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乙烯装置裂解炉区域仪表改造案例分析

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 摘要 乙烯装置裂解炉凝液系统低压和常压闪蒸罐的液位计变送器引压管易堵塞,造成凝液外送泵抽空,将液位计变送器改造为双法兰毛细管差压变送器后,液位和凝液外送能够稳定控制。开工初期由于原料和稀释蒸汽流量表不稳定,经常触发 SD-1 和 SD-2 联锁,增加流量偏差报警能够避免此类现象发生。以裂解原料为加氢尾油的原料流量计,由于加氢尾油杂质较多、组分较重,流量显示不准且偏差较大,将流量计变送器改造为双法兰毛细管变送器后,流量趋势稳定。急冷系统稀释蒸汽发生器 2 # 进料加热器发生泄漏,污染了乙烯装置的低压蒸汽管网和外送凝液,系统经过长时间置换恢复常态,在凝液外送管线上增加一块 TOC 在线分析仪表,能够及时发现装置有无泄漏,确保第一时间处理,从而保证生产稳定运行。

 
1 凝液系统液位计变送器改造
1. 1 凝液外送泵抽空问题
本乙烯装置凝液系统流程见图 1。
乙烯装置凝液系统流程
超高压凝液、高压凝液和中压凝液送至低压凝液闪蒸罐,罐底液相经过液位调节阀 1 控制与低压凝液一起送至常压凝液闪蒸罐,罐底液相通过凝液外送泵送至换热器 1 和换热器 2 冷却后,经液位调节阀 2 送出界区至公用工程,此调节阀控制常压凝液闪蒸罐液位。在装置开工初期发现凝液外送泵经常抽空,这是由于常压凝液闪蒸罐的液位计引压管发生堵塞,造成显示液位瞬间升高,液位计将信号传送给调节阀 2,使调节阀开大,增加凝液外送量,从而达到降低液位的目的,而常压凝液闪蒸罐的实际液位并未升高,凝液外送泵将罐中凝液全部送出,造成抽空,极易造成泵的损坏。常压凝液闪蒸罐液位计使用的是差压式变送器,此类变送器的缺陷在于介质在引压管中传输距离较长,非常容易堵塞,尤其是在开工初期水质波动较大时,堵塞的引压管造成液位显示不准确。
 
1. 2 液位计变送器改造
为解决上述问题,将常压凝液闪蒸罐的液位计变送器进行改造,改造成双法兰毛细管差压变送器。双法兰毛细管差压变送器的特点是变送器容器的两个法兰直接连接,金属膜盒经毛细管与变送器的测量室相连通,在膜盒、毛细管以及测量室 中 充 满 封 闭 的 硅 油,硅 油 传 送 压 力 的 变化,同时起到了变送器与介质隔离的作用,避免物质在较长的引压管中流动不畅造成的流量测定不准确的情况,降低介质结垢堵塞引压管的风险[2] 。由于经低压凝液闪蒸罐罐底液位调节阀 1去常压凝液闪蒸罐的凝液量也会影响常压凝液闪蒸罐的液位,于是将低压凝液闪蒸罐和常压凝液闪蒸罐的液位计变送器均改为双法兰毛细管变送器,以保证液位稳定,改造后低压凝液闪蒸罐和常压凝液闪蒸罐的液位变化趋势分别见图 2 (a)和 (b),可见变化较为平稳,保证凝液外送泵的正常运行,未再出现抽空的情况。
液位变化趋势
2 增设流量偏差报警
2. 1 事件起因
 
乙烯装置共有 8 台裂解炉,1~7 # 裂解炉均有四个通道,8 # 裂解炉有三个通道,每个通道均设有四块原料流量表和四块稀释蒸汽流量表,其中三块为 A、B 和 C 联锁表,另一块为控制流量表。即对于原料来说,当三块联锁表中的两块流量低至联锁值时,会触发 SD-1 联锁,联锁后原料电磁阀关闭,稀释蒸汽调节阀开大。对于稀释蒸汽,当三块联锁表中的两块流量低于联锁值时,会触发SD-2 联锁,燃料气电磁阀关闭,火炬电磁阀打开。虽然联锁的目的是对装置进行保护,但是仪表失灵或非真实值都会引发联锁,造成裂解炉不必要的波动和产量损失。
 
在 2014 年 3 月 20 日,3 # 裂解炉由于第三通道稀释 蒸 汽 流 量 计 失 准,引 起 两 块 联 锁 表 流 量低,造成 SD-2 联锁。2014 年 4 月 11 日,5 # 裂解炉第二通道原料堵塞引压管,引起两块联锁表流量低,造成 SD-1 联锁。
 
由于 SD-1 和 SD-2 由流量触发的联锁均为“3 选 2”。所以当两块表同时出现大幅快速波动时,来不及等操作人员做出反应,就已经触发联锁。
 
2. 2 增加偏差报警
简单地提高各流量表的报警值并不能满足避免触发联锁的要求,不仅增加很多不必要的报警,也消耗操作人员的精力投入。陈永庆[1] 在对锦西炼油厂试验装置改造项目中,对报警系统增加了温度、压力和进油量等偏差报警。受文献启发并经过与 DCS 人员的讨论,将 A、B 和 C 三块联锁表之间增加偏差报警,当任意两块表显示值的偏差超过 10%时,即会弹出报警对话框和报警声音以提醒操作人员。原料流量偏差报警界面见图 3,获 得 210FXT117405ABC 偏 差 报 警 提 示后,查看 7 # 炉第四通道的三块联锁流量表,发现 A表明显低于 B 和 C 表,并且 B 和 C 表的流量稳定,并未大幅上升或下降,并且观察各相关参数,如 COT、横跨压力和阀位等,确认 A 表的数值降低并不是流量真实下降,随即将流量调节阀解成手动,仪表后台旁路现场校表。当两块流量联锁表同时出现下降并快速逼近联锁值时,将辅操台的 SD-1 联锁旁路按钮扳至旁路位置,使原料流量联锁处于旁路位置,确认各个参数正常后校表,正常后取消旁路,恢复联锁。辅操台旁路并不属于常规操作,仅为避免仪表原因造成裂解炉联锁,引起生产波动。稀释蒸汽的流量偏差报警界面见图 4,与原料的流量偏差报警具有相同的作用。
原料流量偏差报警稀释蒸汽流量偏差报警
在增加流量偏差报警后,杜绝因原料和稀释蒸汽流量表的问题而触发裂解炉联锁的现象,不仅减少了裂解炉的波动,也减少了经济损失。
 
3 HTO 流量表变送器改造
3. 1 事件起因
本乙烯装置有 1~4 # 四台裂解炉可以投加氢尾油 (HTO) 原料,在正常投油负荷时,HTO 的投油量在 50~75 t/h。自正常投产以来,HTO 流量表经常出现偏差较大,流量不准的情况,对生产稳定造成负面影响。HTO 流量表采用的孔板流量计,引出一块流量控制表和三块联锁表。由于 HTO是乙烯装置裂解原料中组分最重的,其原料性质见表 1,因此原料中的杂质和重组份容易在引压管中沉积和聚集,形成堵塞,引起前后压差的大幅波动,从而造成流量显示不稳定和不准确。流量表改造前后波动见图 5,由图可见,流量波动不仅幅度大而且偏差明显。
HTO 原料性质HTO 流量表改造前后对比
经过现场对仪表的检查和分析发现,流出黑色物质,其主要成分为无机物,并且在引导压管部分位置发现聚集蜡状凝结物,可能是 HTO 中含有的无机杂质沉淀,造成引压管堵塞引起流量测量不准确,另一方面也可能是 HTO 孔板流量计引压管的 “蛇形”蒸汽伴热所起作用有限,并未达到保证 HTO 在长达 4~5 m 的引压管内正常流动的目的。
 
3. 2 变送器和伴热改造
针对上述情况,需要解决的是 HTO 在引压管内流动防止沉积的问题,由于引压管长达 4 ~ 5m,很难保证 HTO 在管内的流动,受低压凝液闪蒸罐和常压凝液闪蒸罐液位计变送器改造的启发,考虑对 HTO 流量计进行双法毛细管差压变送器的改造。改造前后见图 6,将二次阀至仪表处的引压管改造成双法兰毛细管,即 HTO 自孔板处引出后并未经过 4~5 m 长的引压管,而是利用毛细管中的硅油压力变化,最后来测量 HTO 的流量。
HTO 流量计变送器改造前后
改造前使用的蒸汽伴热虽然有高热输出和废气利 用 等 优 势,但 在 温 度 控 制 上 远 不 如 电 伴热[3] ,电伴热不会造成局部的过冷或过热的现象,对于 HTO 这种较重的裂解原料来说,可以防止其因局部温度过低而流通不畅。改造后,相比改造之前,流量的波动大幅降低,由原来的最大 600 kg/h 减小至 100~200 kg/h范围内波动,并且三块联锁表之间的偏差仅在 100kg/h 左右,说明改造后的效果非常明显。
 
4 增加 TOC 分析仪表
4. 1 事件起因
如图 1 所示,低压凝液闪蒸罐顶部的低压蒸汽并入低压蒸汽总管,并有一路分支作为除氧槽的加热介质,除氧后的水经超高压锅炉给水泵送至裂解炉经过汽包产生超高压蒸汽,超高压蒸汽作为裂解气压缩机的驱动源,而裂解气压缩机的凝液又经过换热器 2 和换热器 3 升温后返回除氧槽。2016 年 12 月,公共工程脱盐水站发现乙烯装置送来凝液中伴有油的味道并含有油花,这可能是乙烯装置的凝液系统中混入了油,即某个换热器泄漏造成。经过排查发现,急冷岗位的稀释蒸汽发生器 2 # 进料加热器发生泄漏,含油的工艺水侧泄漏至 MC 侧,被污染的 MC 进低压凝液闪蒸罐,污染了罐顶的低压蒸汽和送至公用工程的外送凝液,由于低压蒸汽总管也被污染,直接导致锅炉给水品质下降,从而污染了超高压蒸汽,在超高压蒸汽取样器取出的样品混浊,因此被污染的裂解气压缩机的复水由送往凝液系统改为送至循环水。在对稀释蒸汽发生器 2 # 进料加热器切出后,将列管裂缝焊接完好,并将整个系统大量排放,一周左右才将整个凝液系统置换干净。
 
4. 2 增加 TOC 分析仪表
外送凝液中集合了整个乙烯装置的超高压凝液、高压凝液、中压凝液和低压蒸汽,在设计之初即考虑到低压凝液来源用户众多,防止低压凝液被污染的情况发生,在去常压凝液闪蒸罐的低压凝液位置上有两块总有机碳 (TOC) 分析仪表,分别为AI19101 和 AI19102,测量不同支路低压凝液集合后的 TOC,但凝液送至界区的 TOC 却没有测量,导致难以第一时间发现外送凝液的 TOC 超标,以致被污染的蒸汽和凝液在系统内循环,对各设备造成相当大的影响。因此在外送凝液总管上增加一块 TOC 在线监 测 分 析 仪 表 AI19044,此 表 的 量 程 为 0 ~10ppm,以此来保证外送凝液的品质。增加的分析仪表位置见图 1。一旦此表显示值超标,即可根据AI19101 和 AI19102 立即确认是否为低压蒸汽污染所致,排除低压蒸汽后,立即排查超高压凝液、高压凝液和中压凝液来源的各个用户,力求第一时间发现泄漏源,防止发生更大面积的污染。
 
5 结语
在对凝液罐液位计进行双法兰毛细管差压变送器改造后,保证凝液罐液位的稳定,避免波动对凝液外送泵的影响; 原料和稀释蒸汽流量联锁表增设的偏差报警避免不必要的联锁造成的生产波动和经济损失; HTO 原料流量表的变送器改造将流量波动限制在可控范围内,为装置的操作提供了可靠依据; 外送凝液总管增加 TOC 分析仪表对外送凝液品质实时监控,能够第一时间发现泄漏,将对乙烯装置的污染降至最低。
 
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