利用雷達(dá)液位計(jì)與差壓式液位計(jì)測量差值估算回收丁二烯純度

丁志勇 ，胡 瑋

（中國石油撫順石化分公司烯烴廠， 遼寧 撫順 113004）

利用雷達(dá)液位計(jì)與差壓式液位計(jì)測量差值估算回收丁二烯純度

丁志勇 ，胡 瑋

（中國石油撫順石化分公司烯烴廠， 遼寧 撫順 113004）

為提高單體利用率，單體貯存和摻混單元接收的回收丁二烯經(jīng)沉降排水之后與新鮮丁二烯摻混到目標(biāo)濃度供聚合反應(yīng)使用。介紹丁苯橡膠裝置單體貯存和摻混崗位利用雷達(dá)液位計(jì)與差壓式液位計(jì)的測量液位差估算回收丁二烯純度，大大減小了測量誤差，提高生產(chǎn)效率。

雷達(dá)液位計(jì)；差壓液位計(jì)；液位差；回收丁二烯

目前，低溫乳液聚合法生產(chǎn)丁苯橡膠的工藝轉(zhuǎn)化率大多控制在（62±2）%，即使當(dāng)生產(chǎn)高轉(zhuǎn)化率時(shí)控制在70%左右，也會(huì)有大約30%的未參與反應(yīng)的單體需在單體回收單元進(jìn)行回收，回收之后的丁二烯和苯乙烯送回單體貯存和配置單元分別貯存。為提高單體利用率，回收丁二烯經(jīng)沉降排水之后與新鮮丁二烯摻混到目標(biāo)濃度供聚合反應(yīng)使用。丁苯橡膠裝置單體貯存及配制單元的丁二烯采用球罐貯存，在球罐頂部安裝雷達(dá)液位計(jì)，底部安裝差壓式液位計(jì)。生產(chǎn)過程中，發(fā)現(xiàn)回收丁二烯貯罐雷達(dá)液位計(jì)與差壓式液位計(jì)測量出的液位數(shù)值總是存在一定的差值，并且前者數(shù)值小于后者，這是由于二者工作原理不同造成的。經(jīng)生產(chǎn)實(shí)踐發(fā)現(xiàn)，利用雷達(dá)液位計(jì)與差壓式液位計(jì)工作原理的不同測量出回收丁二烯的液位差，可以用于判斷回收丁二烯的含水量多少，粗略估算回收丁二烯的純度[1-4]。

1 雷達(dá)液位計(jì)和差壓式液位計(jì)在回收丁二烯貯罐容器上的應(yīng)用

丁苯橡膠裝置單體貯存及配制單元的回收丁二烯采用球罐貯存，在球罐頂部安裝雷達(dá)液位計(jì)，底部安裝差壓式液位計(jì)。生產(chǎn)過程中，發(fā)現(xiàn)雷達(dá)液位計(jì)與差壓式液位計(jì)測量出的液位總是存在一定的差值。下面先介紹兩種液位計(jì)的工作原理，再分析兩種液位計(jì)差值產(chǎn)生的原因。

1.1 雷達(dá)液位計(jì)和差壓式液位計(jì)的工作原理

下面分別簡述雷達(dá)液位計(jì)和差壓式液位計(jì)的工作原理。

1.1.1 雷達(dá)液位計(jì)工作原理

雷達(dá)液位計(jì)工作原理，利用超高頻電磁波經(jīng)天線向被測量容器液面發(fā)射，當(dāng)電磁波碰到液面后反射回來，檢測出發(fā)射波與回波的時(shí)間差，即可計(jì)算出液面高度。天線接收反射的微波脈沖并將其傳輸給電子線路，微處理器對(duì)此信號(hào)進(jìn)行處理，識(shí)別出微脈沖在物料表面所產(chǎn)生的回波。正確的回波信號(hào)識(shí)別由智能軟件完成，精度可達(dá)到毫米級(jí)。距離物料表面的距離D與脈沖的時(shí)間行程T成正比：D=C×T/2 其中C為光速，因空罐的高度L1已知，則液位L2為：L2= L1-D

雷達(dá)液位計(jì)檢測部分由電子部件、波導(dǎo)連接器、安裝法蘭及喇叭形天線組成，如圖1所示，需安裝在設(shè)備的頂部。

圖1 雷達(dá)液位計(jì)圖Fig.1 Radar level gauge image

雷達(dá)液位計(jì)基本不受氣體、真空、高溫、壓差變化、氣泡等影響，適用于易燃易爆、腐蝕性介質(zhì)液位的測量，測量精度能達(dá)到1 mm。

1.1.2 差壓式液位計(jì)工作原理

差壓式液位計(jì)利用靜壓原理測量液位，根據(jù)靜力學(xué)原理，ΔP=PB-PA=ρgh, 由于液體密度ρ一定，故壓差與液位成一一對(duì)應(yīng)關(guān)系，知道了壓差就可以求出液體的高度。差壓變送器測量液位是建立在被測量液體密度不變的基礎(chǔ)上的，密度變化會(huì)影響測量結(jié)果。在使用差壓式液位計(jì)測量時(shí)，要注意零液位與檢測儀表取壓口（差壓式液位計(jì)的正壓室）保持在同一水平高度，否則會(huì)產(chǎn)生附加的靜壓誤差。差壓式液位計(jì)通常是測量密閉容器的液位高度的,而密閉容器內(nèi)部有兩個(gè)壓力(內(nèi)部氣壓+液位壓力),而我們需求的是真實(shí)的液位壓力,需由底部正壓側(cè)的壓力減去頂部負(fù)壓側(cè)的氣相壓力,所以負(fù)壓室須與容器上部的氣壓相連。

1.2 雷達(dá)液位計(jì)和差壓液位計(jì)測量值不一致原因分析

由雷達(dá)液位計(jì)工作原理可以知道，雷達(dá)液位計(jì)測量出的回收丁二烯球罐液位是容器內(nèi)液體的真實(shí)液位。但由于回收丁二烯帶水量較多，水與丁二烯之間的相溶性較差，經(jīng)一段時(shí)間沉降之后，丁二烯油相與水相出現(xiàn)分層。雷達(dá)液位計(jì)測量出的液位值實(shí)際上為容器內(nèi)丁二烯油相與水相液位之和，容器內(nèi)丁二烯自身的液位要小于雷達(dá)液位計(jì)測量值。

差壓式液位計(jì)測量液體時(shí)是基于液體密度為某一定值而測量的，對(duì)于單一液體或者混合均勻的液體而言，差壓式液位計(jì)測量出的液位是貯罐內(nèi)液體的真實(shí)液位。對(duì)于丁二烯和水這兩種相溶性不高，密度有一定差別，經(jīng)過一段時(shí)間沉降之后容易分層的混合液體來講，差壓式液位根據(jù)差壓原理計(jì)算出的液位值實(shí)際是兩種液體共同的靜壓差計(jì)算出的液位。

1.3 應(yīng)用要求

（1）確保雷達(dá)液位計(jì)、差壓式液位計(jì)位置安裝正確。

（2）確保使用過程中液位計(jì)好用，測量值準(zhǔn)確，出現(xiàn)失靈現(xiàn)象時(shí)及時(shí)進(jìn)行處理。

2 利用雷達(dá)液位計(jì)和差壓式液位計(jì)測量值估算回收丁二烯純度

2.1 公式推導(dǎo)

以下對(duì)回收丁二烯純度的估算是基于如下事實(shí)及假設(shè)：丁二烯與水相溶性較差，經(jīng)過一段時(shí)間沉降之后兩者易分離。在儲(chǔ)罐接收物料過程中，假定回收丁二烯貯罐垂直高度上有無數(shù)個(gè)丁二烯油層和水層交替組成。

設(shè)丁二烯油層總高度為L1，水層總厚度L2，雷達(dá)液位計(jì)測量值為A, 差壓式液位計(jì)測量值為B，室溫下，水與丁二烯密度比值取1.62。

由雷達(dá)液位計(jì)工作原理：L1+ L2=A

由差壓式液位計(jì)工作原理：L1+ 1.62L2=B

可求得：L2=（B- A）/0.62

L1=（1.62A-B）/0.62

丁二烯純度為：（1.62A-B）/0.62B

2.2 測量數(shù)據(jù)計(jì)算及修正

下面選取某段時(shí)間的回收丁二烯貯罐的雷達(dá)液位計(jì)和差壓式液位計(jì)測量典型值進(jìn)行運(yùn)算，并與取樣分析值進(jìn)行對(duì)比, 數(shù)據(jù)見表1。

表1 測量數(shù)據(jù)以及計(jì)算結(jié)果Table 1 Measurement data and calculated results

2.3 公式應(yīng)用過程中存在的不足與計(jì)算修正

生產(chǎn)實(shí)踐中發(fā)現(xiàn)，當(dāng)回收丁二烯貯罐液位較低時(shí)，利用雷達(dá)液位計(jì)與差壓液位計(jì)測量差值直接計(jì)算出的丁二烯濃度與取樣分析值存在較大的差，分析原因可能由球罐特點(diǎn)導(dǎo)致。公式計(jì)算中是引用的是雷達(dá)液位計(jì)與差壓液位計(jì)測量高度進(jìn)行運(yùn)算的。水與丁二烯相溶性較低，由分層導(dǎo)致的水層在下部油層在上部，水層橫截面積小于油層橫截面積，尤其當(dāng)貯罐液位太低時(shí)，利用上述公式估算濃度時(shí)會(huì)存在較大的偏差。當(dāng)貯罐液位低于50%，上述表格中對(duì)測量差值進(jìn)行了一定修正，可以看到修正之后的數(shù)值與分析值比較接近。

3 優(yōu)點(diǎn)和不足之處

（1）雷達(dá)液位計(jì)和差壓式液位計(jì)的測量值均反映的是垂直高度上液體的高度，因此操作人員可以通過比較雷達(dá)液位計(jì)和差壓式液位計(jì)的測量差值大小，較直接的判斷回收丁二烯貯罐內(nèi)含水量的多少，及時(shí)進(jìn)行排水操作。同時(shí)，也可給單體回收崗位反饋一定的信息：本單元工藝是否存在異常現(xiàn)象。

（2）當(dāng)球罐內(nèi)液體液位在35%～75%時(shí)，公式計(jì)算的值與取樣分析值相差較小，而當(dāng)球形貯罐內(nèi)液體液位較低時(shí)，需要對(duì)測量差值進(jìn)行一定的修正。

（3）從目前的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)來看，該方法可以作為取樣分析方法的補(bǔ)充手段，不可以完全代替取樣分析。

（4） 當(dāng)回丁純度較高時(shí)，如90%以上時(shí)，由公式估算出的回收丁二烯濃度與取樣分析值存在相對(duì)大的差值，需要改變計(jì)算方式。當(dāng)回丁純度較高時(shí)，可近似采用A/B估算其濃度。

4 結(jié)束語

由于球形貯罐在不同高度上橫截面積大小不一樣，不能利用兩種液位計(jì)的測量差準(zhǔn)確估算丁二烯的純度。相比與球形液體貯罐，當(dāng)雷達(dá)液位計(jì)和差壓液位計(jì)配合使用在橫截面積一定或變化很小的液體貯罐時(shí)，可以更準(zhǔn)確根據(jù)測量值計(jì)算兩種不相溶液體各自的含量。

［1］ 劉大華，龔光碧，劉吉平，等．乳液聚合丁苯橡膠［M］. 北京：中國石化出版社，2011.

［2］ 章龍江，龔光碧. 丁二烯安全生產(chǎn)理論與實(shí)踐［M］. 北京: 化學(xué)工業(yè)出版社，2010.

［3］ 王錫玉，焦永紅. 合成橡膠生產(chǎn)工［M］. 北京: 化學(xué)工業(yè)出版社，2005.

［4］ 張雪梅，傅穎．聚合工藝作業(yè)［M］. 江蘇: 中國礦業(yè)大學(xué)出版社，2013.

表3 燒焦參數(shù)對(duì)比Table 3 Comparison of decoking parameters

由表3可以看出，優(yōu)化后的燒焦方案二將燒焦時(shí)間縮短至30 h，整個(gè)燒焦過程減少10 h?？諝庥昧炕颈３忠恢拢瑑H增加5.6 t。與原方案相比，蒸汽用量降低54.2%。同樣由于燒焦時(shí)間的縮短和蒸汽用量的降低，燒焦過程燃料氣的消耗也降低約38 t。優(yōu)化后的燒焦方案二將燒焦過程能耗由75.9 kg標(biāo)油/t降低至58.2 kg標(biāo)油/t，不僅做到節(jié)能降耗的目的，同時(shí)解決裂解爐在燒焦過程中的爐管堵塞問題。

5 結(jié)束語

撫順乙烯在空氣用量、燒焦溫度和蒸汽用量三個(gè)方面，將蒸汽-空氣燒焦工藝進(jìn)行優(yōu)化。優(yōu)化后的燒焦方案將裂解爐燒焦時(shí)間縮短至30 h，降低燒焦過程中的物耗和能耗，同時(shí)解決燒焦初期爐管堵塞現(xiàn)象。但與國內(nèi)其它裝置相比，撫順乙烯裂解爐燒焦工藝還有進(jìn)一步優(yōu)化的空間。

參考文獻(xiàn)：

［1］ 張玉明，程振民. 乙烯裂解爐的蒸汽-空氣燒焦過程模擬[J]. 石油學(xué)報(bào)（石油加工），2003，19（2）：50-56．

［2］ 王召，冀強(qiáng)，李建亮. SC-1型裂解爐空氣-蒸汽燒焦方法研究與改進(jìn)[J]. 乙烯工業(yè)，2012，24（2）：51-52．

Estimating the Purity of Recycled Butadiene Based on Measurement Difference of Radar Level Gauge and Differential Pressure Type Level Gauge

DING Zhi-yong ，HU Wei
（Fushun Petrochemical Company Olefins Plant, Liaoning Fushun 113004，China）

In order to improve the utilization rate of monomer, recovered butadiene is always dehydrated by sedimentation,and then it is mixed with fresh butadiene to reach the target concentration for the polymerization reaction. In this paper, during monomer storage and blending in styrene butadiene rubber device, the purity of recycled butadiene was estimated based on liquid level measurement difference of radar level gauge and differential pressure type level gauge measurement, which could greatly reduce the measurement error and improve production efficiency.

Radar level gauge; Differential pressure type level gauge; Liquid level difference ; Recycling of butadiene

TQ 221.22

： A

： 1671-0460（2015）10-2425-03

2015-09-08

丁志勇（1980-），男，河南周口人，工程師，2004年畢業(yè)于河南科技大學(xué)化學(xué)工程與工藝專業(yè)，研究方向：合成丁苯橡膠生產(chǎn)技術(shù)工作。E-mail：254011588@qq.com。