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减压塔浮球液位计与差压液位计比较及优化改造方案研究

 摘要:常减压蒸馏装置是每座炼油厂的龙头装置,而减压塔又是该装置zui重要的设备之一,其液位的精确测量与控制对于整个装置及炼油厂都至关重要;减压塔侧线远传液位计的常规设计选型为浮球液位计和普通差压液位计,浮球液位计故障率较高,而减压塔特殊的负压操作环境,使得差压液位计无法保证长周期的平稳测量;本文采用一种利用绝压压力测量和 DCS 系统组态配合完成的测量方案,经过实践验证其测量的可靠性和稳定性,为石油化工领域减压塔以及其他负压容器的液位测量提供一种新的技术手段。

 
1  项目优化改造原因
某石化公司一期和二期的常减压蒸馏装置都是单套处理量为千万级别的龙头装置,为了使原油提取更多的轻质组分,往往通过降低蒸馏压力,使被蒸馏的原料油沸点范围降低,这个实现减压蒸馏的重要设备即是减压塔。而该设备由于它的抽真空系统,使得其操作压力为负压,接近真空的特殊性,所以设计院通常在其液位测量与控制上选择差压液位计和浮球液位计配合使用,差压液位计测量范围大,把控全局;浮球液位计测量范围小,实现控制。但这两种液位测量方案都有其弊端。
 
1.1  浮球液位计弊端
浮球液位计是根据阿基米德定律实现的,容器内液位变化使浮球上下移动,使杠杆系统偏转输出的角位移发生变化,并由传感器将其转换为电信号得出实际液位。但是由于减三线、减四线及减压渣油粘度很大,在实际使用中浮球经常出现卡涩不动的情况,另外,内浮球的频繁晃动也使得塔内浮球与连杆连接部位疲劳强度增大,在一个生产运行周期的末端极易出现浮球脱落的情况,还有就是浮球液位计的精度较低,不能很好地完成精确测量控制的任务,对于调整产品分布及产品质量上增大了操作难度,降低容错率。
 
1.2  差压液位计弊端
差压液位计是基于液位高度变化时,液柱产生的静压也随之变化,进而换算出液位的。差压计的正引压管与减压塔集油箱底端相连,负引压管则与降液盘上侧气相相连,再根据变送器的安装位置进行相应的迁移后测出实际液位。在实际使用中会出现以下问题。
 
(1)差压液位计需配合冲洗油使用,冲洗柴油会与介质产生互溶现象,尤其是减压重油很可能进入引压管内,管道内存在黏稠脏物堵塞管道,影响压力传递,需要频繁打冲洗油,否则,过一段时间又堵塞了,导致测量不准,也增加维护工作量。zui致命的问题出现在负引压管上,如果使负引压管充满隔离介质,会出现冲洗油被吸入塔内,造成测量值升高,如果负引压管不冲灌任何隔离介质,在塔内的高温油气会一点点地在负压侧冷凝,造成测量值缓慢降低,zui终失控。
(2)差压液位计也无法冲灌隔离液(水),因为负引压管连接减压塔内,塔内压力接近真空,水的沸点会随着压力的降低而降低,而在接近 -100kPa(g) 的环境下,常温下的水会达到沸点,变成水蒸气进入塔内,造成负引压管内隔离液消失,测量值超高爆表。
减压塔 DCS 系统截图
将原差压液位计负压侧一次阀关闭切除,利用合适量程的绝压压力变送器,将其引压管接入原差压液位的正压侧。通过图二 DCS 系统组态换算,利用静压原理,引入公式:
20220221143107.jpg
式中,CPV 为液位测量值,即 LC-41008 的测量值;RV为绝压压力变送器 PI-41008 的实际测量值;RV1 为减三线集油箱上部气相绝压压力 PI-41013 的实际测量值(利旧);PO1 为变送器与取源点垂直迁移量为定值 12.65kPa;ρ 为减三线油的密度;g:重力加速度 9.8m/s2;LEL 为减三线液位实测量程为定值 2.2m。
 减三线差压液位 - 绝压差换算组态图
通过两台绝压压力变送器分别测量集油箱液相和减压塔气相,消除减压塔气相压力变化对仪表指示值带来的影响,迁移量 P01=12.65kPa 为变送器实际安装位置与正取源点的高度差 1.59m;重力加速度 9.8m/s2 和正引压管内冲洗油密度 0.81m/s2 三者的乘积。计算出当前液位的实际差压值,再除以重力加速度和减三线密度即可换算出实际高度差,再根据液位量程,得出液位百分比。
 
3  优化改造效果分析
改造后的减三线液位测量精确稳定,抗干扰能力明显增强,运行一年多的时间里,维护次数为 0 次,效果令人满意。改造后又多次对整个测量方案完善优化,其中对于固定迁移量的计算中,考虑到冲洗油会与介质轻微互溶,且冲洗油温度变化也会对其密度产生变化,我们通过单纯测量液柱静压,实测冲洗油密度后再进行迁移,提高了液位测量精度。另外,为了降本增效,我们是利旧原有减三线气相压力作为绝压差压测量的负压,而减压塔气相自塔底至塔顶,压力越来越低,所以利旧压力是比原负压侧绝压要低一些,使得测量值会有一点偏高,如果在停工检修期间在原负压侧增加一套绝压压力变送器,其效果会更好,测量精度会更高。另外,我们在原计算模块组态中,将实际介质密度变为一个可实时修改的值,在工程师权限下可以人为修正,增加了测量的灵活性和准确性。
 
利用绝压压力变送器的压力差测量减压塔的液位,通过实践验证,无论从测量准确性、稳定性,还是仪表维护工作量上来说,都是非常好的的一种测量方案。石油化工生产装置中有不少操作压力为负压的塔器容器,无论是前期设计阶段,还是后期技改技错,本文所论述的这种测量方案完全可以在同类型容器上进行验证,为石油化工领域提供一种全新的仪表测量技术。