陜西延長(zhǎng)石油（集團(tuán)）有限責(zé)任公司延安石油化工廠(chǎng)聚丙烯裝置采用國(guó)產(chǎn)化第 ２代環(huán)管聚丙烯液相本體工藝技術(shù)，設(shè)計(jì)年產(chǎn)本色聚丙烯粒料２０萬(wàn)ｔ［ １ ］ 。該裝置 ２００９ － ０７ 投產(chǎn)運(yùn)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(wèn)題。現(xiàn)場(chǎng)檢查發(fā)現(xiàn)，洗滌塔工藝蒸汽中攜帶的粉末在液位計(jì)浮筒腔內(nèi)滯留，影響了浮子的動(dòng)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(wú)法及時(shí)隨冷凝液從塔底排出，未排出的粉料再次發(fā)生滯留，此過(guò)程反復(fù)進(jìn)行形成惡性循環(huán)，不到半年時(shí)間就造成導(dǎo)致聚丙烯粉料洗滌塔系統(tǒng)徹底癱瘓。其間多次出現(xiàn)過(guò)浮子卡死情況，維護(hù)人員曾經(jīng)采用手動(dòng)水洗法，以反復(fù)排水和補(bǔ)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(shí)改善操作狀況。為了徹底解決裝置出現(xiàn)的上述問(wèn)題，我廠(chǎng)在 ２０１２ － ０４ 裝置大檢修時(shí)，對(duì)聚丙烯粉料洗滌塔浮筒液位計(jì)實(shí)施了技術(shù)改造。

 

１　 聚丙烯粉料洗滌塔浮筒液位計(jì)使用情況

浮筒液位計(jì)在聚丙烯裝置投產(chǎn)初期能夠正常使用，實(shí)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(jì)的 ＤＣＳ液位監(jiān)控線(xiàn)圖見(jiàn)圖１ 。從圖１可以看出，液位在高限（８０％ ）和低限（ ２０％ ）之間隨時(shí)間呈周期性規(guī)律變化，液位變化的周期基本是 １ｈ ，每個(gè)周期內(nèi)的液位體積分?jǐn)?shù)與時(shí)間成直線(xiàn)函數(shù)關(guān)系。

聚丙烯裝置２００９ － ０７投產(chǎn)運(yùn)行不到半年，聚丙烯粉料洗滌塔浮筒液位計(jì)運(yùn)行異常，其 ＤＣＳ 液位檢測(cè)線(xiàn)圖表現(xiàn)為液位計(jì)數(shù)值變化緩慢或長(zhǎng)時(shí)間數(shù)值不變化，見(jiàn)圖２和圖３ 。

從圖２可觀(guān)察到，浮筒液位計(jì)的液位指示長(zhǎng)期位于３０％的低液位位置。從圖３可觀(guān)察到，浮筒液位計(jì)液位指示長(zhǎng)期位于 ３０％～６０％的小液位范圍。對(duì)比圖 １、圖２ 和圖 ３ 發(fā)現(xiàn)，浮子的浮動(dòng)范圍比正常時(shí)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(dòng)作可能已經(jīng)不靈活，也說(shuō)明浮筒中可能已經(jīng)有較多積料。

 

液位計(jì)現(xiàn)場(chǎng)檢查證實(shí)上述分析是正確的。現(xiàn)場(chǎng)檢查給出的液位計(jì)故障的主要原因是，浮筒空腔內(nèi)有大量的粉末導(dǎo)致浮子動(dòng)作不靈活，嚴(yán)重時(shí)出現(xiàn)卡死，由于液位計(jì)故障又引起了洗滌塔不能正常排水，粉料不能被及時(shí)排出塔體，因此更多的粉料積存在塔內(nèi)，后進(jìn)入浮筒液位計(jì)。如此惡性循環(huán)導(dǎo)致聚丙烯粉料洗滌塔系統(tǒng)徹底癱瘓，問(wèn)題如果不及時(shí)處理會(huì)引起滿(mǎn)塔或空塔，嚴(yán)重時(shí)會(huì)引起整個(gè)裝置無(wú)法正常運(yùn)行，造成重大損失。

 

２　 聚丙烯粉料洗滌塔液位測(cè)量裝置分析

２．１　 工藝應(yīng)用條件分析

聚丙烯粉料洗滌塔原則工藝流程見(jiàn)圖４ 。來(lái)自蒸汽罐的含粉料氣體從底部進(jìn)入洗滌塔，在塔內(nèi)自下而上流動(dòng)的過(guò)程中與自上而下流動(dòng)的洗滌水逆流接觸 ［２ ］ ，蒸汽中的粉料進(jìn)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(lái)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(dòng)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(zhǔn)確測(cè)量、指示和調(diào)節(jié) ［４ ］ 。

 

２．２　 液位測(cè)量裝置選型分析

２．２．１　 浮筒液位計(jì)

（１ ）結(jié)構(gòu) 　 實(shí)施改造前，聚丙烯粉料洗滌塔使用的是東京計(jì)裝公司生產(chǎn)的全進(jìn)口浮筒液位計(jì)，其結(jié)構(gòu)見(jiàn)圖５ 。

浮筒液位計(jì)測(cè)量液位時(shí)浮子必須與被測(cè)液體直接接觸，被測(cè)液體進(jìn)入液位計(jì)空腔時(shí)，其附帶的大量聚丙烯粉末難免有部分滯留在液位計(jì)空腔中。當(dāng)粉末過(guò)多集聚在浮筒內(nèi)時(shí)，導(dǎo)致浮子動(dòng)作受阻或卡死，造成不能真實(shí)反應(yīng)液位值 ［５ ］ 。

 

（２ ）工作原理 　 浮筒液位計(jì)利用變浮力原理測(cè)量液位。當(dāng)被測(cè)液面位置變化時(shí)，浮筒浸沒(méi)體積改變，所受浮力隨之變化。通過(guò)測(cè)量浮力變化，可確定出液位的變化 ［６ ］ 。浮筒液位計(jì)工作原理見(jiàn)圖 ６ 。

圖６中液位計(jì)用彈簧平衡浮力，用差動(dòng)變壓器測(cè)量浮筒位移，平衡時(shí)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(shí)，例如升高 Δ Ｈ ，彈簧被壓縮Δ ｘ ，此時(shí)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(dòng)變壓器轉(zhuǎn)換成電信號(hào)進(jìn)行遠(yuǎn)傳控制。因此，當(dāng)浮筒液位計(jì)的浮筒升降動(dòng)作發(fā)生異常時(shí)，彈簧的變形時(shí)將無(wú)法準(zhǔn)確反映液位的實(shí)際值 ［９ ］ 。

 

２．２．２　 浮筒雙法蘭差壓液位計(jì)

雙法蘭式差壓變送器由差壓變送器、毛細(xì)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(jìn)入差壓變送器，它與變送器之間是靠注滿(mǎn)液體（一般采用硅油）的毛細(xì)管連接起來(lái)的 ［１０ ］ 。當(dāng)膜片受壓后產(chǎn)生微小變形，變形位移或頻率通過(guò)毛細(xì)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(hào) ［１１ ］ 。雙法蘭差壓液位計(jì)工作原理見(jiàn)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(cè)液位高度，ｍ ； ｐ 為容器上部空氣壓力， ｋＰａ 。因?yàn)榈蛪簜?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(cè)得的差值，按照下式來(lái)計(jì)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(jì)工作原理對(duì)比分析

對(duì)比浮筒液位計(jì)和雙法蘭差壓液位計(jì)工作原理可知，浮筒液位計(jì)測(cè)液位時(shí)浮子必須與被測(cè)液體直接接觸，并且要隨液位變化上下運(yùn)動(dòng) ［１３ ］ 。由于粉料洗滌塔中含有大量的聚丙烯粉末，當(dāng)粉末過(guò)多集聚在浮筒內(nèi)時(shí)，導(dǎo)致浮子動(dòng)作受阻或卡死，造成不能真實(shí)反應(yīng)被測(cè)量液位值 ［１４ ］ 。而雙法蘭差壓液位計(jì)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(lái)計(jì)算得到液位的變化值，即使塔內(nèi)含有大量粉料也不會(huì)引起壓力傳感不準(zhǔn) ［１５ ］ 。

 

３　 聚丙烯粉料洗滌塔液位計(jì)改造

根據(jù)液位計(jì)使用原理和使用工況的對(duì)比分析，我廠(chǎng)在２０１２ － ０４裝置大檢修時(shí)決定將浮筒液位計(jì)改造為雙法蘭差壓液位計(jì)，取得了較好的經(jīng)濟(jì)效益。未改造前，聚丙烯粉料洗滌塔液位計(jì)使用的東京計(jì)裝公司全進(jìn)口浮筒 式液位計(jì)每套價(jià) 值 ７５　０００ 元。２０１１ 年更換表頭花費(fèi) ５０　０００ 元， ２００９ － ０７～２０１２ － ０４多次維修產(chǎn)生費(fèi)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(jì)，每套價(jià)值 ５０　０００ 元，２０１２ － ０４ 至今未更換任何零部件，每年正常的維護(hù)和檢查費(fèi)用大約為 １　０００ 元。改造前后聚丙烯粉料洗滌塔液位計(jì)運(yùn)行成本對(duì)比見(jiàn)圖８ ，可見(jiàn)雙法蘭差壓液位計(jì)的經(jīng)濟(jì)價(jià)值遠(yuǎn)高于浮筒式液位計(jì)。

 

４　 結(jié)語(yǔ)

聚丙烯粉料洗滌塔浮筒液位計(jì)改造為雙法蘭差壓液位計(jì)至今已超過(guò)６ａ ，除裝置檢修期間對(duì)雙法蘭表面進(jìn)行正常維護(hù)檢查外，日常使用中雙法蘭差壓液位計(jì)一直運(yùn)行狀態(tài)良好，未出現(xiàn)過(guò)一起液位計(jì)故障事故，不僅極大減少了維護(hù)人員的工作量，整個(gè)聚丙烯粉料洗滌塔系統(tǒng)也運(yùn)行正常，再無(wú)液位計(jì)故障引起的滿(mǎn)塔或空塔現(xiàn)象，此次改造達(dá)到了預(yù)期的目的，滿(mǎn)足了正常生產(chǎn)的需要。

 

此次項(xiàng)目改造根據(jù)不同的使用條件和環(huán)境選擇不同的測(cè)量?jī)x表，打破了原有設(shè)計(jì)的不足，不僅解決了聚丙烯粉料洗滌塔液位計(jì)選擇不當(dāng)引起的運(yùn)行故障難題，也保證了工藝裝置平穩(wěn)運(yùn)行，從中得到了解決同類(lèi)問(wèn)題的有效方法。

 

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