減壓塔浮球液位測量問題及對策

黃興航,范利,馬秀山,于福東

(中國石化青島石油化工有限責任公司, 山東 青島 266043)

減壓塔浮球液位測量問題及對策

黃興航,范利,馬秀山,于福東

(中國石化青島石油化工有限責任公司, 山東 青島 266043)

介紹了減壓塔由于減壓塔主體設計缺乏對液位測量環(huán)境及效果的考慮，或設計問題以致浮球安裝法蘭孔設計偏高，溢流槽距浮球安裝孔距離較短，浮球卡在集油箱平臺上，實際有效測量范圍太小，以及由于腐蝕問題導致的浮球脫落等問題。針對減壓塔浮球液位相關問題進行有針對性的大轉(zhuǎn)角改造、材質(zhì)升級、卡臺的集油箱割槽補板改造，實現(xiàn)了減壓塔液位穩(wěn)定及精細化操作的目的。

減壓塔 浮球液位計 腐蝕 集油箱 蠟油收率

1 問題現(xiàn)狀

某煉廠3.5 Mt/a常減壓裝置進行加工高酸原油適應性改造，經(jīng)過2012年和2015年兩次大檢修，兩個運行周期以來，減壓塔各側線集油箱液位測量一直存在問題，未能有效解決。主要問題包括： 浮球安裝法蘭孔設計位置偏高，浮球卡在集油箱平臺，實際有效測量范圍太小以及部分浮球可靠性不足問題。尤其是減四線過汽化油液位溢流槽只有140 mm，而浮球直徑卻為240 mm，浮球易卡在集油箱臺上，即使液位滿后溢流也不會在儀表中顯示。減壓塔中集油箱的液位控制對各側線產(chǎn)品質(zhì)量有很大影響。若側線餾出油減少時，使減壓塔內(nèi)過汽化油部分最終回到塔底，使塔底渣油增多，塔底液位變化必將引起渣油流量變化，影響原油換熱溫度，進而影響整個裝置。因此，維持減壓塔各側線集油箱液位穩(wěn)定及有效的精細化操作是保證減壓塔物料平衡和提高經(jīng)濟效益的重要手段。

2 大轉(zhuǎn)角浮球設計原理及特點

浮球液位計主要由浮球機構、法蘭、中心軸、散熱組件、平衡錘機構、萬向節(jié)機構、變送機構等組成。應用于測量耐高溫、高黏稠介質(zhì)時，當液位變化，浮球隨浮力變化時，其變化量經(jīng)杠桿、中心軸傳動至電阻傳感器，經(jīng)電路模塊處理轉(zhuǎn)換成與液位變化成線性的4～20 mA電流信號輸出。通常普通浮球液位計受限于擺角度支點位置和安裝脖口直徑及長度影響，最大運行角度為35°，大轉(zhuǎn)角浮球在普通35°轉(zhuǎn)角的基礎上增加了1套連桿機構設計，通過支點前移，可使浮球運轉(zhuǎn)角度達80°，大幅增加了液位的測量范圍。

3 減壓塔部分浮球問題及原因分析

1) 減壓塔部分浮球脫落或卡臺有以下幾種情況：

a) 減二線液位。浮球與連桿連接處開焊，浮球脫落；浮球連桿套筒的緊固螺絲腐蝕嚴重；浮球最低點卡在集油箱臺上，量程下限受影響。

b) 減三線液位。浮球連桿套筒根部與橫軸連接處斷開；浮球最低點卡在集油箱臺上，量程下限受影響。

c) 減四線液位。浮球卡在集油箱臺，溢流槽高度低于浮球重心，造成液位無顯示。

d) 減底線液位。浮球連桿與套筒連接處開裂、斷開；浮球連桿彎曲。

2) 浮球脫落情況原因分析及解決措施：

a) 側線浮球脫落的主要原因是部分連接件受高溫硫腐蝕和環(huán)烷酸腐蝕比較嚴重。高溫硫腐蝕通常發(fā)生在240℃以上，一般表現(xiàn)為均勻腐蝕減薄，在接觸面形成硫化物膜，主要影響因素有金屬壁溫、物料流速、物料硫含量。環(huán)烷酸屬于原油中所含的有機酸，分子式為R(CH2)nCOOH，實際生產(chǎn)中表明： 原油環(huán)烷酸通常當總酸值TAN大于0.5 mg KOH/g；餾分油TAN大于1.5 mg KOH/g時具有環(huán)烷酸腐蝕。環(huán)烷酸腐蝕通常發(fā)生在220～400℃，腐蝕產(chǎn)物溶于油，腐蝕的金屬表面粗糙而光潔，呈溝槽狀。環(huán)烷酸腐蝕具有局部特性，在高流速流動區(qū)和原油蒸餾中的高濃度酸性氣冷凝部位發(fā)生腐蝕，表現(xiàn)為均勻腐蝕減薄。影響環(huán)烷酸腐蝕的因素主要有溫度、流速、環(huán)烷酸含量、環(huán)烷酸的組成等。該次檢修將減壓塔內(nèi)所有浮球除大法蘭外所有內(nèi)部接液部位材質(zhì)均由316升級為317不銹鋼。浮球連桿轉(zhuǎn)軸部位更換為一體式的結構，并對接液部分的各連接件、固定連接點、活動節(jié)點等易出現(xiàn)問題的部位進行焊接加固，確?？煽啃浴?/p>

b) 減壓塔底液位波動較大，浮球連桿在安裝脖頸口處或卡臺處上下撞擊，導致連桿彎曲，加之腐蝕，進而斷裂脫落。該次檢修在連接點進行焊接加固，并加強日常工藝操作管理，防止液位波動太大，浮球卡脖或卡臺震蕩過于頻繁、劇烈。

c) 以上兩點屬于補救措施，若設計之初各相關專業(yè)加強溝通交流，從塔體浮球安裝法蘭口開孔位置、塔內(nèi)件位置、浮球測量環(huán)境及測量要求、介質(zhì)特性、設備材質(zhì)等方面整體充分考慮，就會減少很多后續(xù)不必要的麻煩。

4 改造實施情況

2015年檢修期間對減壓塔集油箱液位測量環(huán)境進行多次測量核算，根據(jù)測繪數(shù)據(jù)對減一線至減四線浮球分別進行有針對性的大轉(zhuǎn)角改造，并根據(jù)測繪軌跡對相應的各浮球卡臺的集油箱進行切割補板，大幅增加了各側線集油箱浮球的有效測量范圍。

下面以減四線液位測量為例進行介紹，其他浮球液位問題及改造情況類似，在此不再一一說明。

整個運行周期，減壓塔過汽化油流程因顯示無量未投用，浮球本身未見明顯問題，但無法測量液位。浮球最低點卡在集油箱臺上，量程下限受影響，并且塔內(nèi)件溢流槽太矮只有140 mm，未等到浮球浮起，液相成分就已經(jīng)溢流了，所以浮球無法浮起，儀表無法測量液位造成DCS顯示沒量。減壓塔主體設計忽略液位測量環(huán)境的考慮，浮球安裝孔比溢流槽偏高，且溢流槽距浮球安裝孔距離較短。改造前如圖1所示。

針對減四線液位測量進行大轉(zhuǎn)角、切割集油箱改造，有效量程大于設計量程的80%，其改造測繪圖如圖2所示。

圖1 改造前減四線液位浮球示意

圖2 改造后減四線液位浮球示意

改造后，安裝支架120 mm，插入深度為1 155 mm，實際測量液位達450 mm，儀表接液部位全部選用317材質(zhì)。轉(zhuǎn)軸—杠桿套筒、杠桿套筒—連桿、浮球—連桿的固定連接節(jié)點及加工焊接坡口增加焊接強度；對于活動節(jié)點，采用專用銷子固定。

5 改造效果

通過上述改造，減一線有效測量范圍提高了70 mm，減二線提高了170 mm，減三線提高了110 mm，減四線提高了260 mm。該次檢修在以上浮球液位儀表量程的設置上改進了以往將浮球活動上、下限作為量程上、下限的做法，將浮球球心和溢流槽上沿平齊之處設置為量程上限，這樣液位顯示100%時即表示真正的滿液位溢流，更有實際意義。

改造后，減壓塔各集油箱液位基本實現(xiàn)了穩(wěn)定測量和自動控制，消除了溢流現(xiàn)象，相同加工量下減少了塔內(nèi)氣、液相負荷，有利于提高減壓拔出率。檢修改造后，減三線抽出溫度平均約為315℃，提高了約15℃，真空度基本不變。減壓蠟油餾程終餾點常壓溫度由2015年的平均551℃提高至2016年的平均578℃以上，大幅提高了27℃。2016年4～5月，減壓蠟油90%點常壓溫度平均為568.2℃，已高于2015年同期減壓蠟油的終餾點常壓溫度551℃，可估算同工況下減壓蠟油收率增加了11%。粗略按減壓蠟油、渣油差價400元/t計算，僅2個月蠟油效率就可增加人民幣近800萬元。

6 結束語

該廠3.5 Mt/a常減壓裝置減壓塔浮球脫落、安裝法蘭孔設計位置偏高、浮球卡臺、實際有效測量范圍太小等類似問題改造效果良好，改造后的經(jīng)濟效益立竿見影, 對于維持減壓塔各液位穩(wěn)定及精細化操作，保證減壓塔和整個裝置的物料平衡有重要意義。從裝置長周期安全運行的經(jīng)濟效益來看,該改造技術成本低、簡單有效，值得推廣。

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黃興航，男，畢業(yè)于青島科技大學自動化專業(yè)，學士學位，現(xiàn)就職于青島石油化工有限責任公司，從事石油化工儀表自動化相關設備管理工作，任工程師。

TH814

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1007-7324(2017)04-0073-02

稿件收到日期： 2017-02-15，修改稿收到日期： 2017-06-02。