摘要:介紹了陜西延長石油(集團(tuán))有限責(zé)任公司延安石油化工廠聚丙烯裝置聚丙烯粉料洗滌塔運(yùn)行過程中出現(xiàn)的液位異常情況、系統(tǒng)排水故障、檢修情況及采取的處理措施,分析了液位測量機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)、工藝應(yīng)用條件,指出浮筒液位計(jì)不適合應(yīng)用在含粉料的液位調(diào)控場合。制定了液位計(jì)改造方案,通過對比工作原理討論了改用雙法蘭差壓液位計(jì)的合理性及改造后液位計(jì)的使用效果和經(jīng)濟(jì)性。Nzu壓力變送器_差壓變送器_液位變送器_溫度變送器
陜西延長石油(集團(tuán))有限責(zé)任公司延安石油化工廠聚丙烯裝置采用國產(chǎn)化第 2代環(huán)管聚丙烯液相本體工藝技術(shù),設(shè)計(jì)年產(chǎn)本色聚丙烯粒料20萬t[ 1 ] 。該裝置 2009 - 07 投產(chǎn)運(yùn)行,很快就出現(xiàn)了液位 DCS監(jiān)控記錄異常、聚丙烯粉料洗滌塔排水困難等問題,F(xiàn)場檢查發(fā)現(xiàn),洗滌塔工藝蒸汽中攜帶的粉末在液位計(jì)浮筒腔內(nèi)滯留,影響了浮子的動(dòng)作靈活性,引起了液位指示和調(diào)節(jié)功能異常,造成更多的粉料無法及時(shí)隨冷凝液從塔底排出,未排出的粉料再次發(fā)生滯留,此過程反復(fù)進(jìn)行形成惡性循環(huán),不到半年時(shí)間就造成導(dǎo)致聚丙烯粉料洗滌塔系統(tǒng)徹底癱瘓。其間多次出現(xiàn)過浮子卡死情況,維護(hù)人員曾經(jīng)采用手動(dòng)水洗法,以反復(fù)排水和補(bǔ)水的方式帶走浮筒內(nèi)沉積的一部分粉料。但此種方法工作量大,清理積料的速度和能夠清除的積料數(shù)量都有限,只能臨時(shí)改善操作狀況。為了徹底解決裝置出現(xiàn)的上述問題,我廠在 2012 - 04 裝置大檢修時(shí),對聚丙烯粉料洗滌塔浮筒液位計(jì)實(shí)施了技術(shù)改造。
1 聚丙烯粉料洗滌塔浮筒液位計(jì)使用情況
浮筒液位計(jì)在聚丙烯裝置投產(chǎn)初期能夠正常使用,實(shí)現(xiàn)了聚丙烯粉料洗滌塔液位的正常指示。正常工況下,聚丙烯粉料洗滌塔浮筒液位計(jì)的 DCS液位監(jiān)控線圖見圖1 。從圖1可以看出,液位在高限(80% )和低限( 20% )之間隨時(shí)間呈周期性規(guī)律變化,液位變化的周期基本是 1h ,每個(gè)周期內(nèi)的液位體積分?jǐn)?shù)與時(shí)間成直線函數(shù)關(guān)系。
聚丙烯裝置2009 - 07投產(chǎn)運(yùn)行不到半年,聚丙烯粉料洗滌塔浮筒液位計(jì)運(yùn)行異常,其 DCS 液位檢測線圖表現(xiàn)為液位計(jì)數(shù)值變化緩慢或長時(shí)間數(shù)值不變化,見圖2和圖3 。
從圖2可觀察到,浮筒液位計(jì)的液位指示長期位于30%的低液位位置。從圖3可觀察到,浮筒液位計(jì)液位指示長期位于 30%~60%的小液位范圍。對比圖 1、圖2 和圖 3 發(fā)現(xiàn),浮子的浮動(dòng)范圍比正常時(shí)明顯變窄。在排除了其他因素的影響后所做的分析表明,浮子的動(dòng)作可能已經(jīng)不靈活,也說明浮筒中可能已經(jīng)有較多積料。
液位計(jì)現(xiàn)場檢查證實(shí)上述分析是正確的,F(xiàn)場檢查給出的液位計(jì)故障的主要原因是,浮筒空腔內(nèi)有大量的粉末導(dǎo)致浮子動(dòng)作不靈活,嚴(yán)重時(shí)出現(xiàn)卡死,由于液位計(jì)故障又引起了洗滌塔不能正常排水,粉料不能被及時(shí)排出塔體,因此更多的粉料積存在塔內(nèi),后進(jìn)入浮筒液位計(jì)。如此惡性循環(huán)導(dǎo)致聚丙烯粉料洗滌塔系統(tǒng)徹底癱瘓,問題如果不及時(shí)處理會(huì)引起滿塔或空塔,嚴(yán)重時(shí)會(huì)引起整個(gè)裝置無法正常運(yùn)行,造成重大損失。
2 聚丙烯粉料洗滌塔液位測量裝置分析
2.1 工藝應(yīng)用條件分析
聚丙烯粉料洗滌塔原則工藝流程見圖4 。來自蒸汽罐的含粉料氣體從底部進(jìn)入洗滌塔,在塔內(nèi)自下而上流動(dòng)的過程中與自上而下流動(dòng)的洗滌水逆流接觸 [2 ] ,蒸汽中的粉料進(jìn)入洗滌水中并隨之從洗滌塔底排出,蒸汽中的粉末因此得以洗滌。塔的回流泵保證水在洗滌塔內(nèi)循環(huán),蒸汽的冷凝由安裝在塔頂部的冷凝器來完成 [3 ] 。
圖4工藝流程中的冷凝液中含有大量固體粉末。固體粉末的存在降低了流體的均勻流動(dòng)性,增加了流體內(nèi)固體雜質(zhì)聚結(jié)和粉末在洗滌塔內(nèi)件局部位置沉積的可能性,還可能影響到洗滌塔液位的準(zhǔn)確測量、指示和調(diào)節(jié) [4 ] 。
2.2 液位測量裝置選型分析
2.2.1 浮筒液位計(jì)
(1 )結(jié)構(gòu) 實(shí)施改造前,聚丙烯粉料洗滌塔使用的是東京計(jì)裝公司生產(chǎn)的全進(jìn)口浮筒液位計(jì),其結(jié)構(gòu)見圖5 。
浮筒液位計(jì)測量液位時(shí)浮子必須與被測液體直接接觸,被測液體進(jìn)入液位計(jì)空腔時(shí),其附帶的大量聚丙烯粉末難免有部分滯留在液位計(jì)空腔中。當(dāng)粉末過多集聚在浮筒內(nèi)時(shí),導(dǎo)致浮子動(dòng)作受阻或卡死,造成不能真實(shí)反應(yīng)液位值 [5 ] 。
(2 )工作原理 浮筒液位計(jì)利用變浮力原理測量液位。當(dāng)被測液面位置變化時(shí),浮筒浸沒體積改變,所受浮力隨之變化。通過測量浮力變化,可確定出液位的變化 [6 ] 。浮筒液位計(jì)工作原理見圖 6 。
圖6中液位計(jì)用彈簧平衡浮力,用差動(dòng)變壓器測量浮筒位移,平衡時(shí)壓縮彈簧的彈力與浮筒浮力及重力平衡 [7 ] 。因此有:
式中,k 為彈簧剛度, N / m ; x 為彈簧壓縮量, H 為浮筒浸入深度, m ;ρ 為液體密度,kg/ m3 ;A 為浮筒截面積, m2 [ 8 ] 。液位發(fā)生變化時(shí),例如升高 Δ H ,彈簧被壓縮Δ x ,此時(shí)有:
k ( x +Δ x ) = ρgA(x +Δ H -Δ x ) - W(2 )
式(1 )與式 ( 2 )相減得:
Δ H = ( 1+ k /ρgA)Δ x(3 )
式(3 )表明,液位高度變化與彈簧變形量成正比。彈簧變形量可以用差動(dòng)變壓器轉(zhuǎn)換成電信號(hào)進(jìn)行遠(yuǎn)傳控制。因此,當(dāng)浮筒液位計(jì)的浮筒升降動(dòng)作發(fā)生異常時(shí),彈簧的變形時(shí)將無法準(zhǔn)確反映液位的實(shí)際值 [9 ] 。
2.2.2 浮筒雙法蘭差壓液位計(jì)
雙法蘭式差壓變送器由差壓變送器、毛細(xì)管和帶密封隔膜的法蘭組成。密封隔膜的作用是防止管道中的介質(zhì)直接進(jìn)入差壓變送器,它與變送器之間是靠注滿液體(一般采用硅油)的毛細(xì)管連接起來的 [10 ] 。當(dāng)膜片受壓后產(chǎn)生微小變形,變形位移或頻率通過毛細(xì)管的液體傳遞給變送器,由變送器處理后轉(zhuǎn)換成輸出信號(hào) [11 ] 。雙法蘭差壓液位計(jì)工作原理見圖 7 。
差壓變送器的高壓側(cè)與容器底部的取壓室相連,低壓側(cè)與液面上方容器的頂部相連 [12 ] 。如果容器上方為氣體,則高壓側(cè)壓力 p H 為:
p H = p + H ρ g(4 )
式中, H 為被測液位高度,m ; p 為容器上部空氣壓力, kPa 。因?yàn)榈蛪簜?cè)壓力 pL = p ,所以差壓變送器
所受的壓差 Δ p = p H - p L = H ρ g 。這樣則可以根據(jù)差壓變送器測得的差值,按照下式來計(jì)算液位的高度:
由式(5 )可知,只要知道差壓變送器所受的壓差,即高壓法蘭和低壓法蘭側(cè)的壓力之差,就可求得液位的高度。
2.2.3 液位計(jì)工作原理對比分析
對比浮筒液位計(jì)和雙法蘭差壓液位計(jì)工作原理可知,浮筒液位計(jì)測液位時(shí)浮子必須與被測液體直接接觸,并且要隨液位變化上下運(yùn)動(dòng) [13 ] 。由于粉料洗滌塔中含有大量的聚丙烯粉末,當(dāng)粉末過多集聚在浮筒內(nèi)時(shí),導(dǎo)致浮子動(dòng)作受阻或卡死,造成不能真實(shí)反應(yīng)被測量液位值 [14 ] 。而雙法蘭差壓液位計(jì)是靠高低壓側(cè)法蘭膜片感壓后將壓力傳感給差壓變送器,由差壓變送器獲得的壓力差來計(jì)算得到液位的變化值,即使塔內(nèi)含有大量粉料也不會(huì)引起壓力傳感不準(zhǔn) [15 ] 。
3 聚丙烯粉料洗滌塔液位計(jì)改造
根據(jù)液位計(jì)使用原理和使用工況的對比分析,我廠在2012 - 04裝置大檢修時(shí)決定將浮筒液位計(jì)改造為雙法蘭差壓液位計(jì),取得了較好的經(jīng)濟(jì)效益。未改造前,聚丙烯粉料洗滌塔液位計(jì)使用的東京計(jì)裝公司全進(jìn)口浮筒 式液位計(jì)每套價(jià) 值 75。埃埃 元。2011 年更換表頭花費(fèi) 50。埃埃 元, 2009 - 07~2012 - 04多次維修產(chǎn)生費(fèi)用共 10。埃埃 元。改造后使用羅斯蒙特公司的雙法蘭差壓液位計(jì),每套價(jià)值 50。埃埃 元,2012 - 04 至今未更換任何零部件,每年正常的維護(hù)和檢查費(fèi)用大約為 1。埃埃 元。改造前后聚丙烯粉料洗滌塔液位計(jì)運(yùn)行成本對比見圖8 ,可見雙法蘭差壓液位計(jì)的經(jīng)濟(jì)價(jià)值遠(yuǎn)高于浮筒式液位計(jì)。
4 結(jié)語
聚丙烯粉料洗滌塔浮筒液位計(jì)改造為雙法蘭差壓液位計(jì)至今已超過6a ,除裝置檢修期間對雙法蘭表面進(jìn)行正常維護(hù)檢查外,日常使用中雙法蘭差壓液位計(jì)一直運(yùn)行狀態(tài)良好,未出現(xiàn)過一起液位計(jì)故障事故,不僅極大減少了維護(hù)人員的工作量,整個(gè)聚丙烯粉料洗滌塔系統(tǒng)也運(yùn)行正常,再無液位計(jì)故障引起的滿塔或空塔現(xiàn)象,此次改造達(dá)到了預(yù)期的目的,滿足了正常生產(chǎn)的需要。
此次項(xiàng)目改造根據(jù)不同的使用條件和環(huán)境選擇不同的測量儀表,打破了原有設(shè)計(jì)的不足,不僅解決了聚丙烯粉料洗滌塔液位計(jì)選擇不當(dāng)引起的運(yùn)行故障難題,也保證了工藝裝置平穩(wěn)運(yùn)行,從中得到了解決同類問題的有效方法。
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