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在線TOC分析儀在石化行業中的應用及防爆配套設計

文檔作者：張珂1 劉智龍 2 文檔來源： 1. 中國石油化工股份有限公司巴陵分公司 2. 美國哈希公司		更新日期： 2026年05月17日	點擊數：
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2021 年第 37 卷第 3 期
★　石油化工安全環保技術　★
PETROCHEMICAL SAFETY AND ENVIRONMENTAL PROTECTION TECHNOLOGY 21
石油化工行業用水量很大，取水量中約 40%
是用于循環冷卻水的補充水，約 40% 制成軟化
水和脫鹽水等作為工藝用水或作鍋爐的給水，
鍋爐發生蒸汽后供生產裝置使用，取水量中的
10%~20% 用于輔助生產用水和其他用水。在各
個生產工藝階段，對于水質指標都有嚴格的控制
要求。同時，石油化工企業也是重點控制的排污
單位，對于廢水處理流程和排放，也有嚴格的水
質指標要求。
由于石油化工生產的半成品、成品均為含碳
的有機化合物，因此作為以碳的含量表示水體中
有機物質總量的綜合性指標，TOC（Total organic
carbon 總有機碳）在石油化工生產中是一項重要
水質指標。由于一切有機物都含碳元素，測量總
有機碳 TOC 比 BOD、COD 更能直接反應介質中
有機物的總量，同時測量的響應時間更快，更有
利于過程控制應用。
1　Biotector 在線 TOC 分析技術
TOC 常用的分析方法是通過氧化有機物轉
化成二氧化碳，使用 NDIR 非發散紅外檢測器
檢測二氧化碳濃度并換算成 TOC 濃度。哈希的
Biotector TOC 采用羥基自由基的專利二級先進氧
化法，能很好地測量含有鹽、顆粒、脂肪和油脂
的樣品。
收稿日期：2020-07-14
作者簡介：張珂，男，1997 年畢業于湖南廣播電視大
學計算機應用專業，主要從事儀表管理工作，現任己內
酰胺部儀表車間主任，工程師。電話：0730-8503080，
E-mail: zhangke001.blsh@sinopec.com
在線 TOC分析儀在石化行業中的
應用及防爆配套設計
張　珂 1，劉智龍 2
（1. 中國石油化工股份有限公司巴陵分公司，湖南 岳陽 414000 ；
2. 美國哈希公司，北京 100006）
摘　要：近年來，隨著我國石化行業的飛速發展，在線 TOC 分析儀越來越多的應用在石化企業
的生產工藝過程中，以達到節能減排的目的。簡要闡述了 TOC 分析儀的測量分析原理，以及在石化裝
置水處理工藝系統中的應用。同時，介紹了幾種常見的 TOC 分析儀的防爆技術及設計方案，對防爆型
TOC 分析儀的推廣應用具有一定的參考價值。
關鍵詞：TOC 分析儀　節能減排　防爆設計
如圖 1 所示，Biotector TOC 的分析測量過程
可以描述為以下 5 步：
1）取樣。將具有代表性、未經過濾的樣品
用泵輸送到分析儀里。
2）TIC 檢測。加入酸以降低 pH，無機碳以
CO2 的形式被吹掃出來。檢測 TIC 的目的是確保
它沒有被帶入 TOC 中。
3）氧化。BioTector 的專利氧化法 (TSAO)
用于實現樣品的完全氧化，包括把有機碳轉化為
CO2。
4）TOC 測 量。加入酸，再一次降低 pH。
CO2 被吹掃出來，由 NDIR 檢測器進行測量，結
果以 TOC 方式給出。
5）清洗。在每一次測量循環中，整個系統
完全自動清洗。
2　在線 TOC 分析儀在石化行業中的應用
石化工業的用水主要有循環冷卻用水、熱力
★　石油化工安全環保技術　★ 22 2021 年第 37 卷第 3 期
（鍋爐用水）和工藝用水、輔助生產和其他用水
3 部分，廢水的來源主要來自各個工藝的生產廢
水和廠區內生活污水等。在不同的應用中對 TOC
技術要求也不同。
2.1　循環冷卻用水
石油化工生產中，從原料到產品，包括工藝
過程中的半成品、中間體、溶劑、添加劑、催化
劑、試劑等，具有高溫、深冷、高壓、真空等特
點，在工藝過程中需要通過熱量交換進行冷卻或
加熱，需要使用大量的循環冷卻水，這些介質多
以氣體和液體狀態存在，極易泄漏和揮發。如果
熱交換過程中發生介質泄漏，一方面由于這些介
質具有易燃、易爆的特點，容易形成爆炸條件，
會造成生產設備運行的重大安全隱患；另一方
面，循環冷卻水受到泄漏介質的污染后，會影響
后續水處理設備的運行安全和處理效果，降低循
環冷卻水的使用頻率和效率，增加用水量，以及
降低熱交換的效率。
通過在線監測循環水的 TOC 數值，首先可
以連續監測循環水是否受到介質泄漏污染，及早
發現安全隱患；其次，監測了解循環水的水質，
可以自動控制補水或加藥等處理措施，提高循環
水利用率，有利于節能減排。
2.2　熱力（鍋爐）和工藝用水
石油化工生產的熱力和工藝系統用水等級
和類別較多，可分為鍋爐給水、蒸汽、熱水、純
水、軟化水、脫鹽水、去離子水等。高壓鍋爐對
給水的水質要求非常高，因此補水的成本也很昂
貴，如果熱交換后產生的高溫冷凝水氣中有機物
圖 1　二級先進氧化法測量流程
含量、油含量等水質指標低于允許值，就可以將
高溫冷凝水氣直接送回高壓鍋爐作為補水，可以
節約大量水資源和熱能，從而降低高壓鍋爐的運
行成本。
對于工藝用水，往往以蒸汽形式參與生產
反應，因此工藝用水（蒸汽）的品質影響了生產
反應的過程、生產產品（中間體、成品等）的品
質。通過在線測量工藝水（蒸汽）總有機碳等水
質指標，對于產品的生產過程控制有著重要影響
作用。
2.3　其他用水和廢水應用
石油化工生產過程中的工業廢水往往含有大
量有機污染物，一般都具有毒性、致癌性等環境
危害性，如果不經過處理直接排放進入環境，將
會引起嚴重的環境問題。在處理過程中，通過在
線 TOC 測量，可以及時了解水質狀況，優化污
水處理工藝；可以在排放口監控污水達標排放，
有利于減少企業的污染排放量，降低環境污染和
危害。
3　石油化工生產特點及儀器要求
石油化工生產具有易燃、易爆、易中毒，高
溫、高壓，有腐蝕等特點。因而，較其他生產行
業有更大的危險性。石油化工生產有 4 個特點：
1）使用的原材料、半成品和成品大多易燃
易爆。
2）化工生產要求的工藝條件苛刻。有些化
學反應在高溫、高壓下進行，有的要在低溫、高
真空度下進行。
3）生產規模大型化。
4）生產方式的高度自動化與連續化。
基于上述生產特點，在石化生產中應用的儀
器應具有如下技術特點：
1）危險區域應用時，具有防爆功能。
2）結構更為堅固、耐腐蝕等。
3）能迅速響應，及時反應過程狀況。
4）要求有更高的測量精度和更高的測量穩
定性。
5）在特殊場合要有特殊的技術要求。
除了防爆特性以外，Biotector TOC 分析儀本
★ 張　珂等 . 在線 TOC 分析儀在石化行業中的 應用及防爆配套設計 ★ 23 2021 年第 37 卷第 3 期
身滿足上述技術性能要求。因此對 Biotector TOC
分析儀進行合理的防爆設計，就可以滿足石油化
工行業的應用。
4　TOC 分析儀防爆系統設計
4.1　防爆概述
4.1.1　爆炸性危險區域的劃分
我國防爆標準與國際電工委員會 IEC 標準是
一致的，對于爆炸性氣體危險場所劃分 3 個區域，
即 0 區、1 區和 2 區。
4.1.2　防爆技術
目前我國接受的主要電氣防爆技術及應用場
合如表 1 所示：
表 1　防爆技術分類分區
0 區 1 區 2 區
本質安全型（Ex i）
本質安全型（Ex i）
隔爆型（Ex d）
增安型（Ex e）
正壓型（Ex p）
澆注型（Ex m）
充油型（Ex o）
充砂型（Ex q）
無火花型（Ex nC）
能量限制型（Ex nL）
無火花型（Ex nA）
限制呼吸型（Ex nR）
簡單正壓型（Ex nZ）
4.2　在線 TOC/TC 分析儀防爆系統設計
4.2.1　方案選擇
Biotector TOC 分析儀電氣部分不具有防爆技
術特點，考慮到 TOC 分析儀外形尺寸較大，并
且儀器在運行中需要調試和操作，隔爆型、增
安型、澆注型、充油型、充砂型等防爆處理技
術均不適用。綜合考慮日常操作維護要求，再
加上 TOC 分析儀外殼具有一定的密封性能，可
以經過處理改造成正壓腔，采用正壓型防爆技
術，就可以達到危險區域（1 區、2 區 ） 應 用
要求。
4.2.2　正壓防爆原理
正壓防爆電氣設備的防爆原理是：向一個密
封的腔體內充入儀表氣體，使腔體內壓力高于外
部大氣壓，以阻止外部可燃性氣體進入正壓腔體
內，在正壓腔體內形成一個安全的小環境。根據
正壓防爆電氣設備的防爆原理設計的正壓防爆系
統由二部分組成：正壓腔和正壓控制單元。
5　在線 TOC 分析儀防爆技術方案及功能
5.1　防爆技術方案
Biotector TOC 分析儀的外殼防護等級 IP54，
可以直接利用分析儀本身的外殼改造成正壓防爆
所需的正壓腔體，并連接外部正壓控制單元，不
停地向 TOC 儀器腔體內充入安全的儀表空氣，
在內部形成微正壓，阻止外界危險氣體進入。通
過上述處理后，Biotector TOC 分析儀可以滿足 1
區、2 區防爆的要求。在日常運行中，無需斷電，
儀器也可以通過按鍵進行操作和調試。
具體方案如下：
1）整體防爆處理（見圖 2），TOC 分析儀腔
體改造成正壓腔，另外加裝正壓控制單元。
圖 2　整體防爆處理及控制柜
2）按鍵局部處理（見圖 3），操作按鍵上覆
蓋 1 層保護膜，使儀器滿足整體正壓防爆要求，
同時滿足日常操作要求。
圖 3　按鍵局部處理示意
★　石油化工安全環保技術　★ 24 2021 年第 37 卷第 3 期
5.2　防爆 TOC 主要控制功能
正壓控制單元是實現產品防爆控制功能的
主體。在接入儀表氣體后，正壓控制單元就能自
動實現吹掃換氣，壓力檢測，接通供電電壓等功
能。正壓控制單元是由一組氣動控制元件組成，
包括：氣動計時器，壓力放大器，微壓壓力指示
器，氣動延時閥，二位三通氣動閥，截止球閥，
節流閥和過濾減壓閥。
正壓控制單元的主要功能如下：
1）自動吹掃。
2）自動接通供電電壓。
3）壓力低自動切斷供電電壓。
4）強制上電。
5）過壓保護。
5.3　簡單正壓型防爆系統設計
簡單正壓型防爆 TOC 系統主要應用于 2 區
場合，其防爆原理與正壓防爆原理是一致的。
TOC 防爆系統可以采用與 1 區相同的技術方案，
即直接利用 TOC 分析儀改造成正壓腔體，通過
連接簡單正壓控制單元實現控制功能；也可以不
改造 TOC 分析儀，直接把 TOC 分析儀安裝于正
壓防爆柜中即可實現防爆功能。
如圖 4 所示，本系統由 3 部分組成：包括防
護等級 IP55 以上的密封儀表柜（或由 TOC 分析
儀改造而成的正壓腔）、簡單正壓控制報警單元
和氣路單元。
圖 4　簡單正壓型防爆系統
系統正常工作時，當控制柜內壓力下降至
80±20 Pa 以下時，簡單壓力控制報警單元會進行
聲光報警，同時可提供 1 個遠傳的無源觸點信號。
壓力控制器具有壓力高時泄壓的功能，當柜內壓
力高于 400 Pa 以上時能有限泄壓。
5.4　安裝環境要求及選配附件
5.4.1　安裝方式
經過正壓防爆處理后，Biotector TOC 分析儀
可以采用獨立支架安裝，也可以進行壁掛安裝。
若采用正壓防爆柜形式（2 區應用），TOC
分析儀以壁掛方式安裝在防爆柜內，防爆柜整體
獨立安裝于現場或分析小屋等。
5.4.2　安裝環境要求
TOC 分析儀經過防爆配套處理后，一般室內
安裝，如現場分析小屋等。在滿足 TOC 分析儀
操作環境要求的條件下，也可以在室外安裝。
由于 TOC 安裝的現場環境條件不同，各地具
有不同氣候條件等，對于某些特殊應用場合，可以
通過選配安裝一些附件，來滿足 TOC 分析儀的操
作環境要求。TOC 分析儀柜體改造成正壓防爆系統
后應用于室外安裝時，可以在防爆系統外加裝 1 個
防護柜，以滿足環境操作條件；而對于采用正壓防
爆柜形式的防爆系統，可以直接應用于室外。
如果某些地區冬季、夏季具有極端氣溫，可
以在防護柜 / 防爆柜中選配安裝防爆冷暖空調；
對于北方冬季溫度較低的地區可以選配防爆電加
熱器（如圖 5 所示）；南方夏季溫度較高的地區
可以選配空氣氣冷裝置或水冷裝置（如圖 6 所示）。
圖 5　防爆電加熱器
6　應用標準及防爆認證
6.1　應用標準
Biotector TOC 防 爆 系 統 的 設 計 和 生 產 符
★ 張　珂等 . 在線 TOC 分析儀在石化行業中的 應用及防爆配套設計 ★ 25 2021 年第 37 卷第 3 期
合《爆炸性氣體環境用防爆電氣設備 通用要求》
（GB 3836.1—2000）和《爆炸性氣體環境用防爆
電氣設備 正壓型電氣設備“p”》（GB 3836.5—
1987）。
6.2　防爆認證
Biotector 系列 TOC 分析儀防爆配套是由上
海西派埃儀表成套公司制造生產，防爆 TOC 系
統檢驗機構是國家級儀器儀表防爆安全監督檢驗
站（NEPSI）。防爆認證檢測報告主要有 2 種形式，
一種以防爆合格證的形式，主要是針對定型、量
化生產的產品所進行的防爆認證。另一種是以防
爆檢驗評估報告的形式，針對的是單個產品或單
個批次的產品進行的防爆認證，主要是一些為特
殊應用而設計生產的定制配套系統。
7　應用實例
如表 2 所示，在鎮海煉化的 10 多個煉化裝
圖 6　防爆氣冷裝置
置中，應用了 Biotector TOC 分析儀監測蒸汽及
各個水循環系統的 TOC 含量，并通過配套安裝
的正壓控制單元達到了危險區域防爆的功能。
表 2　鎮海煉化 TOC 分析儀的應用裝置及工藝
系統名稱 測量介質 測量參數
PE 裝置 循環水回水（冷卻水） TOC
乙烯 MTBE/ 丁烯 -1 裝置 循環熱水 TOC
PP 裝置 循環水回水總管 TOC
丁二烯裝置 循環水回水 TOC
60 萬 t/a 芳烴抽提裝置 循環熱水 TOC
70 萬 t/a 裂解汽油加氫裝置 循環水回水 TOC
70 萬 t/a 裂解汽油加氫裝置 中壓蒸汽凝液 TOC
100 萬 t/a 乙烯裝置 循環冷卻水 TOC
POSM 裝置 蒸汽 TOC（痕量）
POSM 裝置 蒸汽 TOC（痕量）
POSM 裝置 蒸汽（LLC） TOC（痕量）
POSM 裝置 冷卻水 TOC（痕量）
8　結　語
綜上所述，Biotector TOC 分析儀經過防爆系
統設計和配套集成后，可以滿足在石油化工行業
危險區域內在線 TOC 測量分析的應用要求。并
可根據相應的環境選擇配置合適的附件和裝置，
滿足各種環境的測量要求。采用國內專業機構的
防爆配套集成，也可以降低一部分成本費用，同
時 TOC 防爆系統也可以滿足符合國內相關標準
的要求。因此，Biotector 系列防爆 TOC 分析系
統將有廣泛的應用前景和推廣價值。
弘揚安全文化
規范安全行為
city, vicious events resulting in mass deaths and injuries
may be easily triggered once an accident occurs, which
will cause huge property losses to the country and the people and irreparable threats to life. Fault tree analysis
is one of the important analysis methods of safety system
engineering. It can obtain the direct causes of an accident through analysis as well as reveal the underlying
causes of the accident deeply, which can provide
the basis for risk prevention and control. This paper introduced the analysis program of FTA method, and then conducted practical application of the method to an electric shock accident in a city gas storage and distribution
factory. The analysis indicated that the failure
of personal protection was the main factor leading to electric shock accident.
Key words: fault tree analysis (FTA); urban gas; electric
shock accident; safety assessment
APPLICATION OF ONLINE TOC ANALYZER AND EX-PROOF DESIGN IN PETROCHEMICAL
INDUSTRY [21]
Zhang Ke1，Liu Zhilong2.(1.SINOPEC Baling Company, Yueyang, Hunan, 414000; 2. Vertical Marketing of Hach Company, Beijing, 100006)
Abstract: In recent years, with the rapid development of petrochemical industry in China, online TOC analyzer
has been increasingly used in the production process
of petrochemical enterprises to save energy and reduce
emission. This paper briefly described the measurement
and analysis principles of TOC analyzer and its application
in water treatment process system of petrochemical
plants. Meanwhile, it introduced the explosion-proof technologies and design schemes of several common TOC analyzers, which has certain reference value for the popularization and application of explosion-proof TOC analyzer.
Key words: TOC (Total Organic Carbon) analyzer; energy-
saving and emission reduction; explosion-proof design
CURRENT STATUS AND DEVELOPMENT TREND OF IN-LINE INSPECTION OF OIL &amp;amp; GAS PIPELINE[26]
Ma Guo.(Hu-Guang Branch of SINOPEC Xinjiang
Coal and Natural Gas Pipeline Co., Ltd., Shaoguan,
Guangdong, 512000)
Abstract: The safe operation of oil and gas pipelines is related to the economic and property safety of the state and people. Long-term transportation of corrosive
media in oil and gas pipelines makes them prone to defects, which can cause pipeline accidents. So non-destructive
testing must be carried out to find and repair defects, eliminate hidden dangers, eliminate accidents in the bud, and ensure the safe operation of oil and gas
pipelines. This paper expatiated on the development status and application of in-line inspection of oil and gas pipelines. It compared the advantages and disadvantages
of each technology and analyzed the development
trend of in-line inspection technologies of pipelines.
Key words: oil and gas pipeline; in-line inspection technology; pipeline robot; development trend
ANALYSIS ON EXPLOSION HAZARD OF OXYGEN CYLINDER AND RESEARCH ON PREVENTIVE
MEASURE[30]
Liu jiabing.(PetroChina Daqing Petrochemical Company,
Daqing, Heilongjiang, 163714)
Abstract: Oxygen cylinders are dangerous in the process
of storage, transportation, using and filling, which is
prone to explosion accidents. On the one hand, the main
danger of oxygen cylinders comes from the medium of oxygen; on the other hand, oxygen cylinders are dangerous
as pressure vessels. The main hazards of oxygen
include its combustion-supporting feature and the explosive
mixture it forms with combustible materials. The main hazard of pressure vessel is vessel explosion. In this
paper, through risk analysis of chemical explosion and physical explosion of oxygen cylinders, the corresponding
preventive measures are put forward to prevent the occurrence of oxygen cylinder explosion accident.
Key words: oxygen; oxygen cylinder; accident; explosion
risk
NUMERICAL SIMULATION ANALYSIS OF LIQUEFIED NATURAL GAS LEAKAGE: HAZARD RANGE AND INFLUENCING FACTORS[
32]
Wang Yuying.(SINOPEC Engineering Incorporation, Beijing, 100101)
Abstract: With the growing significance of natural gas in energy and chemical industry, safety problems caused
by the spill of liquefied natural gas (LNG) is gaining increasing attention. Existing researches indicate that LNG leakage can lead to hazards like fire and explosion,
frostbite, asphyxia and so forth. And its hazard range is directly related to the diffusion behavior of LNG vapor. Based on DNV PHAST and ANSYS FLUENT software,
LNG leakage is simulated. Then this paper further explores
the explosion hazard area, low temperature area and suffocation area caused by LNG leakage, as well as
the influence of environmental factors on the above-mentioned
areas. And based on the simulation results, the paper analyzes the applicability of the diffusion model method and computational fluid dynamics method in the
field of LNG leakage and diffusion research.
Key words: liquefied natural gas/LNG; leak and diffusion;
steam cloud; CFD simulation
ABSTRACTS PETROCHEMICAL SAFETY AND ENVIRONMENTAL PROTECTION TECHNOLOGY
Bimonthly. 20 Jun. 2021 Vol. 37 No. 3 ·Ⅱ·

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