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減壓塔浮球液位計與差壓液位計比較及優化改造方案研究

 摘要:常減壓蒸餾裝置是每座煉油廠的龍頭裝置,而減壓塔又是該裝置zui重要的設備之一,其液位的精確測量與控制對于整個裝置及煉油廠都至關重要;減壓塔側線遠傳液位計的常規設計選型為浮球液位計和普通差壓液位計,浮球液位計故障率較高,而減壓塔特殊的負壓操作環境,使得差壓液位計無法保證長周期的平穩測量;本文采用一種利用絕壓壓力測量和 DCS 系統組態配合完成的測量方案,經過實踐驗證其測量的可靠性和穩定性,為石油化工領域減壓塔以及其他負壓容器的液位測量提供一種新的技術手段。

 
1  項目優化改造原因
某石化公司一期和二期的常減壓蒸餾裝置都是單套處理量為千萬級別的龍頭裝置,為了使原油提取更多的輕質組分,往往通過降低蒸餾壓力,使被蒸餾的原料油沸點范圍降低,這個實現減壓蒸餾的重要設備即是減壓塔。而該設備由于它的抽真空系統,使得其操作壓力為負壓,接近真空的特殊性,所以設計院通常在其液位測量與控制上選擇差壓液位計和浮球液位計配合使用,差壓液位計測量范圍大,把控全局;浮球液位計測量范圍小,實現控制。但這兩種液位測量方案都有其弊端。
 
1.1  浮球液位計弊端
浮球液位計是根據阿基米德定律實現的,容器內液位變化使浮球上下移動,使杠桿系統偏轉輸出的角位移發生變化,并由傳感器將其轉換為電信號得出實際液位。但是由于減三線、減四線及減壓渣油粘度很大,在實際使用中浮球經常出現卡澀不動的情況,另外,內浮球的頻繁晃動也使得塔內浮球與連桿連接部位疲勞強度增大,在一個生產運行周期的末端極易出現浮球脫落的情況,還有就是浮球液位計的精度較低,不能很好地完成精確測量控制的任務,對于調整產品分布及產品質量上增大了操作難度,降低容錯率。
 
1.2  差壓液位計弊端
差壓液位計是基于液位高度變化時,液柱產生的靜壓也隨之變化,進而換算出液位的。差壓計的正引壓管與減壓塔集油箱底端相連,負引壓管則與降液盤上側氣相相連,再根據變送器的安裝位置進行相應的遷移后測出實際液位。在實際使用中會出現以下問題。
 
(1)差壓液位計需配合沖洗油使用,沖洗柴油會與介質產生互溶現象,尤其是減壓重油很可能進入引壓管內,管道內存在黏稠臟物堵塞管道,影響壓力傳遞,需要頻繁打沖洗油,否則,過一段時間又堵塞了,導致測量不準,也增加維護工作量。zui致命的問題出現在負引壓管上,如果使負引壓管充滿隔離介質,會出現沖洗油被吸入塔內,造成測量值升高,如果負引壓管不沖灌任何隔離介質,在塔內的高溫油氣會一點點地在負壓側冷凝,造成測量值緩慢降低,zui終失控。
(2)差壓液位計也無法沖灌隔離液(水),因為負引壓管連接減壓塔內,塔內壓力接近真空,水的沸點會隨著壓力的降低而降低,而在接近 -100kPa(g) 的環境下,常溫下的水會達到沸點,變成水蒸氣進入塔內,造成負引壓管內隔離液消失,測量值超高爆表。
減壓塔 DCS 系統截圖
將原差壓液位計負壓側一次閥關閉切除,利用合適量程的絕壓壓力變送器,將其引壓管接入原差壓液位的正壓側。通過圖二 DCS 系統組態換算,利用靜壓原理,引入公式:
20220221143107.jpg
式中,CPV 為液位測量值,即 LC-41008 的測量值;RV為絕壓壓力變送器 PI-41008 的實際測量值;RV1 為減三線集油箱上部氣相絕壓壓力 PI-41013 的實際測量值(利舊);PO1 為變送器與取源點垂直遷移量為定值 12.65kPa;ρ 為減三線油的密度;g:重力加速度 9.8m/s2;LEL 為減三線液位實測量程為定值 2.2m。
 減三線差壓液位 - 絕壓差換算組態圖
通過兩臺絕壓壓力變送器分別測量集油箱液相和減壓塔氣相,消除減壓塔氣相壓力變化對儀表指示值帶來的影響,遷移量 P01=12.65kPa 為變送器實際安裝位置與正取源點的高度差 1.59m;重力加速度 9.8m/s2 和正引壓管內沖洗油密度 0.81m/s2 三者的乘積。計算出當前液位的實際差壓值,再除以重力加速度和減三線密度即可換算出實際高度差,再根據液位量程,得出液位百分比。
 
3  優化改造效果分析
改造后的減三線液位測量精確穩定,抗干擾能力明顯增強,運行一年多的時間里,維護次數為 0 次,效果令人滿意。改造后又多次對整個測量方案完善優化,其中對于固定遷移量的計算中,考慮到沖洗油會與介質輕微互溶,且沖洗油溫度變化也會對其密度產生變化,我們通過單純測量液柱靜壓,實測沖洗油密度后再進行遷移,提高了液位測量精度。另外,為了降本增效,我們是利舊原有減三線氣相壓力作為絕壓差壓測量的負壓,而減壓塔氣相自塔底至塔頂,壓力越來越低,所以利舊壓力是比原負壓側絕壓要低一些,使得測量值會有一點偏高,如果在停工檢修期間在原負壓側增加一套絕壓壓力變送器,其效果會更好,測量精度會更高。另外,我們在原計算模塊組態中,將實際介質密度變為一個可實時修改的值,在工程師權限下可以人為修正,增加了測量的靈活性和準確性。
 
利用絕壓壓力變送器的壓力差測量減壓塔的液位,通過實踐驗證,無論從測量準確性、穩定性,還是儀表維護工作量上來說,都是非常好的的一種測量方案。石油化工生產裝置中有不少操作壓力為負壓的塔器容器,無論是前期設計階段,還是后期技改技錯,本文所論述的這種測量方案完全可以在同類型容器上進行驗證,為石油化工領域提供一種全新的儀表測量技術。
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