低溫甲醇洗放空氣洗滌塔水封液位偏差的分析

白國偉

（呼倫貝爾金新化工有限公司設(shè)備管理中心）

低溫甲醇洗裝置是利用粗煤氣中不同組分的選擇性吸收這一特性，脫除粗煤氣中的酸性氣體，以達(dá)到凈化粗煤氣的目的，這屬于物理吸收過程，是一種比較先進(jìn)的氣體凈化工藝，應(yīng)用較為廣泛。 尾氣則送到放空氣洗滌塔中洗滌脫除夾帶的甲醇后送至VOCs處理裝置。

放空氣進(jìn)入放空氣洗滌塔之前，設(shè)計有水封管線，防止塔內(nèi)壓力過高，氣體沖破水封，直接放空。水封管液位投用之初最高顯示60%多的液位，冬季運(yùn)行時， 曾出現(xiàn)測量管線伴熱不佳的情況。拆下液位計檢查發(fā)現(xiàn)膜盒完好，打開負(fù)相根部截止閥，無氣體冒出，用軟管從負(fù)相根部閥插入水封管攪動后，液體逐漸流出。 回裝儀表后液位顯示正常，但液位有緩慢下降的趨勢，每小時降幅在5%左右，由此懷疑管道內(nèi)有結(jié)冰堵塞現(xiàn)象。 將根部閥換成夾套截止閥后， 液位長期顯示在30%左右。

1 測量原理

1.1 工藝描述

粗煤氣進(jìn)入低溫甲醇洗工段，富H2S甲醇液通過再吸收塔后，CO2/N2放空氣進(jìn)入放空氣洗滌塔洗滌， 使CO2/N2放空氣中的甲醇含量降低到環(huán)保水平，同時減少工藝甲醇損失。 CO2/N2放空氣從放空氣洗滌塔頂部送至VOCs處理裝置，其工藝流程如圖1所示。

圖1 放空氣洗滌工藝流程

當(dāng)循環(huán)甲醇中的NH3含量過高時， 工藝系統(tǒng)中可能出現(xiàn)銨鹽結(jié)晶物，極易堵塞細(xì)小的儀表測量管線，并且，公司所處的地理位置常年平均氣溫較低，加大了儀表防凍處理的難度。 因此，放空氣進(jìn)入洗滌塔時設(shè)置了水封管，通過雙法蘭變送器LT41065測量水封管的液位， 洗滌塔內(nèi)的液位通過LT41066雙法蘭變送器測量。

1.2 雙法蘭液位變送器的測量原理

雙法蘭液位變送器相當(dāng)于將變送器測量元件中的隔離膜片延長到設(shè)備檢測點(diǎn)根部， 可以廣泛用于介質(zhì)較臟、粘稠、腐蝕、結(jié)晶或存在嚴(yán)重相變的工況環(huán)境中。 變送器的膜盒經(jīng)毛細(xì)管與變送器的測量室相通。 由膜盒、毛細(xì)管、測量室組成，封閉系統(tǒng)內(nèi)充滿填充液，常用介質(zhì)為硅油，通過硅油傳遞壓力，工作時被測介質(zhì)作用在法蘭膜盒的隔離膜片上，使膜片產(chǎn)生變形，然后通過毛細(xì)管內(nèi)的填充液將壓力傳遞到變送器的敏感元件上［1］。

液體中某一點(diǎn)的靜壓力與該點(diǎn)到液面的距離成正比，即p=ρgh，其中，p為被測點(diǎn)的壓力，ρ為介質(zhì)密度，g為重力加速度，h為被測點(diǎn)到液面的高度。 由于已確定的被測介質(zhì)密度ρ和重力加速度g為常數(shù)，因此，被測點(diǎn)到液面的距離只與被測點(diǎn)的壓力p有關(guān)［2］。雙法蘭液位變送器通過測量壓差，便可得出液位高度，經(jīng)過相應(yīng)的轉(zhuǎn)換，輸出4～20 mA電流信號。

2 可能出現(xiàn)液位偏高的原因

2.1 參數(shù)設(shè)置

測量水封管液位的雙法蘭變送器在安裝時如果對遷移量、測量范圍設(shè)置不準(zhǔn)確，將會導(dǎo)致液位計測量錯誤。 結(jié)合原設(shè)計數(shù)據(jù)和現(xiàn)場安裝位置，變送器兩法蘭中心的間距h1=1020 mm，與設(shè)計數(shù)據(jù)1 000 mm基本相符。 零點(diǎn)是將兩法蘭放置在同一水平面上設(shè)置的，遷移量是現(xiàn)場安裝時正確讀出儀表的實際數(shù)據(jù)。 因此，僅從變送器兩法蘭的安裝位置來分析，參數(shù)設(shè)置無異常。

2.2 液位計的安裝位置

液位計的取壓口設(shè)置不正確， 偏離實際需要的測量范圍， 將會導(dǎo)致液位計無法達(dá)到或提前達(dá)到100%的顯示數(shù)據(jù)； 或者變送器法蘭在安裝連接時密封墊片偏離法蘭中心， 將會擠壓變送器膜片， 造成變送器測量不準(zhǔn)確甚至損壞膜片。

2.3 測量管線伴熱效果

伴熱一般分為電伴熱和蒸汽伴熱兩種形式，對于尺寸較大的管線、根部閥等，選用蒸汽伴熱的效果更好。 甲醇洗裝置儀表伴熱蒸汽壓力在0.6 MPa，溫度在260 ℃左右。 儀表測量管線較長，導(dǎo)壓管與伴熱管未有效貼合，導(dǎo)壓管進(jìn)入保溫箱的部位與伴熱管線存在伴熱死區(qū)，這將會增大凍堵的概率。 部分蒸汽伴熱管線由于疏水器堵死或管線較長而導(dǎo)致伴熱效果不佳，伴熱管線容易凍堵。

2.3.1 儀表根部伴熱

儀表根部取壓管及根部閥為DN75 mm，原設(shè)計采用?12 mm×1.5 mm的伴熱管在儀表根部閥外側(cè)伴熱， 管口較粗， 加之蒸汽伴熱效果不佳，經(jīng)常出現(xiàn)凍堵現(xiàn)象，因此把根部閥換成了帶夾套伴熱的截止閥，蒸汽伴熱管更改為DN20 mm，重新整改蒸汽伴熱后， 伴熱效果明顯提高。 但是，蒸汽伴熱溫度較高，可能會影響儀表測量的準(zhǔn)確性。

2.3.2 水封管線伴熱

水封管線為DN800 mm， 伴熱面積較大，而且， 水封管內(nèi)的液體介質(zhì)長期處于靜止?fàn)顟B(tài)，受冬季極寒天氣影響， 水封管線內(nèi)容易出現(xiàn)凍堵。 冬季氣溫較低時， 若水封管線的保溫措施存在缺陷， 在寒風(fēng)的影響下， 也容易發(fā)生局部不熱的情況， 導(dǎo)致水封管內(nèi)出現(xiàn)異常， 影響液位測量。

3 處理措施

3.1 準(zhǔn)確設(shè)置儀表的測量范圍

水封管液位變送器負(fù)壓側(cè)法蘭安裝位置與放空氣進(jìn)洗滌塔的管線中心在同一條水平線上，但是，因為放空氣進(jìn)氣管線為DN800 mm，現(xiàn)場安裝管道規(guī)格為?813.0 mm×9.53 mm， 當(dāng)往水封管線補(bǔ)液時，液位永遠(yuǎn)不會達(dá)到100%，因為實際液位無法達(dá)到液位計的負(fù)壓側(cè)法蘭，將直接沿著放空氣進(jìn)氣管線流入洗滌塔。

因此， 滿液位的實際高度應(yīng)該為1020-813/2+9.53=623.03 mm，該高度與設(shè)計理論高度1 000 mm存在很大的偏差。 根據(jù)實際滿液位高度， 通過HART475或手操器對變送器LRV和URV兩個參數(shù)進(jìn)行讀寫， 達(dá)到設(shè)置變送器測量上下限的目的。 修改液位變送器上的測量上限后儀表指示正常。

3.2 降低夾套閥伴熱蒸汽的溫度

冬季運(yùn)行時， 水封管液位長期顯示在30%左右，補(bǔ)水測試液位變送器顯示逐漸增大，當(dāng)液位顯示超過100%時，洗滌塔的液位顯示也在逐漸變大，說明水封管液位顯示正常，且水封管內(nèi)補(bǔ)水已經(jīng)溢流至洗滌塔。 但是一旦補(bǔ)水停止，水封管的液位將緩慢下降， 大約2 h后又降至30%左右，如圖2所示。

圖2 冬季補(bǔ)液后的液位測量趨勢記錄

現(xiàn)場檢查蒸汽夾套閥溫度過高，相當(dāng)于在不斷地加熱夾套閥中的測量介質(zhì)，降低了測量介質(zhì)的密度，尤其是正相液體介質(zhì)的密度。 當(dāng)補(bǔ)液時，液體雖仍在加熱，但是持續(xù)補(bǔ)液，測量介質(zhì)的溫度變化較小，因此補(bǔ)液時液位測量正常，打開部分保溫，關(guān)小蒸汽夾套閥的伴熱截止閥后液位顯示正常。

3.3 水封管線的防凍處理

加強(qiáng)對水封管的伴熱管理，采取對水封管線周圍多角度伴熱，增加伴熱輻射面積。 同時，對水封管外側(cè)重新保溫，增強(qiáng)保溫效果，避免水封管內(nèi)出現(xiàn)凍堵或水封表面出現(xiàn)結(jié)冰現(xiàn)象，為儀表準(zhǔn)確測量創(chuàng)造良好條件。

4 結(jié)束語

針對雙法蘭液位變送器的測量，結(jié)合現(xiàn)場實際安裝位置， 對儀表測量范圍進(jìn)行準(zhǔn)確設(shè)置，從而確保測量數(shù)據(jù)真實、有效。 對于公司所處的地理位置，介質(zhì)在冬季的防凍措施是對設(shè)備維護(hù)人員的一大考驗，稍有疏忽或調(diào)節(jié)不及時，將會對測量設(shè)備或運(yùn)行設(shè)備造成較大的損失。

夾套閥內(nèi)伴熱蒸汽的溫度過高，通過調(diào)節(jié)夾套伴熱蒸汽截止閥的開度來控制伴熱蒸汽流量，以達(dá)到調(diào)節(jié)伴熱溫度的目的。 但是，在冬季漫長的北方，氣溫變化范圍較大，截止閥關(guān)得太小，可能會導(dǎo)致伴熱出現(xiàn)凍堵，開得過大，將影響儀表的準(zhǔn)確測量，蒸汽截止閥的開度要根據(jù)氣溫的變化及時調(diào)整。 鑒于此種情況，也可以選用溫度較低的蒸汽對夾套閥伴熱。