管線通過法蘭連接；取樣器底部插入反應釜釜內，插入深度可根據實際項目情況調整，但前提要確保能取到樣品。取樣器頂部設置氮氣管（氮氣管線上增加止回閥，防止物料倒串進入氮氣系統）、真空管和放空管，通過操作氮氣管、真空管和放空管上的閥門來實現整個取樣系統的氮氣保護、吹掃和放空，本項目中的氮氣、真空及尾氣收集系統均依托廠區原公用系統，在此不做詳細描述。本項目取樣系統經過優化設計后，大幅度減少取樣過程中溶劑的外排，同時提高了物料分析的準確性。下面將詳細介紹常壓、帶壓兩種工作狀態下反應釜取樣器的取樣操作流程。

1 常壓在線取樣系統

精細化工生產過程大多數為常壓反應過程，取樣時先置換取樣器內空氣 （操作閥2和閥3）；第二步為真空吸料（操作閥1和閥2），第三步為常壓放料至取樣瓶（操作閥4和5）；第四步為余料回釜（操作閥1和閥3）。

圖1 常壓在線取樣系統

該取樣器具有結構簡單、操作方便、取樣精度高等優點。

化工生產也會遇到粘稠反應體系，像樹脂合成反應過程中，整個反應體系的物料比較粘稠，當進行過程取樣分析時物料真空吸至取樣器，取樣器事先未經預熱，溫度一低時會出現物料粘結在取樣器壁上或整個管路中，造成取樣系統的堵塞，難以清洗。解決方法：可將取樣器設置成帶夾套的取樣器，管路設置伴熱管或伴熱帶，以防止物料凝固。

2 帶壓在線取樣系統

化工生產中也經常會遇到中、低壓甚至高壓的反應工藝，易燃、易爆介質，而且中、低壓甚至高壓反應體系在線取樣就非常危險，怎樣才能在不破壞反應體系的情況下及時、安全地取樣是帶壓反應過程控制的重中之重。與常壓反應體系不同，帶壓反應體系一般比較危險，操作不當容易造成火災或爆炸的安全事故。為此我們可在常壓取樣器的基礎上進行改進：首先取樣器采用耐高壓無縫鋼瓶，反應釜及取樣器的根部閥均選用高壓閥門；鋼瓶側面上增設一旁路（如圖2閥6所在管路），將取樣器與反應釜頂部進行壓力平衡，這樣反應過程中可根據需要隨時取樣，而不需要先通過泄壓再取樣。其取樣操作步驟為：第一步先置換取樣器內空氣（操作閥2和閥3）；第二步為壓力上料（利用反應釜內的壓力將物料壓至取樣器之內，即操作閥1）；第三步為先常壓放空，再放料至取樣瓶（先操作閥4，再操作5）；第四步為余料回釜，（操作閥5、閥1和閥3）。

圖2 帶壓在線取樣系統

帶壓在線取樣系統的優點在于：取樣器采用耐高壓無縫鋼瓶密閉收集，可利用旁路與反應釜達到壓力平衡，這有利于余料流回至反應釜。

本文結合工作實例，優化設計了一套安全環保的在線密閉型取樣器，并介紹了常壓、帶壓兩種工作狀態下在線密閉取樣器的設計原理和操作流程，該取樣器環保、安全、易加工，不僅可在反應過程中實現在線取樣，有效地防止有毒、有害介質對操作者的傷害。

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