陜西延長石油（集團）有限責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，設計年產(chǎn)本色聚丙烯粒料２０萬ｔ［ １ ］ 。該裝置 ２００９ － ０７ 投產(chǎn)運行，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。現(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浮筒腔內(nèi)滯留，影響了浮子的動作靈活性，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，此過程反復進行形成惡性循環(huán)，不到半年時間就造成導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，維護人員曾經(jīng)采用手動水洗法，以反復排水和補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，對聚丙烯粉料洗滌塔浮筒液位計實施了技術改造。

 

１　 聚丙烯粉料洗滌塔浮筒液位計使用情況

浮筒液位計在聚丙烯裝置投產(chǎn)初期能夠正常使用，實現(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％ ）之間隨時間呈周期性規(guī)律變化，液位變化的周期基本是 １ｈ ，每個周期內(nèi)的液位體積分數(shù)與時間成直線函數(shù)關系。

聚丙烯裝置２００９ － ０７投產(chǎn)運行不到半年，聚丙烯粉料洗滌塔浮筒液位計運行異常，其 ＤＣＳ 液位檢測線圖表現(xiàn)為液位計數(shù)值變化緩慢或長時間數(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)，浮子的浮動范圍比正常時明顯變窄。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。

 

液位計現(xiàn)場檢查證實上述分析是正確的。現(xiàn)場檢查給出的液位計故障的主要原因是，浮筒空腔內(nèi)有大量的粉末導致浮子動作不靈活，嚴重時出現(xiàn)卡死，由于液位計故障又引起了洗滌塔不能正常排水，粉料不能被及時排出塔體，因此更多的粉料積存在塔內(nèi)，后進入浮筒液位計。如此惡性循環(huán)導致聚丙烯粉料洗滌塔系統(tǒng)徹底癱瘓，問題如果不及時處理會引起滿塔或空塔，嚴重時會引起整個裝置無法正常運行，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入洗滌塔，在塔內(nèi)自下而上流動的過程中與自上而下流動的洗滌水逆流接觸 ［２ ］ ，蒸汽中的粉料進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

（１ ）結(jié)構 　 實施改造前，聚丙烯粉料洗滌塔使用的是東京計裝公司生產(chǎn)的全進口浮筒液位計，其結(jié)構見圖５ 。

浮筒液位計測量液位時浮子必須與被測液體直接接觸，被測液體進入液位計空腔時，其附帶的大量聚丙烯粉末難免有部分滯留在液位計空腔中。當粉末過多集聚在浮筒內(nèi)時，導致浮子動作受阻或卡死，造成不能真實反應液位值 ［５ ］ 。

 

（２ ）工作原理 　 浮筒液位計利用變浮力原理測量液位。當被測液面位置變化時，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 ］ 。浮筒液位計工作原理見圖 ６ 。

圖６中液位計用彈簧平衡浮力，用差動變壓器測量浮筒位移，平衡時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，例如升高 Δ Ｈ ，彈簧被壓縮Δ ｘ ，此時有：

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變壓器轉(zhuǎn)換成電信號進行遠傳控制。因此，當浮筒液位計的浮筒升降動作發(fā)生異常時，彈簧的變形時將無法準確反映液位的實際值 ［９ ］ 。

 

２．２．２　 浮筒雙法蘭差壓液位計

雙法蘭式差壓變送器由差壓變送器、毛細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）的毛細管連接起來的 ［１０ ］ 。當膜片受壓后產(chǎn)生微小變形，變形位移或頻率通過毛細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 ［１１ ］ 。雙法蘭差壓液位計工作原理見圖 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 。因為低壓側(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　 液位計工作原理對比分析

對比浮筒液位計和雙法蘭差壓液位計工作原理可知，浮筒液位計測液位時浮子必須與被測液體直接接觸，并且要隨液位變化上下運動 ［１３ ］ 。由于粉料洗滌塔中含有大量的聚丙烯粉末，當粉末過多集聚在浮筒內(nèi)時，導致浮子動作受阻或卡死，造成不能真實反應被測量液位值 ［１４ ］ 。而雙法蘭差壓液位計是靠高低壓側(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算得到液位的變化值，即使塔內(nèi)含有大量粉料也不會引起壓力傳感不準 ［１５ ］ 。

 

３　 聚丙烯粉料洗滌塔液位計改造

根據(jù)液位計使用原理和使用工況的對比分析，我廠在２０１２ － ０４裝置大檢修時決定將浮筒液位計改造為雙法蘭差壓液位計，取得了較好的經(jīng)濟效益。未改造前，聚丙烯粉料洗滌塔液位計使用的東京計裝公司全進口浮筒 式液位計每套價 值 ７５　０００ 元。２０１１ 年更換表頭花費 ５０　０００ 元， ２００９ － ０７～２０１２ － ０４多次維修產(chǎn)生費用共 １０　０００ 元。改造后使用羅斯蒙特公司的雙法蘭差壓液位計，每套價值 ５０　０００ 元，２０１２ － ０４ 至今未更換任何零部件，每年正常的維護和檢查費用大約為 １　０００ 元。改造前后聚丙烯粉料洗滌塔液位計運行成本對比見圖８ ，可見雙法蘭差壓液位計的經(jīng)濟價值遠高于浮筒式液位計。

 

４　 結(jié)語

聚丙烯粉料洗滌塔浮筒液位計改造為雙法蘭差壓液位計至今已超過６ａ ，除裝置檢修期間對雙法蘭表面進行正常維護檢查外，日常使用中雙法蘭差壓液位計一直運行狀態(tài)良好，未出現(xiàn)過一起液位計故障事故，不僅極大減少了維護人員的工作量，整個聚丙烯粉料洗滌塔系統(tǒng)也運行正常，再無液位計故障引起的滿塔或空塔現(xiàn)象，此次改造達到了預期的目的，滿足了正常生產(chǎn)的需要。

 

此次項目改造根據(jù)不同的使用條件和環(huán)境選擇不同的測量儀表，打破了原有設計的不足，不僅解決了聚丙烯粉料洗滌塔液位計選擇不當引起的運行故障難題，也保證了工藝裝置平穩(wěn)運行，從中得到了解決同類問題的有效方法。

 

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