加氫精密分餾裝置反應器溫度檢測設計優化

劉衍釗，高彩霞

(1.中海油石化工程有限公司，山東 青島 266101；2.山東世通國際認證有限公司，山東 青島 266101)

1 研究背景

某加氫精密分餾裝置是一套對加氫反應溫度檢測精度和控制穩定性要求極高的生產裝置，反應溫度的變化或波動將直接影響到最終產品的質量，并且加氫反應器的操作溫度約400℃，操作壓力高達Class2500，因此不僅需要保證溫度檢測儀表的測量性能，也對其安全性和可維護性提出了更高的要求。

加氫反應器溫度檢測儀表目前已比較成熟，每種儀表的特點以及其適用范圍和所能達到的效果均有所不同，因此需要針對裝置的工藝特性和操作工況進行合理選型和方案優化。

2 溫度檢測儀表特點綜述

加氫反應器溫度檢測儀表主要以熱電偶為主，根據其安裝分布方式一般分為單點熱電偶、多點熱電偶[1]和柔性鎧裝熱電偶等。其中：

單點熱電偶價格便宜，安裝方便，不需要在反應器內預設保護管，插入深度一般在反應器直徑的30%左右。但為均勻檢測反應器床層溫度，需要在床層同一高度上按一定角度平均開口3～4個，開口數量較多，不適于高壓大型設備，也無法準確檢測到中心位置溫度；并且熱電偶成套保護套管受催化劑擠壓力較大，很容易發生彎曲斷裂，造成泄漏，具有較大的安全隱患。

多點熱電偶分為軸向和徑向安裝方式，軸向安裝受長度限制僅適用于小型反應器，徑向安裝則是在床層某一高度預設一根保護管，沿直徑貫穿整個反應器，多點熱電偶不需自帶套管，通過自壓式貼緊保護管內壁，一般選用3～4個檢測點沿反應器直徑均勻分布[2]，有效的解決了單點熱電偶無法檢測中心溫度以及容易泄露的問題，安全性能相對較高。但預設的保護管對于溫度檢測的響應時間會造成較大的影響，并且檢測點較少并呈直線分布，無法精確檢測同一高度上床層的均勻溫度。

表1 三種熱電偶的相對特點表

柔性鎧裝熱電偶對各點熱電偶采用獨立的鎧管保護，具有較好韌性和抗壓能力，可以在反應器中隨意分布，長度和數量均可根據需要進行調整，對于同一床層僅需要一個開口，大大降低了反應器開口數量。由于鎧裝熱電偶不需要保護套管，對溫度的響應速度優于普通熱電偶，非常適用于對溫度控制有要求的場合。但鎧裝熱電偶數量較多，且共用一個法蘭口，一旦其中一支發生斷裂泄漏，也會影響到其他熱電偶，因此必須配置二次密封和泄漏監測裝置。柔性鎧裝熱電偶需要在反應器內預置安裝支架，安裝較為困難，并且不易維護更換[3]，同時高昂的使用成本也是制約其廣泛應用的重要因素之一。

表1列出了三種熱電偶的相對特點，可以更直觀的看出其優勢和不足。

3 反應器溫度檢測設計優化

本精密分餾裝置反應介質由加氫反應器頂部入口進入，在上中下三段床層與催化劑充分接觸并發生催化反應，反應溫度升高可以提升脫硫效果，但是溫度過高又會導致油品燃燒性能下降[4]，甚至出現飛溫現象。為控制反應溫度，在中段和下段床層上部通入急冷氫，確保每段床層的入口溫度滿足工藝要求。

結合精密分餾裝置加氫反應器的工藝特性和幾種熱電偶的使用特點，針對常規的加氫反應器溫度檢測的儀表選型和檢測控制方案進行設計優化：

(1)該精密分餾裝置反應器壓力等級為Class2500，發生泄漏的危險程度非常高，因此應避免設備開口過多以及套管斷裂的隱患，不適于選用單點式熱電偶。

(2)反應器上段床層的中部和上部反應相對穩定，溫度變化小，選用三支熱電偶即可滿足溫度檢測需求，能夠有效降低成本，提高安全性，上部與中部熱電偶套管成垂直敷設，可相互彌補檢測范圍的不足。

(3)反應器上段床層的下部存在反應劇烈引發超溫甚至飛溫的風險，需均勻檢測該床層各分布區域的溫度，并選取具有代表性的3個測點進行三取二聯鎖保護，避免發生危險和事故。因此選用柔性鎧裝多點熱電偶沿反應器1/2直徑的圓周均布設置6點，并在中心處設置2點做冗余配置，既減少了檢測盲點，又增加了測點冗余，降低了鎧裝熱電偶某測點損壞不易更換帶來的困擾，提高了可靠性。

(4)反應器中段床層的上部溫度檢測用于調節急冷氫通入量，是反應器溫度穩定控制的關鍵，對溫度檢測的響應速度和檢測范圍都有較高的要求，選用柔性鎧裝多點熱電偶能夠更迅速均勻地檢測該段床層中心以及周邊區域的各分布點溫度，為更加精確的展示該床層的平均溫度，柔性鎧裝熱電偶共設置7點，中心處設置1點，同時沿1/2直徑的圓周均布設置6點。通過在控制系統中計算出該7點溫度的平均值來控制通入急冷氫的流量，采用串級控制方案調節急冷氫流量，能夠提高溫度變化的反饋速度，減少外部干擾，達到快速穩定的調節效果[5]。

(5)反應器中段床層的中部溫度檢測無控制要求，溫度變化也相對穩定，只要均勻的檢測出該床層的溫度分布狀態，避免局部高溫即可，仍選用柔性鎧裝熱電偶沿1/2直徑的圓周均布設置6點。中段床層下部與上段床層下部的工況類似，因此溫度檢測方案也相同。

(6)由于反應器上段床層下部和中段床層均選用了柔性鎧裝熱電偶，因此可共用同一熱電偶開口，減少了設備開口，并節省了二次密封和檢漏系統，極大的提高安全性能并降低了使用成本。

(7)反應器下段床層的工況與中段床層基本相同，區別在于下段床層的下部柔性鎧裝熱電偶位于設備底部，在操作和維護時容易發生意外的損壞，因此為其增設檢測點，沿1/2直徑的圓周均布設置8點，中心處設置2點，避免其損壞后維修不便的問題。

優化設計后的精密分餾裝置加氫反應器溫度檢測流程圖如圖1所示。

圖1 優化設計的精密分餾裝置加氫反應器溫度檢測流程圖

該優化方案兼顧了檢測性能、安全、維護方便和成本等多方面因素，在優先確保溫度檢測范圍、精度和響應速度的前提下，根據選用的熱電偶類型特點取長補短，針對各床層特點合理確定熱電偶數量和分布，對危險區域增加冗余配置，配合對急冷氫流量的串級控制方案，切實有效的提升了精密分餾裝置反應器溫度檢測和控制效果，提高了裝置的產品收益和安全可靠性，并在一定程度上節省了使用成本。

4 結束語

通過對精密分餾裝置加氫反應器的溫度檢測方案進行全面的優化設計，使裝置的生產性能和安全性能得到了全面的提升，也為后期的生產操作維護提供了便捷，解決了柔性鎧裝熱電偶維護困難的問題，對于同類生產裝置的設計應用具有重要的參考價值和指導意義。