加氫裂化熱高分液位周期性假指示研究與分析

李 云

(中國石化青島煉油化工有限責任公司， 山東青島 266500)

熱高壓分離器(以下簡稱熱高分)是加氫裂化反應部分的關鍵設備，起到油、氣分離的作用，操作溫度一般為250～275 ℃，壓力為13.5～14.0 MPa，涉及到高壓臨氫操作，操作條件比較苛刻。由于熱高分底部下游設備為低壓設備，操作壓力為2.0～2.5 MPa，頂部為低溫高壓設備，因此熱高分的液位控制非常重要，一旦液位計假指示導致油減空或油位過高甚至滿罐，都有可能引發(fā)重大的事故。因此，熱高分液位的精確測量非常重要。

熱高分液位計目前采用較多的是配套高壓注油、帶引壓管的差壓式液位計以及雙法蘭液位計。但是，在實際生產(chǎn)中，熱高分液位的測量一般只設遠傳液位計，不配套玻璃板作為液位指示。由于該部位設備無現(xiàn)場玻璃板作為液位校對，再加上該設備介質(zhì)比較復雜易導致液位計故障，易出現(xiàn)假指示且不易被發(fā)現(xiàn)，存在較大的安全隱患。因此，有必要對熱高分液位周期性假指示的原因進行研究與分析。

1 加氫裂化熱高分液位計設置及測量原理

為確保熱高分液位指示的可靠性及下游設備的安全，熱高分液位測量一般采用帶引壓管的差壓式液位計，熱高分罐正負壓開口各一組，一組開口配三路儀表測量引線，并配套高壓連續(xù)注潤滑油系統(tǒng)，保證能夠有效隔離工藝介質(zhì)串入儀表引壓管內(nèi)；為防止熱高分由于液位減空導致高壓竄低壓事故的發(fā)生，熱高分底部出口設置快速切斷閥，當熱高分液位低低聯(lián)鎖時關閉熱高分底部出口切斷閥。聯(lián)鎖回路采用三取二設計，液位控制回路可以根據(jù)實際情況任意選擇一塊儀表。熱高分液位設置如圖1所示，圖中D-103為熱高分，LT11201、LT11202、LT11203為3塊液位計。

差壓式液位計是利用容器內(nèi)液位改變時，由液柱產(chǎn)生的靜壓也相應變化的原理[1]而工作的，該液位采用差壓變送器引線取壓的方式和量程負遷移的原理測量液位，其正、負壓引線分別灌滿隔離液。

圖1 熱高分液位示意

2 熱高分液位計假指示的現(xiàn)象與處理

某煉化公司2.0 Mt/a加氫裂化裝置自2015年3月份起(裝置開工約2年后)，熱高分液位在投用注油的情況下，開始出現(xiàn)周期性假指示的現(xiàn)象，該現(xiàn)象出現(xiàn)的周期是3～4個月，每次假指示的現(xiàn)象基本一致，如圖2所示。

圖2 熱高分液位計指示變化曲線

由圖2可以看出，熱高分液位在長時間的運行過程中，出現(xiàn)周期性的變化，主要故障現(xiàn)象為液位儀表波動幅度逐步變大，波幅最大超過60%，并且液位會出現(xiàn)快速降為0或升高至100%的現(xiàn)象，短時間后恢復。在故障初期，液位快速下降約10%～20%，隨后逐步大幅波動，波動頻率隨著時間的推移逐步加快，對裝置的平穩(wěn)安全運行帶來較大的影響。這些現(xiàn)象在3塊液位計上同時出現(xiàn)，其運行曲線基本一致。

故障出現(xiàn)后，通過手動打壓泵從變送器往液位計引壓管打潤滑油的方法進行處理，液位計即可恢復正常運行。熱高分液位處理前后對比見圖3。

圖3 熱高分液位處理前后對比

圖3中紅色曲線為熱高位液位控制閥閥位投自動后輸出變化曲線，綠色為熱高分液位變化曲線圖，藍色為熱高分液位投自動時設定值?？梢钥闯?，處理前后液位計運行曲線差別比較大，處理前，液位計波動較大，波動幅度最大超60%，控制閥無法投用自動，給安全生產(chǎn)帶來較大的隱患。處理后，液位計運行曲線比較平緩，控制閥在投自動的情況，波動在1%～3%之間，運行良好。

3 熱高分液位計假指示的處置及分析

3.1 常見的差壓式液位計故障類型及原因

3.1.1液位計波動大

a) 取壓管內(nèi)為易氣化介質(zhì)，當被測容器壓力達到介質(zhì)氣化的臨界值以上時，取壓管內(nèi)介質(zhì)氣化。

b) 取壓管內(nèi)為易冷凝介質(zhì)，當沒有伴熱保溫措施天氣較冷時，造成取壓管內(nèi)介質(zhì)因冷凝而致導壓不通暢(未全堵死)，或取壓管內(nèi)有固體顆粒物沉積，當被測容器壓力變化時，變送器正負膜盒不能及時測量真實壓力。

3.1.2測量誤差

a) 安裝不規(guī)范，正負取壓管有高于取壓點現(xiàn)象，尤其是負取壓橫管向上傾斜，造成遷移值不準確。

b) 導壓管因伴熱等原因造成導壓管內(nèi)介質(zhì)溫度不同，從而造成密度有偏差。

c) 取壓管內(nèi)隔離液因長時間與被測量介質(zhì)接觸，造成取壓管內(nèi)介質(zhì)與被測量介質(zhì)混合，從而造成密度變化。

d) 負取壓管測量的為設備內(nèi)氣體壓力，正常情況下負壓管充滿隔離液變送器負遷移，當因伴熱、泄漏等原因造成負取壓管內(nèi)隔離液減少時，液位指示偏大。

e) 正取壓管內(nèi)有氣體存在。

f) 變送器測量精度不夠。

3.1.3指示異常

a) 指示大幅偏大或達到極值：壓管內(nèi)隔離液泄漏或完全泄漏；負壓取壓堵塞嚴重；負壓管至變送器有漏點。

b) 指示大幅偏小或達到極值：正壓取壓堵塞嚴重；正壓管至變送器有漏點。

c) 指示固定在一個值或無指示：一般是變送器本身出現(xiàn)故障造成。

3.2 熱高分液位假指示處理及原因分析

3.2.1熱高分液位處理過程中存在的現(xiàn)象

在液位計周期性假指示的處理過程中，發(fā)現(xiàn)以下現(xiàn)象。

a) 液位計的引壓管及相關接頭無漏點，在伴熱、保溫等外部條件不變的情況下，每次故障，通過對負壓側引壓管進行打壓疏通處理，液位計能夠正常運行。

b) 每次假指示都是3塊液位計同時發(fā)生，對其中1塊液位計進行處理后，3塊液位計都能恢復正常指示。

c) 液位假指示都是大幅偏小甚至達到極值。

d) 關閉上下引出根部閥門，用氮氣將上下引出總管及儀表引壓管線進行吹掃，正引壓管吹出物質(zhì)為所注的潤滑油，無其他介質(zhì)；負引壓管吹掃出大量白色固體物質(zhì)。

3.2.2熱高分液位假指示的原因分析

根據(jù)上述熱高分假指示及處理過程中出現(xiàn)的現(xiàn)象，從3.1.3指示異常中的故障類型可以得出，當作用于變送器膜盒上的正壓取壓壓力快速下降或負壓取壓壓力快速上漲時，會導致儀表指示大幅偏小至達到極值，出現(xiàn)該現(xiàn)象有2種可能：正引壓管存在漏點；負引壓管存在堵塞現(xiàn)象。通過對現(xiàn)場儀表引線進行排查及處理，儀表引壓管系統(tǒng)不存在漏點，由此可以排除儀表假指示是由于存在泄漏導致的。在處理儀表假指示過程中，當對負引壓管進行快速打壓疏通后，儀表恢復正常。從這一處理措施可以得到證實，儀表的假指示是由于負引壓管堵塞引起壓力快速上漲所致。但每次疏通運行一段時間后故障仍會周期出現(xiàn)，說明導致引壓管堵塞的物質(zhì)持續(xù)產(chǎn)生。

為進一步查明引壓管堵塞的原因，對儀表引壓管進行吹掃，發(fā)現(xiàn)存在大量白色固體，對固體物質(zhì)進行組成分析發(fā)現(xiàn)該白色固體物質(zhì)易溶于水，見表1，判斷該物質(zhì)主要成分為銨鹽或氯鹽。因此，該儀表假指示主要是由于負引出管隨著裝置的運行持續(xù)產(chǎn)生銨鹽或氯鹽，導致了引壓管堵塞，引起在儀表注油的情況下出現(xiàn)周期性假指示。

表1 儀表引壓管內(nèi)結晶分析 mg/L

3.3 熱高分液位負引出管結鹽原因分析

根據(jù)加氫裂化工藝的特點，加氫原料中的硫、氮、氯等含量較高(見表2)，加氫過程中生成的H2S 、HCl和 NH3等介質(zhì)隨著反應生產(chǎn)油進入熱高分系統(tǒng)，生產(chǎn)物中的H2S，HCl和 NH3在低溫無水下會形成NH4HS與NH4Cl等結晶體，熱高分氣經(jīng)空冷冷卻后會生產(chǎn)NH4HS 與 NH4Cl等結晶體，因此，空冷的入口會設計注水系統(tǒng)，以溶解產(chǎn)生的銨鹽[2]。本裝置熱高分液位計上引出總管為DN80 mm、長約1.5 m的管線，盡管液位計配套連續(xù)注油系統(tǒng)，但是由于引出總管為水平安裝，并且注油速度比較慢，引出總管的管線空間內(nèi)會充滿熱高分氣。裝置運行中，管段距離罐體越遠，溫度越低，在伴熱良好的情況下通過對該管段進行測溫，溫度最低為120 ℃，即該管段的正常溫度在120 ℃～275 ℃，而NH4Cl的結晶溫度約為210 ℃，NH4HS的結晶溫度約為121 ℃，該溫度區(qū)間正好處于NH4Cl+NH4HS合成溫度區(qū)間。因此，銨鹽的積累量會隨著裝置運行時間的增長而逐步增加，直到填滿上引壓總管，導致堵塞，注油壓力作用于變送器膜盒上，引起液位計假指示。對液位計引壓管進行疏通后，液位恢復正常，但運行一段時間后，隨著銨鹽的積聚增多，將再次堵塞引壓管，導致儀表假指示。

表2 加氫裂化原料分析

4 熱高分液位日常維護及改進建議

熱高分、熱低分把加氫裂化裝置分為高壓和低壓2部分，所以熱高分的液位是關系裝置安全的重要節(jié)點。如何確保熱高分液位指示正常，是工藝、儀表專業(yè)日常維護的重點工作。針對熱高分液位計假指示的原因，結合加氫裂化熱高分高溫(操作溫度275 ℃)、高壓(操作壓力為14.0 MPa)的特點，處理該部位儀表故障問題風險性較高，往往需要外接打壓設備對該部位進行打壓疏通，存在接頭部位由于承壓問題引起泄漏的風險。因此，在日常維護中，對該部位的故障處理應格外重視，需要詳細安全的處理方案。結合長期對該部位的處理經(jīng)驗，建議如下。

a) 加強對原料性質(zhì)的監(jiān)控，防止原料中的硫、氮、氯大幅超標，導致銨鹽結晶速度加快[3]。

b) 針對銨鹽的結晶溫度區(qū)間，對上下引出管加強伴熱及保溫，提高上引出管的運行溫度，避開銨鹽的結晶溫度區(qū)，減緩甚至防止銨鹽結晶，從根本上解決銨鹽結晶的問題。

c) 當確認銨鹽堵塞引壓管時，需要制定嚴格的處理方案，通過往熱高分打壓的方式將負引壓管疏通，打壓前需要對打壓流程進行耐壓試驗，確保接頭牢固后，再向熱高分罐進行打壓疏通。

d) 根據(jù)熱高分液位設計情況，若液位計上引壓總管設計有去火炬放空線，如圖1所示，可定期打開該放空流程，通過高壓高溫熱高分氣，將積聚在上引壓總管上的銨鹽溶解帶出，解決銨鹽結晶導致的堵塞問題。

e) 從設計上徹底解決該問題。由于上引出總管銨鹽結晶的問題不僅會導致液位計周期性假指示，還會由于銨鹽的垢下腐蝕給裝置運行帶來較大的風險，因此，要從設計上提出解決該部位銨鹽結晶的問題。為防止銨鹽結晶，建議將上下引出總管設計成向下傾斜一定角度，在連續(xù)注油的情況下將引壓總管充滿隔離液，從根本上杜絕熱高分氣存在的空間及場所，防止銨鹽結晶。

f) 利用裝置停工檢修的機會，從循環(huán)氫壓縮機出口引出氫氣管線，接入熱高分引壓總管，通過注入氫氣的方式置換隔離熱高分氣，防止熱高分氣進入引壓總管，從根本上杜絕熱高分氣存在的空間及場所，防止銨鹽結晶。

5 結論

加氫裂化裝置由于高溫高壓，操作調(diào)節(jié)苛刻，是煉油化工裝置危險級別最高的裝置之一，儀表的正常指示和正確動作，直接關系到裝置的安全和生產(chǎn)的順利進行。本文根據(jù)熱高分液位的故障現(xiàn)象以及處置結果，分析認為造成該問題的主要原因是儀表引壓管內(nèi)部結鹽堵塞，并對儀表的維護措施提出了改進建議，確定了在現(xiàn)有條件下定期強制維護的方案，經(jīng)過長期運行，取得了較好的效果；同時，充分考慮熱高分氣遇冷結鹽的特點，提出在設計階段或通過裝置停工檢修的機會，進行技術改造，從根本上解決熱高分液位由于銨鹽結晶帶來的液位假指示以及銨鹽垢下腐蝕的問題。