陜西延長(cháng)石油（集團）有限責任公司延安石油化工廠(chǎng)聚丙烯裝置采用國產(chǎn)化第 ２代環(huán)管聚丙烯液相本體工藝技術(shù)，設計年產(chǎn)本色聚丙烯粒料２０萬(wàn)ｔ［ １ ］ 。該裝置 ２００９ － ０７ 投產(chǎn)運行，很快就出現了液位 ＤＣＳ監控記錄異常、聚丙烯粉料洗滌塔排水困難等問(wèn)題�，F場(chǎng)檢查發(fā)現，洗滌塔工藝蒸汽中攜帶的粉末在液位計浮筒腔內滯留，影響了浮子的動(dòng)作靈活性，引起了液位指示和調節功能異常，造成更多的粉料無(wú)法及時(shí)隨冷凝液從塔底排出，未排出的粉料再次發(fā)生滯留，此過(guò)程反復進(jìn)行形成惡性循環(huán)，不到半年時(shí)間就造成導致聚丙烯粉料洗滌塔系統徹底癱瘓。其間多次出現過(guò)浮子卡死情況，維護人員曾經(jīng)采用手動(dòng)水洗法，以反復排水和補水的方式帶走浮筒內沉積的一部分粉料。但此種方法工作量大，清理積料的速度和能夠清除的積料數量都有限，只能臨時(shí)改善操作狀況。為了徹底解決裝置出現的上述問(wèn)題，我廠(chǎng)在 ２０１２ － ０４ 裝置大檢修時(shí)，對聚丙烯粉料洗滌塔浮筒液位計實(shí)施了技術(shù)改造。

 

１　 聚丙烯粉料洗滌塔浮筒液位計使用情況

浮筒液位計在聚丙烯裝置投產(chǎn)初期能夠正常使用，實(shí)現了聚丙烯粉料洗滌塔液位的正常指示。正常工況下，聚丙烯粉料洗滌塔浮筒液位計的 ＤＣＳ液位監控線(xiàn)圖見(jiàn)圖１ 。從圖１可以看出，液位在高限（８０％ ）和低限（ ２０％ ）之間隨時(shí)間呈周期性規律變化，液位變化的周期基本是 １ｈ ，每個(gè)周期內的液位體積分數與時(shí)間成直線(xiàn)函數關(guān)系。

聚丙烯裝置２００９ － ０７投產(chǎn)運行不到半年，聚丙烯粉料洗滌塔浮筒液位計運行異常，其 ＤＣＳ 液位檢測線(xiàn)圖表現為液位計數值變化緩慢或長(cháng)時(shí)間數值不變化，見(jiàn)圖２和圖３ 。

從圖２可觀(guān)察到，浮筒液位計的液位指示長(cháng)期位于３０％的低液位位置。從圖３可觀(guān)察到，浮筒液位計液位指示長(cháng)期位于 ３０％～６０％的小液位范圍。對比圖 １、圖２ 和圖 ３ 發(fā)現，浮子的浮動(dòng)范圍比正常時(shí)明顯變窄。在排除了其他因素的影響后所做的分析表明，浮子的動(dòng)作可能已經(jīng)不靈活，也說(shuō)明浮筒中可能已經(jīng)有較多積料。

 

液位計現場(chǎng)檢查證實(shí)上述分析是正確的�，F場(chǎng)檢查給出的液位計故障的主要原因是，浮筒空腔內有大量的粉末導致浮子動(dòng)作不靈活，嚴重時(shí)出現卡死，由于液位計故障又引起了洗滌塔不能正常排水，粉料不能被及時(shí)排出塔體，因此更多的粉料積存在塔內，后進(jìn)入浮筒液位計。如此惡性循環(huán)導致聚丙烯粉料洗滌塔系統徹底癱瘓，問(wèn)題如果不及時(shí)處理會(huì )引起滿(mǎn)塔或空塔，嚴重時(shí)會(huì )引起整個(gè)裝置無(wú)法正常運行，造成重大損失。

 

２　 聚丙烯粉料洗滌塔液位測量裝置分析

２．１　 工藝應用條件分析

聚丙烯粉料洗滌塔原則工藝流程見(jiàn)圖４ 。來(lái)自蒸汽罐的含粉料氣體從底部進(jìn)入洗滌塔，在塔內自下而上流動(dòng)的過(guò)程中與自上而下流動(dòng)的洗滌水逆流接觸 ［２ ］ ，蒸汽中的粉料進(jìn)入洗滌水中并隨之從洗滌塔底排出，蒸汽中的粉末因此得以洗滌。塔的回流泵保證水在洗滌塔內循環(huán)，蒸汽的冷凝由安裝在塔頂部的冷凝器來(lái)完成 ［３ ］ 。

圖４工藝流程中的冷凝液中含有大量固體粉末。固體粉末的存在降低了流體的均勻流動(dòng)性，增加了流體內固體雜質(zhì)聚結和粉末在洗滌塔內件局部位置沉積的可能性，還可能影響到洗滌塔液位的準確測量、指示和調節 ［４ ］ 。

 

２．２　 液位測量裝置選型分析

２．２．１　 浮筒液位計

（１ ）結構 　 實(shí)施改造前，聚丙烯粉料洗滌塔使用的是東京計裝公司生產(chǎn)的全進(jìn)口浮筒液位計，其結構見(jiàn)圖５ 。

浮筒液位計測量液位時(shí)浮子必須與被測液體直接接觸，被測液體進(jìn)入液位計空腔時(shí)，其附帶的大量聚丙烯粉末難免有部分滯留在液位計空腔中。當粉末過(guò)多集聚在浮筒內時(shí)，導致浮子動(dòng)作受阻或卡死，造成不能真實(shí)反應液位值 ［５ ］ 。

 

（２ ）工作原理 　 浮筒液位計利用變浮力原理測量液位。當被測液面位置變化時(shí)，浮筒浸沒(méi)體積改變，所受浮力隨之變化。通過(guò)測量浮力變化，可確定出液位的變化 ［６ ］ 。浮筒液位計工作原理見(jiàn)圖 ６ 。

圖６中液位計用彈簧平衡浮力，用差動(dòng)變壓器測量浮筒位移，平衡時(shí)壓縮彈簧的彈力與浮筒浮力及重力平衡 ［７ ］ 。因此有：

 

式中，ｋ 為彈簧剛度， Ｎ ／ ｍ ； ｘ 為彈簧壓縮量， Ｈ 為浮筒浸入深度， ｍ ；ρ 為液體密度，ｋｇ／ ｍ３ ；Ａ 為浮筒截面積， ｍ２ ［ ８ ］ 。液位發(fā)生變化時(shí)，例如升高 Δ Ｈ ，彈簧被壓縮Δ ｘ ，此時(shí)有：

ｋ （ ｘ ＋Δ ｘ ） ＝ ρｇＡ（ｘ ＋Δ Ｈ －Δ ｘ ） － Ｗ（２ ）

 

式（１ ）與式 （ ２ ）相減得：

Δ Ｈ ＝ （ １＋ ｋ ／ρｇＡ）Δ ｘ（３ ）

 

式（３ ）表明，液位高度變化與彈簧變形量成正比。彈簧變形量可以用差動(dòng)變壓器轉換成電信號進(jìn)行遠傳控制。因此，當浮筒液位計的浮筒升降動(dòng)作發(fā)生異常時(shí)，彈簧的變形時(shí)將無(wú)法準確反映液位的實(shí)際值 ［９ ］ 。

 

２．２．２　 浮筒雙法蘭差壓液位計

雙法蘭式差壓變送器由差壓變送器、毛細管和帶密封隔膜的法蘭組成。密封隔膜的作用是防止管道中的介質(zhì)直接進(jìn)入差壓變送器，它與變送器之間是靠注滿(mǎn)液體（一般采用硅油）的毛細管連接起來(lái)的 ［１０ ］ 。當膜片受壓后產(chǎn)生微小變形，變形位移或頻率通過(guò)毛細管的液體傳遞給變送器，由變送器處理后轉換成輸出信號 ［１１ ］ 。雙法蘭差壓液位計工作原理見(jiàn)圖 ７ 。

差壓變送器的高壓側與容器底部的取壓室相連，低壓側與液面上方容器的頂部相連 ［１２ ］ 。如果容器上方為氣體，則高壓側壓力 ｐ Ｈ 為：

ｐ Ｈ ＝ ｐ ＋ Ｈ ρ ｇ（４ ）

式中， Ｈ 為被測液位高度，ｍ ； ｐ 為容器上部空氣壓力， ｋＰａ 。因為低壓側壓力 ｐＬ ＝ ｐ ，所以差壓變送器

所受的壓差 Δ ｐ ＝ ｐ Ｈ － ｐ Ｌ ＝ Ｈ ρ ｇ 。這樣則可以根據差壓變送器測得的差值，按照下式來(lái)計算液位的高度：

 

由式（５ ）可知，只要知道差壓變送器所受的壓差，即高壓法蘭和低壓法蘭側的壓力之差，就可求得液位的高度。

 

２．２．３　 液位計工作原理對比分析

對比浮筒液位計和雙法蘭差壓液位計工作原理可知，浮筒液位計測液位時(shí)浮子必須與被測液體直接接觸，并且要隨液位變化上下運動(dòng) ［１３ ］ 。由于粉料洗滌塔中含有大量的聚丙烯粉末，當粉末過(guò)多集聚在浮筒內時(shí)，導致浮子動(dòng)作受阻或卡死，造成不能真實(shí)反應被測量液位值 ［１４ ］ 。而雙法蘭差壓液位計是靠高低壓側法蘭膜片感壓后將壓力傳感給差壓變送器，由差壓變送器獲得的壓力差來(lái)計算得到液位的變化值，即使塔內含有大量粉料也不會(huì )引起壓力傳感不準 ［１５ ］ 。

 

３　 聚丙烯粉料洗滌塔液位計改造

根據液位計使用原理和使用工況的對比分析，我廠(chǎng)在２０１２ － ０４裝置大檢修時(shí)決定將浮筒液位計改造為雙法蘭差壓液位計，取得了較好的經(jīng)濟效益。未改造前，聚丙烯粉料洗滌塔液位計使用的東京計裝公司全進(jìn)口浮筒 式液位計每套價(jià) 值 ７５�。埃埃� 元。２０１１ 年更換表頭花費 ５０�。埃埃� 元， ２００９ － ０７～２０１２ － ０４多次維修產(chǎn)生費用共 １０�。埃埃� 元。改造后使用羅斯蒙特公司的雙法蘭差壓液位計，每套價(jià)值 ５０�。埃埃� 元，２０１２ － ０４ 至今未更換任何零部件，每年正常的維護和檢查費用大約為 １�。埃埃� 元。改造前后聚丙烯粉料洗滌塔液位計運行成本對比見(jiàn)圖８ ，可見(jiàn)雙法蘭差壓液位計的經(jīng)濟價(jià)值遠高于浮筒式液位計。

 

４　 結語(yǔ)

聚丙烯粉料洗滌塔浮筒液位計改造為雙法蘭差壓液位計至今已超過(guò)６ａ ，除裝置檢修期間對雙法蘭表面進(jìn)行正常維護檢查外，日常使用中雙法蘭差壓液位計一直運行狀態(tài)良好，未出現過(guò)一起液位計故障事故，不僅極大減少了維護人員的工作量，整個(gè)聚丙烯粉料洗滌塔系統也運行正常，再無(wú)液位計故障引起的滿(mǎn)塔或空塔現象，此次改造達到了預期的目的，滿(mǎn)足了正常生產(chǎn)的需要。

 

此次項目改造根據不同的使用條件和環(huán)境選擇不同的測量?jì)x表，打破了原有設計的不足，不僅解決了聚丙烯粉料洗滌塔液位計選擇不當引起的運行故障難題，也保證了工藝裝置平穩運行，從中得到了解決同類(lèi)問(wèn)題的有效方法。

 

相關(guān)產(chǎn)品tuijian：投入式液位計、一體化壓力變送器