吹氣法液位測量裝置在異丁烷脫氫反應(yīng)再生器中的應(yīng)用

劉木林

（浙江省天正設(shè)計(jì)工程有限公司）

近年來，以異丁烷為原料制取異丁烯的工藝得到了廣泛的應(yīng)用， 典型工藝為俄羅斯的脫氫法。 異丁烷脫氫工藝技術(shù)的核心為異丁烷在細(xì)粒鋁鉻催化劑流化床發(fā)生脫氫反應(yīng)生成異丁烯，異丁烷和細(xì)粒鋁鉻催化劑在反應(yīng)器和再生器之間不斷循環(huán)。 兩臺(tái)設(shè)備均為固定床格柵式反應(yīng)器，異丁烷在反應(yīng)器內(nèi)進(jìn)行脫氫反應(yīng)，催化劑在再生器內(nèi)進(jìn)行再生反應(yīng)，異丁烷在反應(yīng)器與再生器內(nèi)進(jìn)行脫氫反應(yīng)為整個(gè)系統(tǒng)的核心。

1 概述

反應(yīng)器內(nèi)異丁烷溫度在540～600℃之間，并在10%～35%液位區(qū)間內(nèi)， 通過催化劑的作用脫氫生成異丁烯，隨著溫度升高或是壓力下降異丁烷向生成有用產(chǎn)品方向的轉(zhuǎn)換深度加大，但隨溫度升高，熱分解副反應(yīng)速度也加快，生成焦炭及其他產(chǎn)物。

異丁烷脫氫生成異丁烯：

脫氫產(chǎn)生的輕烴和重?zé)N、焦炭等附著在反應(yīng)器、再生器及催化劑上，對(duì)反應(yīng)器與再生器上液位、壓力等參數(shù)測量產(chǎn)生重要的影響，因此選擇正確的液位測量方法是工藝控制的關(guān)鍵。 筆者提出的吹氣液位測量裝置較好地解決了在異丁烷脫氫反應(yīng)器和再生器內(nèi)液位測量的難題。

筆者根據(jù)異丁烷脫氫反應(yīng)器和再生器液位測量點(diǎn)多且復(fù)雜的特點(diǎn)，設(shè)計(jì)了整體式儀表吹氣盤，該吹氣盤是以恒差壓繼動(dòng)器作為主要部件的穩(wěn)流裝置，相比于傳統(tǒng)的以限流孔板為主要部件的吹氣設(shè)備，能夠提供穩(wěn)定小流量的氣源，節(jié)省了大量的工藝氣體（氮?dú)猓?，?jié)省了投資，而且使異丁烷脫氫反應(yīng)器和再生器的液位測量精度大幅度提高［1］。

2 吹氣液位測量裝置

2.1 測量原理

空氣或惰性氣體（如氮?dú)猓┙?jīng)過濾器過濾，減壓器減壓，以保證吹氣入口壓力恒定，潔凈氣體再經(jīng)浮子流量計(jì)、恒壓閥和吹氣管路吹入被測液體中，吹氣流量由浮子流量計(jì)指示，流量大小由浮子流量計(jì)上的流量調(diào)節(jié)閥設(shè)定，恒定流量的氣體從插入液體的吹氣管下端口逸出，鼓泡并通過液體排入大氣，吹氣管內(nèi)的氣壓幾乎與液體靜壓相等，因此差壓液位變送器指示的壓力值即可反映出液體高度［2］。

差壓法液位測量原理為：

Δp=p2-p1=Hρg

式中 g——重力加速度；

H——液位高度；

p1——下取壓點(diǎn)壓力；

p2——上取壓點(diǎn)壓力；

Δp——測得壓差；

ρ——介質(zhì)密度。

2.2 裝置結(jié)構(gòu)

吹氣測量裝置主要由吹氣裝置、差壓變送器和吹氣管路3 部分組成，如圖1 所示。 吹氣裝置提供穩(wěn)定的氣源，差壓變送器測量液位，吹氣管路負(fù)責(zé)連接［3］。

圖1 吹氣測量裝置

恒差壓繼動(dòng)器的主要部件為恒流閥與金屬管轉(zhuǎn)子流量計(jì)［4］，如圖2 所示。

圖2 恒差壓繼動(dòng)器

在壓力平衡狀態(tài)，入口壓力變化時(shí)，恒差壓繼動(dòng)器上下側(cè)彈簧只發(fā)生細(xì)微可忽略的形變，針型閥前后壓差恒定，流量計(jì)僅與針型閥的開度成比例，與入口壓力無關(guān)。

該吹氣裝置測量取壓時(shí)，具有精度高、無復(fù)雜計(jì)算、流量和壓力調(diào)整范圍寬及使用壽命長等優(yōu)點(diǎn)，性能和功能較限流孔板有明顯優(yōu)勢。

2.3 吹氣儀表盤

脫氫反應(yīng)器為多儀表集中測量，需配置儀表吹氣盤進(jìn)行多路吹氣，氣源通過截止閥進(jìn)入恒差壓繼動(dòng)器進(jìn)行穩(wěn)壓限流， 通過三通連接壓力表，對(duì)氣源壓力進(jìn)行監(jiān)控， 最后末端設(shè)置止回閥，防止不正常工況對(duì)吹氣盤造成損害， 如圖3 所示。儀表吹氣盤能夠?qū)⒍嗦反禋饩€路集中在一起，做到集中加工、安裝，給現(xiàn)場施工帶來方便，也便于以后操作工的管理和維護(hù)。

圖3 吹氣儀表盤

3 實(shí)施方案

吹氣氣源應(yīng)根據(jù)實(shí)際工藝反應(yīng)過程來確定， 在異丁烷脫氫反應(yīng)中， 為了避免異丁烷在高溫下與氧氣發(fā)生反應(yīng)， 吹氣氣源選擇氮?dú)狻庠赐ㄟ^工藝管線引到吹氣儀表盤處， 通過變徑把氣源分成多路分氣源， 采用φ14mm×2mm不銹鋼管，因?yàn)楹愣ㄐ×髁侩y以控制，φ14mm×2mm 不銹鋼管通?？梢赃x用0.3～3.0NL/min。儀表吹氣盤氮?dú)夤芫€用三通接頭連接到差壓式變送器的φ14mm×2mm 毛細(xì)管上， 毛細(xì)管通過對(duì)焊方法連接到反應(yīng)器上的法蘭蓋， 變送器毛細(xì)管和吹氣管線在豎直向上的管線上。 因?yàn)槊摎浞磻?yīng)器分成不同部分分別測量， 每部分都用差壓變送器進(jìn)行壓差指示， 進(jìn)而反映出整個(gè)脫氫反應(yīng)器的工藝參數(shù)。 脫氫反應(yīng)器安裝形式如圖4 所示。

圖4 吹氣液位測量裝置安裝方式

實(shí)施時(shí)應(yīng)注意以下兩點(diǎn)：

a. 吹氣儀表盤應(yīng)靠近設(shè)備， 避免氣源漏點(diǎn)，保持吹氣的流量和壓力穩(wěn)定；

b. 細(xì)粒鋁鉻催化劑和反應(yīng)副產(chǎn)品容易堵塞管路，設(shè)備采用V 形口，三通處吹氣管線上連接。

4 結(jié)束語

吹氣法液位測量裝置在異丁烷脫氫反應(yīng)再生器中得到了良好應(yīng)用，其特征在于，通過吹氣法測壓判斷異丁烷脫氫反應(yīng)再生器不斷循環(huán)流動(dòng)的液位，通過新儀表吹氣裝置對(duì)氣源的壓力和流量進(jìn)行了有效控制，實(shí)現(xiàn)了多個(gè)差壓液位變送器有效指示，對(duì)異丁烷脫氫反應(yīng)再生器的控制起到了決定性作用。