李 云

(中國石化青島煉油化工有限責(zé)任公司， 山東青島 266500)

熱高壓分離器(以下簡稱熱高分)是加氫裂化反應(yīng)部分的關(guān)鍵設(shè)備，起到油、氣分離的作用，操作溫度一般為250～275 ℃，壓力為13.5～14.0 MPa，涉及到高壓臨氫操作，操作條件比較苛刻。由于熱高分底部下游設(shè)備為低壓設(shè)備，操作壓力為2.0～2.5 MPa，頂部為低溫高壓設(shè)備，因此熱高分的液位控制非常重要，一旦液位計(jì)假指示導(dǎo)致油減空或油位過高甚至滿罐，都有可能引發(fā)重大的事故。因此，熱高分液位的精確測量非常重要。

熱高分液位計(jì)目前采用較多的是配套高壓注油、帶引壓管的差壓式液位計(jì)以及雙法蘭液位計(jì)。但是，在實(shí)際生產(chǎn)中，熱高分液位的測量一般只設(shè)遠(yuǎn)傳液位計(jì)，不配套玻璃板作為液位指示。由于該部位設(shè)備無現(xiàn)場玻璃板作為液位校對(duì)，再加上該設(shè)備介質(zhì)比較復(fù)雜易導(dǎo)致液位計(jì)故障，易出現(xiàn)假指示且不易被發(fā)現(xiàn)，存在較大的安全隱患。因此，有必要對(duì)熱高分液位周期性假指示的原因進(jìn)行研究與分析。

1 加氫裂化熱高分液位計(jì)設(shè)置及測量原理

為確保熱高分液位指示的可靠性及下游設(shè)備的安全，熱高分液位測量一般采用帶引壓管的差壓式液位計(jì)，熱高分罐正負(fù)壓開口各一組，一組開口配三路儀表測量引線，并配套高壓連續(xù)注潤滑油系統(tǒng)，保證能夠有效隔離工藝介質(zhì)串入儀表引壓管內(nèi)；為防止熱高分由于液位減空導(dǎo)致高壓竄低壓事故的發(fā)生，熱高分底部出口設(shè)置快速切斷閥，當(dāng)熱高分液位低低聯(lián)鎖時(shí)關(guān)閉熱高分底部出口切斷閥。聯(lián)鎖回路采用三取二設(shè)計(jì)，液位控制回路可以根據(jù)實(shí)際情況任意選擇一塊儀表。熱高分液位設(shè)置如圖1所示，圖中D-103為熱高分，LT11201、LT11202、LT11203為3塊液位計(jì)。

差壓式液位計(jì)是利用容器內(nèi)液位改變時(shí)，由液柱產(chǎn)生的靜壓也相應(yīng)變化的原理[1]而工作的，該液位采用差壓變送器引線取壓的方式和量程負(fù)遷移的原理測量液位，其正、負(fù)壓引線分別灌滿隔離液。

圖1 熱高分液位示意

2 熱高分液位計(jì)假指示的現(xiàn)象與處理

某煉化公司2.0 Mt/a加氫裂化裝置自2015年3月份起(裝置開工約2年后)，熱高分液位在投用注油的情況下，開始出現(xiàn)周期性假指示的現(xiàn)象，該現(xiàn)象出現(xiàn)的周期是3～4個(gè)月，每次假指示的現(xiàn)象基本一致，如圖2所示。

圖2 熱高分液位計(jì)指示變化曲線

由圖2可以看出，熱高分液位在長時(shí)間的運(yùn)行過程中，出現(xiàn)周期性的變化，主要故障現(xiàn)象為液位儀表波動(dòng)幅度逐步變大，波幅最大超過60%，并且液位會(huì)出現(xiàn)快速降為0或升高至100%的現(xiàn)象，短時(shí)間后恢復(fù)。在故障初期，液位快速下降約10%～20%，隨后逐步大幅波動(dòng)，波動(dòng)頻率隨著時(shí)間的推移逐步加快，對(duì)裝置的平穩(wěn)安全運(yùn)行帶來較大的影響。這些現(xiàn)象在3塊液位計(jì)上同時(shí)出現(xiàn)，其運(yùn)行曲線基本一致。

故障出現(xiàn)后，通過手動(dòng)打壓泵從變送器往液位計(jì)引壓管打潤滑油的方法進(jìn)行處理，液位計(jì)即可恢復(fù)正常運(yùn)行。熱高分液位處理前后對(duì)比見圖3。

圖3 熱高分液位處理前后對(duì)比

圖3中紅色曲線為熱高位液位控制閥閥位投自動(dòng)后輸出變化曲線，綠色為熱高分液位變化曲線圖，藍(lán)色為熱高分液位投自動(dòng)時(shí)設(shè)定值?？梢钥闯觯幚砬昂笠何挥?jì)運(yùn)行曲線差別比較大，處理前，液位計(jì)波動(dòng)較大，波動(dòng)幅度最大超60%，控制閥無法投用自動(dòng)，給安全生產(chǎn)帶來較大的隱患。處理后，液位計(jì)運(yùn)行曲線比較平緩，控制閥在投自動(dòng)的情況，波動(dòng)在1%～3%之間，運(yùn)行良好。

3 熱高分液位計(jì)假指示的處置及分析

3.1 常見的差壓式液位計(jì)故障類型及原因

3.1.1液位計(jì)波動(dòng)大

a) 取壓管內(nèi)為易氣化介質(zhì)，當(dāng)被測容器壓力達(dá)到介質(zhì)氣化的臨界值以上時(shí)，取壓管內(nèi)介質(zhì)氣化。

b) 取壓管內(nèi)為易冷凝介質(zhì)，當(dāng)沒有伴熱保溫措施天氣較冷時(shí)，造成取壓管內(nèi)介質(zhì)因冷凝而致導(dǎo)壓不通暢(未全堵死)，或取壓管內(nèi)有固體顆粒物沉積，當(dāng)被測容器壓力變化時(shí)，變送器正負(fù)膜盒不能及時(shí)測量真實(shí)壓力。

3.1.2測量誤差

a) 安裝不規(guī)范，正負(fù)取壓管有高于取壓點(diǎn)現(xiàn)象，尤其是負(fù)取壓橫管向上傾斜，造成遷移值不準(zhǔn)確。

b) 導(dǎo)壓管因伴熱等原因造成導(dǎo)壓管內(nèi)介質(zhì)溫度不同，從而造成密度有偏差。

c) 取壓管內(nèi)隔離液因長時(shí)間與被測量介質(zhì)接觸，造成取壓管內(nèi)介質(zhì)與被測量介質(zhì)混合，從而造成密度變化。

d) 負(fù)取壓管測量的為設(shè)備內(nèi)氣體壓力，正常情況下負(fù)壓管充滿隔離液變送器負(fù)遷移，當(dāng)因伴熱、泄漏等原因造成負(fù)取壓管內(nèi)隔離液減少時(shí)，液位指示偏大。

e) 正取壓管內(nèi)有氣體存在。

f) 變送器測量精度不夠。

3.1.3指示異常

a) 指示大幅偏大或達(dá)到極值：壓管內(nèi)隔離液泄漏或完全泄漏；負(fù)壓取壓堵塞嚴(yán)重；負(fù)壓管至變送器有漏點(diǎn)。

b) 指示大幅偏小或達(dá)到極值：正壓取壓堵塞嚴(yán)重；正壓管至變送器有漏點(diǎn)。

c) 指示固定在一個(gè)值或無指示：一般是變送器本身出現(xiàn)故障造成。

3.2 熱高分液位假指示處理及原因分析

3.2.1熱高分液位處理過程中存在的現(xiàn)象

在液位計(jì)周期性假指示的處理過程中，發(fā)現(xiàn)以下現(xiàn)象。

a) 液位計(jì)的引壓管及相關(guān)接頭無漏點(diǎn)，在伴熱、保溫等外部條件不變的情況下，每次故障，通過對(duì)負(fù)壓側(cè)引壓管進(jìn)行打壓疏通處理，液位計(jì)能夠正常運(yùn)行。

b) 每次假指示都是3塊液位計(jì)同時(shí)發(fā)生，對(duì)其中1塊液位計(jì)進(jìn)行處理后，3塊液位計(jì)都能恢復(fù)正常指示。

c) 液位假指示都是大幅偏小甚至達(dá)到極值。

d) 關(guān)閉上下引出根部閥門，用氮?dú)鈱⑸舷乱隹偣芗皟x表引壓管線進(jìn)行吹掃，正引壓管吹出物質(zhì)為所注的潤滑油，無其他介質(zhì)；負(fù)引壓管吹掃出大量白色固體物質(zhì)。

3.2.2熱高分液位假指示的原因分析

根據(jù)上述熱高分假指示及處理過程中出現(xiàn)的現(xiàn)象，從3.1.3指示異常中的故障類型可以得出，當(dāng)作用于變送器膜盒上的正壓取壓壓力快速下降或負(fù)壓取壓壓力快速上漲時(shí)，會(huì)導(dǎo)致儀表指示大幅偏小至達(dá)到極值，出現(xiàn)該現(xiàn)象有2種可能：正引壓管存在漏點(diǎn)；負(fù)引壓管存在堵塞現(xiàn)象。通過對(duì)現(xiàn)場儀表引線進(jìn)行排查及處理，儀表引壓管系統(tǒng)不存在漏點(diǎn)，由此可以排除儀表假指示是由于存在泄漏導(dǎo)致的。在處理儀表假指示過程中，當(dāng)對(duì)負(fù)引壓管進(jìn)行快速打壓疏通后，儀表恢復(fù)正常。從這一處理措施可以得到證實(shí)，儀表的假指示是由于負(fù)引壓管堵塞引起壓力快速上漲所致。但每次疏通運(yùn)行一段時(shí)間后故障仍會(huì)周期出現(xiàn)，說明導(dǎo)致引壓管堵塞的物質(zhì)持續(xù)產(chǎn)生。

為進(jìn)一步查明引壓管堵塞的原因，對(duì)儀表引壓管進(jìn)行吹掃，發(fā)現(xiàn)存在大量白色固體，對(duì)固體物質(zhì)進(jìn)行組成分析發(fā)現(xiàn)該白色固體物質(zhì)易溶于水，見表1，判斷該物質(zhì)主要成分為銨鹽或氯鹽。因此，該儀表假指示主要是由于負(fù)引出管隨著裝置的運(yùn)行持續(xù)產(chǎn)生銨鹽或氯鹽，導(dǎo)致了引壓管堵塞，引起在儀表注油的情況下出現(xiàn)周期性假指示。

表1 儀表引壓管內(nèi)結(jié)晶分析 mg/L

3.3 熱高分液位負(fù)引出管結(jié)鹽原因分析

根據(jù)加氫裂化工藝的特點(diǎn)，加氫原料中的硫、氮、氯等含量較高(見表2)，加氫過程中生成的H2S 、HCl和 NH3等介質(zhì)隨著反應(yīng)生產(chǎn)油進(jìn)入熱高分系統(tǒng)，生產(chǎn)物中的H2S，HCl和 NH3在低溫?zé)o水下會(huì)形成NH4HS與NH4Cl等結(jié)晶體，熱高分氣經(jīng)空冷冷卻后會(huì)生產(chǎn)NH4HS 與 NH4Cl等結(jié)晶體，因此，空冷的入口會(huì)設(shè)計(jì)注水系統(tǒng)，以溶解產(chǎn)生的銨鹽[2]。本裝置熱高分液位計(jì)上引出總管為DN80 mm、長約1.5 m的管線，盡管液位計(jì)配套連續(xù)注油系統(tǒng)，但是由于引出總管為水平安裝，并且注油速度比較慢，引出總管的管線空間內(nèi)會(huì)充滿熱高分氣。裝置運(yùn)行中，管段距離罐體越遠(yuǎn)，溫度越低，在伴熱良好的情況下通過對(duì)該管段進(jìn)行測溫，溫度最低為120 ℃，即該管段的正常溫度在120 ℃～275 ℃，而NH4Cl的結(jié)晶溫度約為210 ℃，NH4HS的結(jié)晶溫度約為121 ℃，該溫度區(qū)間正好處于NH4Cl+NH4HS合成溫度區(qū)間。因此，銨鹽的積累量會(huì)隨著裝置運(yùn)行時(shí)間的增長而逐步增加，直到填滿上引壓總管，導(dǎo)致堵塞，注油壓力作用于變送器膜盒上，引起液位計(jì)假指示。對(duì)液位計(jì)引壓管進(jìn)行疏通后，液位恢復(fù)正常，但運(yùn)行一段時(shí)間后，隨著銨鹽的積聚增多，將再次堵塞引壓管，導(dǎo)致儀表假指示。

表2 加氫裂化原料分析

4 熱高分液位日常維護(hù)及改進(jìn)建議

熱高分、熱低分把加氫裂化裝置分為高壓和低壓2部分，所以熱高分的液位是關(guān)系裝置安全的重要節(jié)點(diǎn)。如何確保熱高分液位指示正常，是工藝、儀表專業(yè)日常維護(hù)的重點(diǎn)工作。針對(duì)熱高分液位計(jì)假指示的原因，結(jié)合加氫裂化熱高分高溫(操作溫度275 ℃)、高壓(操作壓力為14.0 MPa)的特點(diǎn)，處理該部位儀表故障問題風(fēng)險(xiǎn)性較高，往往需要外接打壓設(shè)備對(duì)該部位進(jìn)行打壓疏通，存在接頭部位由于承壓問題引起泄漏的風(fēng)險(xiǎn)。因此，在日常維護(hù)中，對(duì)該部位的故障處理應(yīng)格外重視，需要詳細(xì)安全的處理方案。結(jié)合長期對(duì)該部位的處理經(jīng)驗(yàn)，建議如下。

a) 加強(qiáng)對(duì)原料性質(zhì)的監(jiān)控，防止原料中的硫、氮、氯大幅超標(biāo)，導(dǎo)致銨鹽結(jié)晶速度加快[3]。

b) 針對(duì)銨鹽的結(jié)晶溫度區(qū)間，對(duì)上下引出管加強(qiáng)伴熱及保溫，提高上引出管的運(yùn)行溫度，避開銨鹽的結(jié)晶溫度區(qū)，減緩甚至防止銨鹽結(jié)晶，從根本上解決銨鹽結(jié)晶的問題。

c) 當(dāng)確認(rèn)銨鹽堵塞引壓管時(shí)，需要制定嚴(yán)格的處理方案，通過往熱高分打壓的方式將負(fù)引壓管疏通，打壓前需要對(duì)打壓流程進(jìn)行耐壓試驗(yàn)，確保接頭牢固后，再向熱高分罐進(jìn)行打壓疏通。

d) 根據(jù)熱高分液位設(shè)計(jì)情況，若液位計(jì)上引壓總管設(shè)計(jì)有去火炬放空線，如圖1所示，可定期打開該放空流程，通過高壓高溫?zé)岣叻謿猓瑢⒎e聚在上引壓總管上的銨鹽溶解帶出，解決銨鹽結(jié)晶導(dǎo)致的堵塞問題。

e) 從設(shè)計(jì)上徹底解決該問題。由于上引出總管銨鹽結(jié)晶的問題不僅會(huì)導(dǎo)致液位計(jì)周期性假指示，還會(huì)由于銨鹽的垢下腐蝕給裝置運(yùn)行帶來較大的風(fēng)險(xiǎn)，因此，要從設(shè)計(jì)上提出解決該部位銨鹽結(jié)晶的問題。為防止銨鹽結(jié)晶，建議將上下引出總管設(shè)計(jì)成向下傾斜一定角度，在連續(xù)注油的情況下將引壓總管充滿隔離液，從根本上杜絕熱高分氣存在的空間及場所，防止銨鹽結(jié)晶。

f) 利用裝置停工檢修的機(jī)會(huì)，從循環(huán)氫壓縮機(jī)出口引出氫氣管線，接入熱高分引壓總管，通過注入氫氣的方式置換隔離熱高分氣，防止熱高分氣進(jìn)入引壓總管，從根本上杜絕熱高分氣存在的空間及場所，防止銨鹽結(jié)晶。

5 結(jié)論

加氫裂化裝置由于高溫高壓，操作調(diào)節(jié)苛刻，是煉油化工裝置危險(xiǎn)級(jí)別最高的裝置之一，儀表的正常指示和正確動(dòng)作，直接關(guān)系到裝置的安全和生產(chǎn)的順利進(jìn)行。本文根據(jù)熱高分液位的故障現(xiàn)象以及處置結(jié)果，分析認(rèn)為造成該問題的主要原因是儀表引壓管內(nèi)部結(jié)鹽堵塞，并對(duì)儀表的維護(hù)措施提出了改進(jìn)建議，確定了在現(xiàn)有條件下定期強(qiáng)制維護(hù)的方案，經(jīng)過長期運(yùn)行，取得了較好的效果；同時(shí)，充分考慮熱高分氣遇冷結(jié)鹽的特點(diǎn)，提出在設(shè)計(jì)階段或通過裝置停工檢修的機(jī)會(huì)，進(jìn)行技術(shù)改造，從根本上解決熱高分液位由于銨鹽結(jié)晶帶來的液位假指示以及銨鹽垢下腐蝕的問題。