乙烯裝置裂解爐區域儀表改造案例分析

 

1 凝液系統液位計變送器改造

1. 1 凝液外送泵抽空問題

本乙烯裝置凝液系統流程見圖 1。

很高壓凝液、高壓凝液和中壓凝液送至低壓凝液閃蒸罐，罐底液相經過液位調節閥 1 控制與低壓凝液一起送至常壓凝液閃蒸罐，罐底液相通過凝液外送泵送至換熱器 1 和換熱器 2 冷卻后，經液位調節閥 2 送出界區至公用工程，此調節閥控制常壓凝液閃蒸罐液位。在裝置開工初期發現凝液外送泵經常抽空，這是由于常壓凝液閃蒸罐的液位計引壓管發生堵塞，造成顯示液位瞬間升高，液位計將信號傳送給調節閥 2，使調節閥開大，增加凝液外送量，從而達到降低液位的目的，而常壓凝液閃蒸罐的實際液位并未升高，凝液外送泵將罐中凝液全部送出，造成抽空，極易造成泵的損壞。常壓凝液閃蒸罐液位計使用的是差壓式變送器，此類變送器的缺陷在于介質在引壓管中傳輸距離較長，非常容易堵塞，尤其是在開工初期水質波動較大時，堵塞的引壓管造成液位顯示不準確。

 

1. 2 液位計變送器改造

為解決上述問題，將常壓凝液閃蒸罐的液位計變送器進行改造，改造成雙法蘭毛細管差壓變送器。雙法蘭毛細管差壓變送器的特點是變送器容器的兩個法蘭直接連接，金屬膜盒經毛細管與變送器的測量室相連通，在膜盒、毛細管以及測量室 中 充 滿 封 閉 的 硅 油，硅 油 傳 送 壓 力 的 變化，同時起到了變送器與介質隔離的作用，避免物質在較長的引壓管中流動不暢造成的流量測定不準確的情況，降低介質結垢堵塞引壓管的風險［2］ 。由于經低壓凝液閃蒸罐罐底液位調節閥 1去常壓凝液閃蒸罐的凝液量也會影響常壓凝液閃蒸罐的液位，于是將低壓凝液閃蒸罐和常壓凝液閃蒸罐的液位計變送器均改為雙法蘭毛細管變送器，以保證液位穩定，改造后低壓凝液閃蒸罐和常壓凝液閃蒸罐的液位變化趨勢分別見圖 2 (a)和 (b)，可見變化較為平穩，保證凝液外送泵的正常運行，未再出現抽空的情況。

2 增設流量偏差報警

2. 1 事件起因

 

乙烯裝置共有 8 臺裂解爐，1～7 # 裂解爐均有四個通道，8 # 裂解爐有三個通道，每個通道均設有四塊原料流量表和四塊稀釋蒸汽流量表，其中三塊為 A、B 和 C 聯鎖表，另一塊為控制流量表。即對于原料來說，當三塊聯鎖表中的兩塊流量低至聯鎖值時，會觸發 SD－1 聯鎖，聯鎖后原料電磁閥關閉，稀釋蒸汽調節閥開大。對于稀釋蒸汽，當三塊聯鎖表中的兩塊流量低于聯鎖值時，會觸發SD－2 聯鎖，燃料氣電磁閥關閉，火炬電磁閥打開。雖然聯鎖的目的是對裝置進行保護，但是儀表失靈或非真實值都會引發聯鎖，造成裂解爐不必要的波動和產量損失。

 

在 2014 年 3 月 20 日，3 # 裂解爐由于第三通道稀釋 蒸 汽 流 量 計 失 準，引 起 兩 塊 聯 鎖 表 流 量低，造成 SD－2 聯鎖。2014 年 4 月 11 日，5 # 裂解爐第二通道原料堵塞引壓管，引起兩塊聯鎖表流量低，造成 SD－1 聯鎖。

 

由于 SD－1 和 SD－2 由流量觸發的聯鎖均為“3 選 2”。所以當兩塊表同時出現大幅快速波動時，來不及等操作人員做出反應，就已經觸發聯鎖。

 

2. 2 增加偏差報警

簡單地提高各流量表的報警值并不能滿足避免觸發聯鎖的要求，不僅增加很多不必要的報警，也消耗操作人員的精力投入。陳永慶［1］ 在對錦西煉油廠試驗裝置改造項目中，對報警系統增加了溫度、壓力和進油量等偏差報警。受文獻啟發并經過與 DCS 人員的討論，將 A、B 和 C 三塊聯鎖表之間增加偏差報警，當任意兩塊表顯示值的偏差超過 10%時，即會彈出報警對話框和報警聲音以提醒操作人員。原料流量偏差報警界面見圖 3，獲 得 210FXT117405ABC 偏 差 報 警 提 示后，查看 7 # 爐第四通道的三塊聯鎖流量表，發現 A表明顯低于 B 和 C 表，并且 B 和 C 表的流量穩定，并未大幅上升或下降，并且觀察各相關參數，如 COT、橫跨壓力和閥位等，確認 A 表的數值降低并不是流量真實下降，隨即將流量調節閥解成手動，儀表后臺旁路現場校表。當兩塊流量聯鎖表同時出現下降并快速逼近聯鎖值時，將輔操臺的 SD－1 聯鎖旁路按鈕扳至旁路位置，使原料流量聯鎖處于旁路位置，確認各個參數正常后校表，正常后取消旁路，恢復聯鎖。輔操臺旁路并不屬于常規操作，僅為避免儀表原因造成裂解爐聯鎖，引起生產波動。稀釋蒸汽的流量偏差報警界面見圖 4，與原料的流量偏差報警具有相同的作用。

在增加流量偏差報警后，杜絕因原料和稀釋蒸汽流量表的問題而觸發裂解爐聯鎖的現象，不僅減少了裂解爐的波動，也減少了經濟損失。

 

3 HTO 流量表變送器改造

3. 1 事件起因

本乙烯裝置有 1～4 # 四臺裂解爐可以投加氫尾油 (HTO) 原料，在正常投油負荷時，HTO 的投油量在 50～75 t/h。自正常投產以來，HTO 流量表經常出現偏差較大，流量不準的情況，對生產穩定造成負面影響。HTO 流量表采用的孔板流量計，引出一塊流量控制表和三塊聯鎖表。由于 HTO是乙烯裝置裂解原料中組分#重的，其原料性質見表 1，因此原料中的雜質和重組份容易在引壓管中沉積和聚集，形成堵塞，引起前后壓差的大幅波動，從而造成流量顯示不穩定和不準確。流量表改造前后波動見圖 5，由圖可見，流量波動不僅幅度大而且偏差明顯。

經過現場對儀表的檢查和分析發現，流出黑色物質，其主要成分為無機物，并且在引導壓管部分位置發現聚集蠟狀凝結物，可能是 HTO 中含有的無機雜質沉淀，造成引壓管堵塞引起流量測量不準確，另一方面也可能是 HTO 孔板流量計引壓管的 “蛇形”蒸汽伴熱所起作用有限，并未達到保證 HTO 在長達 4～5 m 的引壓管內正常流動的目的。

 

3. 2 變送器和伴熱改造

針對上述情況，需要解決的是 HTO 在引壓管內流動防止沉積的問題，由于引壓管長達 4 ～ 5m，很難保證 HTO 在管內的流動，受低壓凝液閃蒸罐和常壓凝液閃蒸罐液位計變送器改造的啟發，考慮對 HTO 流量計進行雙法毛細管差壓變送器的改造。改造前后見圖 6，將二次閥至儀表處的引壓管改造成雙法蘭毛細管，即 HTO 自孔板處引出后并未經過 4～5 m 長的引壓管，而是利用毛細管中的硅油壓力變化，#后來測量 HTO 的流量。

改造前使用的蒸汽伴熱雖然有高熱輸出和廢氣利 用 等 優 勢，但 在 溫 度 控 制 上 遠 不 如 電 伴熱［3］ ，電伴熱不會造成局部的過冷或過熱的現象，對于 HTO 這種較重的裂解原料來說，可以防止其因局部溫度過低而流通不暢。改造后，相比改造之前，流量的波動大幅降低，由原來的#大 600 kg/h 減小至 100～200 kg/h范圍內波動，并且三塊聯鎖表之間的偏差僅在 100kg/h 左右，說明改造后的效果非常明顯。

 

4 增加 TOC 分析儀表

4. 1 事件起因

如圖 1 所示，低壓凝液閃蒸罐頂部的低壓蒸汽并入低壓蒸汽總管，并有一路分支作為除氧槽的加熱介質，除氧后的水經很高壓鍋爐給水泵送至裂解爐經過汽包產生很高壓蒸汽，很高壓蒸汽作為裂解氣壓縮機的驅動源，而裂解氣壓縮機的凝液又經過換熱器 2 和換熱器 3 升溫后返回除氧槽。2016 年 12 月，公共工程脫鹽水站發現乙烯裝置送來凝液中伴有油的味道并含有油花，這可能是乙烯裝置的凝液系統中混入了油，即某個換熱器泄漏造成。經過排查發現，急冷崗位的稀釋蒸汽發生器 2 # 進料加熱器發生泄漏，含油的工藝水側泄漏至 MC 側，被污染的 MC 進低壓凝液閃蒸罐，污染了罐頂的低壓蒸汽和送至公用工程的外送凝液，由于低壓蒸汽總管也被污染，直接導致鍋爐給水品質下降，從而污染了很高壓蒸汽，在很高壓蒸汽取樣器取出的樣品混濁，因此被污染的裂解氣壓縮機的復水由送往凝液系統改為送至循環水。在對稀釋蒸汽發生器 2 # 進料加熱器切出后，將列管裂縫焊接完好，并將整個系統大量排放，一周左右才將整個凝液系統置換干凈。

 

4. 2 增加 TOC 分析儀表

外送凝液中集合了整個乙烯裝置的很高壓凝液、高壓凝液、中壓凝液和低壓蒸汽，在設計之初即考慮到低壓凝液來源用戶眾多，防止低壓凝液被污染的情況發生，在去常壓凝液閃蒸罐的低壓凝液位置上有兩塊總有機碳 (TOC) 分析儀表，分別為AI19101 和 AI19102，測量不同支路低壓凝液集合后的 TOC，但凝液送至界區的 TOC 卻沒有測量，導致難以地衣時間發現外送凝液的 TOC 超標，以致被污染的蒸汽和凝液在系統內循環，對各設備造成相當大的影響。因此在外送凝液總管上增加一塊 TOC 在線監 測 分 析 儀 表 AI19044，此 表 的 量 程 為 0 ～10ppm，以此來保證外送凝液的品質。增加的分析儀表位置見圖 1。一旦此表顯示值超標，即可根據AI19101 和 AI19102 立即確認是否為低壓蒸汽污染所致，排除低壓蒸汽后，立即排查很高壓凝液、高壓凝液和中壓凝液來源的各個用戶，力求地衣時間發現泄漏源，防止發生更大面積的污染。

 

5 結語

在對凝液罐液位計進行雙法蘭毛細管差壓變送器改造后，保證凝液罐液位的穩定，避免波動對凝液外送泵的影響; 原料和稀釋蒸汽流量聯鎖表增設的偏差報警避免不必要的聯鎖造成的生產波動和經濟損失; HTO 原料流量表的變送器改造將流量波動限制在可控范圍內，為裝置的操作提供了可靠依據; 外送凝液總管增加 TOC 分析儀表對外送凝液品質實時監控，能夠地衣時間發現泄漏，將對乙烯裝置的污染降至#低。

 

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