乙烯裝置裂解爐區(qū)域儀表改造案例分析

 

1 凝液系統(tǒng)液位計(jì)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(tǒng)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(jīng)過液位調(diào)節(jié)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(jīng)液位調(diào)節(jié)閥 2 送出界區(qū)至公用工程，此調(diào)節(jié)閥控制常壓凝液閃蒸罐液位。在裝置開工初期發(fā)現(xiàn)凝液外送泵經(jīng)常抽空，這是由于常壓凝液閃蒸罐的液位計(jì)引壓管發(fā)生堵塞，造成顯示液位瞬間升高，液位計(jì)將信號(hào)傳送給調(diào)節(jié)閥 2，使調(diào)節(jié)閥開大，增加凝液外送量，從而達(dá)到降低液位的目的，而常壓凝液閃蒸罐的實(shí)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(jì)使用的是差壓式變送器，此類變送器的缺陷在于介質(zhì)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(zhì)波動(dòng)較大時(shí)，堵塞的引壓管造成液位顯示不準(zhǔn)確。

 

1. 2 液位計(jì)變送器改造

為解決上述問題，將常壓凝液閃蒸罐的液位計(jì)變送器進(jìn)行改造，改造成雙法蘭毛細(xì)管差壓變送器。雙法蘭毛細(xì)管差壓變送器的特點(diǎn)是變送器容器的兩個(gè)法蘭直接連接，金屬膜盒經(jīng)毛細(xì)管與變送器的測量室相連通，在膜盒、毛細(xì)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(shí)起到了變送器與介質(zhì)隔離的作用，避免物質(zhì)在較長的引壓管中流動(dòng)不暢造成的流量測定不準(zhǔn)確的情況，降低介質(zhì)結(jié)垢堵塞引壓管的風(fēng)險(xiǎn)［2］ 。由于經(jīng)低壓凝液閃蒸罐罐底液位調(diào)節(jié)閥 1去常壓凝液閃蒸罐的凝液量也會(huì)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(jì)變送器均改為雙法蘭毛細(xì)管變送器，以保證液位穩(wěn)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(wěn)，保證凝液外送泵的正常運(yùn)行，未再出現(xiàn)抽空的情況。

2 增設(shè)流量偏差報(bào)警

2. 1 事件起因

 

乙烯裝置共有 8 臺(tái)裂解爐，1～7 # 裂解爐均有四個(gè)通道，8 # 裂解爐有三個(gè)通道，每個(gè)通道均設(shè)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(lián)鎖表，另一塊為控制流量表。即對(duì)于原料來說，當(dāng)三塊聯(lián)鎖表中的兩塊流量低至聯(lián)鎖值時(shí)，會(huì)觸發(fā) SD－1 聯(lián)鎖，聯(lián)鎖后原料電磁閥關(guān)閉，稀釋蒸汽調(diào)節(jié)閥開大。對(duì)于稀釋蒸汽，當(dāng)三塊聯(lián)鎖表中的兩塊流量低于聯(lián)鎖值時(shí)，會(huì)觸發(fā)SD－2 聯(lián)鎖，燃料氣電磁閥關(guān)閉，火炬電磁閥打開。雖然聯(lián)鎖的目的是對(duì)裝置進(jìn)行保護(hù)，但是儀表失靈或非真實(shí)值都會(huì)引發(fā)聯(lián)鎖，造成裂解爐不必要的波動(dòng)和產(chǎn)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(jì) 失 準(zhǔn)，引 起 兩 塊 聯(lián) 鎖 表 流 量低，造成 SD－2 聯(lián)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(lián)鎖表流量低，造成 SD－1 聯(lián)鎖。

 

由于 SD－1 和 SD－2 由流量觸發(fā)的聯(lián)鎖均為“3 選 2”。所以當(dāng)兩塊表同時(shí)出現(xiàn)大幅快速波動(dòng)時(shí)，來不及等操作人員做出反應(yīng)，就已經(jīng)觸發(fā)聯(lián)鎖。

 

2. 2 增加偏差報(bào)警

簡單地提高各流量表的報(bào)警值并不能滿足避免觸發(fā)聯(lián)鎖的要求，不僅增加很多不必要的報(bào)警，也消耗操作人員的精力投入。陳永慶［1］ 在對(duì)錦西煉油廠試驗(yàn)裝置改造項(xiàng)目中，對(duì)報(bào)警系統(tǒng)增加了溫度、壓力和進(jìn)油量等偏差報(bào)警。受文獻(xiàn)啟發(fā)并經(jīng)過與 DCS 人員的討論，將 A、B 和 C 三塊聯(lián)鎖表之間增加偏差報(bào)警，當(dāng)任意兩塊表顯示值的偏差超過 10%時(shí)，即會(huì)彈出報(bào)警對(duì)話框和報(bào)警聲音以提醒操作人員。原料流量偏差報(bào)警界面見圖 3，獲 得 210FXT117405ABC 偏 差 報(bào) 警 提 示后，查看 7 # 爐第四通道的三塊聯(lián)鎖流量表，發(fā)現(xiàn) A表明顯低于 B 和 C 表，并且 B 和 C 表的流量穩(wěn)定，并未大幅上升或下降，并且觀察各相關(guān)參數(shù)，如 COT、橫跨壓力和閥位等，確認(rèn) A 表的數(shù)值降低并不是流量真實(shí)下降，隨即將流量調(diào)節(jié)閥解成手動(dòng)，儀表后臺(tái)旁路現(xiàn)場校表。當(dāng)兩塊流量聯(lián)鎖表同時(shí)出現(xiàn)下降并快速逼近聯(lián)鎖值時(shí)，將輔操臺(tái)的 SD－1 聯(lián)鎖旁路按鈕扳至旁路位置，使原料流量聯(lián)鎖處于旁路位置，確認(rèn)各個(gè)參數(shù)正常后校表，正常后取消旁路，恢復(fù)聯(lián)鎖。輔操臺(tái)旁路并不屬于常規(guī)操作，僅為避免儀表原因造成裂解爐聯(lián)鎖，引起生產(chǎn)波動(dòng)。稀釋蒸汽的流量偏差報(bào)警界面見圖 4，與原料的流量偏差報(bào)警具有相同的作用。

在增加流量偏差報(bào)警后，杜絕因原料和稀釋蒸汽流量表的問題而觸發(fā)裂解爐聯(lián)鎖的現(xiàn)象，不僅減少了裂解爐的波動(dòng)，也減少了經(jīng)濟(jì)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(tái)裂解爐可以投加氫尾油 (HTO) 原料，在正常投油負(fù)荷時(shí)，HTO 的投油量在 50～75 t/h。自正常投產(chǎn)以來，HTO 流量表經(jīng)常出現(xiàn)偏差較大，流量不準(zhǔn)的情況，對(duì)生產(chǎn)穩(wěn)定造成負(fù)面影響。HTO 流量表采用的孔板流量計(jì)，引出一塊流量控制表和三塊聯(lián)鎖表。由于 HTO是乙烯裝置裂解原料中組分#重的，其原料性質(zhì)見表 1，因此原料中的雜質(zhì)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(dòng)，從而造成流量顯示不穩(wěn)定和不準(zhǔn)確。流量表改造前后波動(dòng)見圖 5，由圖可見，流量波動(dòng)不僅幅度大而且偏差明顯。

經(jīng)過現(xiàn)場對(duì)儀表的檢查和分析發(fā)現(xiàn)，流出黑色物質(zhì)，其主要成分為無機(jī)物，并且在引導(dǎo)壓管部分位置發(fā)現(xiàn)聚集蠟狀凝結(jié)物，可能是 HTO 中含有的無機(jī)雜質(zhì)沉淀，造成引壓管堵塞引起流量測量不準(zhǔn)確，另一方面也可能是 HTO 孔板流量計(jì)引壓管的 “蛇形”蒸汽伴熱所起作用有限，并未達(dá)到保證 HTO 在長達(dá) 4～5 m 的引壓管內(nèi)正常流動(dòng)的目的。

 

3. 2 變送器和伴熱改造

針對(duì)上述情況，需要解決的是 HTO 在引壓管內(nèi)流動(dòng)防止沉積的問題，由于引壓管長達(dá) 4 ～ 5m，很難保證 HTO 在管內(nèi)的流動(dòng)，受低壓凝液閃蒸罐和常壓凝液閃蒸罐液位計(jì)變送器改造的啟發(fā)，考慮對(duì) HTO 流量計(jì)進(jìn)行雙法毛細(xì)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(xì)管，即 HTO 自孔板處引出后并未經(jīng)過 4～5 m 長的引壓管，而是利用毛細(xì)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(yōu) 勢，但 在 溫 度 控 制 上 遠(yuǎn) 不 如 電 伴熱［3］ ，電伴熱不會(huì)造成局部的過冷或過熱的現(xiàn)象，對(duì)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(dòng)大幅降低，由原來的#大 600 kg/h 減小至 100～200 kg/h范圍內(nèi)波動(dòng)，并且三塊聯(lián)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(zhì)，除氧后的水經(jīng)很高壓鍋爐給水泵送至裂解爐經(jīng)過汽包產(chǎn)生很高壓蒸汽，很高壓蒸汽作為裂解氣壓縮機(jī)的驅(qū)動(dòng)源，而裂解氣壓縮機(jī)的凝液又經(jīng)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(fā)現(xiàn)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(tǒng)中混入了油，即某個(gè)換熱器泄漏造成。經(jīng)過排查發(fā)現(xiàn)，急冷崗位的稀釋蒸汽發(fā)生器 2 # 進(jìn)料加熱器發(fā)生泄漏，含油的工藝水側(cè)泄漏至 MC 側(cè)，被污染的 MC 進(jìn)低壓凝液閃蒸罐，污染了罐頂?shù)牡蛪赫羝�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�?dǎo)致鍋爐給水品質(zhì)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(jī)的復(fù)水由送往凝液系統(tǒng)改為送至循環(huán)水。在對(duì)稀釋蒸汽發(fā)生器 2 # 進(jìn)料加熱器切出后，將列管裂縫焊接完好，并將整個(gè)系統(tǒng)大量排放，一周左右才將整個(gè)凝液系統(tǒng)置換干凈。

 

4. 2 增加 TOC 分析儀表

外送凝液中集合了整個(gè)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(shè)計(jì)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(fā)生，在去常壓凝液閃蒸罐的低壓凝液位置上有兩塊總有機(jī)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(qū)的 TOC 卻沒有測量，導(dǎo)致難以地衣時(shí)間發(fā)現(xiàn)外送凝液的 TOC 超標(biāo)，以致被污染的蒸汽和凝液在系統(tǒng)內(nèi)循環(huán)，對(duì)各設(shè)備造成相當(dāng)大的影響。因此在外送凝液總管上增加一塊 TOC 在線監(jiān) 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(zhì)。增加的分析儀表位置見圖 1。一旦此表顯示值超標(biāo)，即可根據(jù)AI19101 和 AI19102 立即確認(rèn)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(gè)用戶，力求地衣時(shí)間發(fā)現(xiàn)泄漏源，防止發(fā)生更大面積的污染。

 

5 結(jié)語

在對(duì)凝液罐液位計(jì)進(jìn)行雙法蘭毛細(xì)管差壓變送器改造后，保證凝液罐液位的穩(wěn)定，避免波動(dòng)對(duì)凝液外送泵的影響; 原料和稀釋蒸汽流量聯(lián)鎖表增設(shè)的偏差報(bào)警避免不必要的聯(lián)鎖造成的生產(chǎn)波動(dòng)和經(jīng)濟(jì)損失; HTO 原料流量表的變送器改造將流量波動(dòng)限制在可控范圍內(nèi)，為裝置的操作提供了可靠依據(jù); 外送凝液總管增加 TOC 分析儀表對(duì)外送凝液品質(zhì)實(shí)時(shí)監(jiān)控，能夠地衣時(shí)間發(fā)現(xiàn)泄漏，將對(duì)乙烯裝置的污染降至#低。

 

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