利用雷達液位計與差壓式液位計測量差值估算回收丁二烯純度

丁志勇 胡瑋

摘 要： 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液位計與差壓式液位計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。

關(guān) 鍵 詞：雷達液位計；差壓液位計；液位差；回收丁二烯

中圖分類號：TQ 221.22 文獻標(biāo)識碼： A 文章編號： 1671-0460（2015）10-2425-03

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）

Abstract： 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.

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

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)化率時控制在70%左右，也會有大約30%的未參與反應(yīng)的單體需在單體回收單元進行回收，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液位計，底部安裝差壓式液位計。生產(chǎn)過程中，發(fā)現(xiàn)回收丁二烯貯罐雷達液位計與差壓式液位計測量出的液位數(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)實踐發(fā)現(xiàn)，利用雷達液位計與差壓式液位計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 雷達液位計和差壓式液位計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液位計，底部安裝差壓式液位計。生產(chǎn)過程中，發(fā)現(xiàn)雷達液位計與差壓式液位計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的工作原理，再分析兩種液位計差值產(chǎn)生的原因。

1.1 雷達液位計和差壓式液位計的工作原理

下面分別簡述雷達液位計和差壓式液位計的工作原理。

1.1.1 雷達液位計工作原理

雷達液位計工作原理，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)射波與回波的時間差，即可計算出液面高度。天線接收反射的微波脈沖并將其傳輸給電子線路，微處理器對此信號進行處理，識別出微脈沖在物料表面所產(chǎn)生的回波。正確的回波信號識別由智能軟件完成，精度可達到毫米級。距離物料表面的距離D與脈沖的時間行程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

雷達液位計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 雷達液位計圖

Fig.1 Radar level gauge image

雷達液位計基本不受氣體、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，測量精度能達到1 mm。

1.1.2 差壓式液位計工作原理

差壓式液位計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，密度變化會影響測量結(jié)果。在使用差壓式液位計測量時，要注意零液位與檢測儀表取壓口（差壓式液位計的正壓室）保持在同一水平高度，否則會產(chǎn)生附加的靜壓誤差。差壓式液位計通常是測量密閉容器的液位高度的，而密閉容器內(nèi)部有兩個壓力（內(nèi)部氣壓+液位壓力），而我們需求的是真實的液位壓力，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 雷達液位計和差壓液位計測量值不一致原因分析

由雷達液位計工作原理可以知道，雷達液位計測量出的回收丁二烯球罐液位是容器內(nèi)液體的真實液位。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)一段時間沉降之后，丁二烯油相與水相出現(xiàn)分層。雷達液位計測量出的液位值實際上為容器內(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液位計測量值。

差壓式液位計測量液體時是基于液體密度為某一定值而測量的，對于單一液體或者混合均勻的液體而言，差壓式液位計測量出的液位是貯罐內(nèi)液體的真實液位。對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)差壓原理計算出的液位值實際是兩種液體共同的靜壓差計算出的液位。

1.3 應(yīng)用要求

（1）確保雷達液位計、差壓式液位計位置安裝正確。

（2）確保使用過程中液位計好用，測量值準(zhǔn)確，出現(xiàn)失靈現(xiàn)象時及時進行處理。

2 利用雷達液位計和差壓式液位計測量值估算回收丁二烯純度

2.1 公式推導(dǎo)

以下對回收丁二烯純度的估算是基于如下事實及假設(shè)：丁二烯與水相溶性較差，經(jīng)過一段時間沉降之后兩者易分離。在儲罐接收物料過程中，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，雷達液位計測量值為A， 差壓式液位計測量值為B，室溫下，水與丁二烯密度比值取1.62。

由雷達液位計工作原理：L1+ L2=A

由差壓式液位計工作原理：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)計算及修正

下面選取某段時間的回收丁二烯貯罐的雷達液位計和差壓式液位計測量典型值進行運算，并與取樣分析值進行對比， 數(shù)據(jù)見表1。

表1 測量數(shù)據(jù)以及計算結(jié)果

Table 1 Measurement data and calculated results

序號 雷達液位

計測量值 差壓液位

計測量值 公式

計算值 修正量 修正后

計算值 分析值

4-26 55.6 62.5 82.4 83.98

4-29 65.5 74.2 81.3 82.07

5-7 60.4 67.5 83.2 83.42

5-22 52 58.7 81.5 80.57

5-29 45.6 52.1 80 79.75

5-31 46.2 53 79.3 78.21

5-24 43 49.7 78.4 -1 81.6 81.92

5-26 37 43.3 75.6 -1 80.4 80.71

5-21 34.3 40.3 76.2 -1 80.2 81.3

5-23 25.9 32.1 69.1 -2 79.1 80.46

2.3 公式應(yīng)用過程中存在的不足與計算修正

生產(chǎn)實踐中發(fā)現(xiàn)，當(dāng)回收丁二烯貯罐液位較低時，利用雷達液位計與差壓液位計測量差值直接計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導(dǎo)致。公式計算中是引用的是雷達液位計與差壓液位計測量高度進行運算的。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，利用上述公式估算濃度時會存在較大的偏差。當(dāng)貯罐液位低于50%，上述表格中對測量差值進行了一定修正，可以看到修正之后的數(shù)值與分析值比較接近。

3 優(yōu)點和不足之處

（1）雷達液位計和差壓式液位計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液位計和差壓式液位計的測量差值大小，較直接的判斷回收丁二烯貯罐內(nèi)含水量的多少，及時進行排水操作。同時，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?，F(xiàn)象。

（2）當(dāng)球罐內(nèi)液體液位在35%～75%時，公式計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，需要對測量差值進行一定的修正。

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

（4） 當(dāng)回丁純度較高時，如90%以上時，由公式估算出的回收丁二烯濃度與取樣分析值存在相對大的差值，需要改變計算方式。當(dāng)回丁純度較高時，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)雷達液位計和差壓液位計配合使用在橫截面積一定或變化很小的液體貯罐時，可以更準(zhǔn)確根據(jù)測量值計算兩種不相溶液體各自的含量。

參考文獻：

[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.

（上接第2424頁）

燒焦過程中采用降低蒸汽用量和提高空氣用量的方法，增加爐管內(nèi)氧氣含量，達到快速燒焦的目的。燒焦末期提高COT溫度、空氣用量和蒸汽用量，目的是將急冷換熱器進行充分燒焦，管內(nèi)介質(zhì)流速增大可以將沒有發(fā)生化學(xué)反應(yīng)的焦粒帶出（圖5）。

兩種燒焦方案下，整個燒焦過程的對比情況見表3。

表3 燒焦參數(shù)對比

Table 3 Comparison of decoking parameters

項目 時間/h 蒸汽/t 空氣/t 燃料氣/t 能耗/（kg標(biāo)油·t-1*）

原方案 40 1 904 192.8 136 75.9

方案一 36 1 194 714 122 67.8

方案二 30 872 198.4 98 58.2

備注：*以乙烯產(chǎn)量為100 t/h為基準(zhǔn)衡量燒焦能耗。

由表3可以看出，優(yōu)化后的燒焦方案二將燒焦時間縮短至30 h，整個燒焦過程減少10 h?？諝庥昧炕颈３忠恢?，僅增加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方面，將蒸汽-空氣燒焦工藝進行優(yōu)化。優(yōu)化后的燒焦方案將裂解爐燒焦時間縮短至30 h，降低燒焦過程中的物耗和能耗，同時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一步優(yōu)化的空間。

參考文獻：

[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（石油加工），2003，19（2）：50-56.

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