減壓塔差壓液位優(yōu)化改造方案研究

張琦

（中海油惠州石化有限公司，廣東 惠州 516086）

1 項(xiàng)目?jī)?yōu)化改造原因

某石化公司一期和二期的常減壓蒸餾裝置都是單套處理量為千萬(wàn)級(jí)別的龍頭裝置，為了使原油提取更多的輕質(zhì)組分，往往通過(guò)降低蒸餾壓力，使被蒸餾的原料油沸點(diǎn)范圍降低，這個(gè)實(shí)現(xiàn)減壓蒸餾的重要設(shè)備即是減壓塔。而該設(shè)備由于它的抽真空系統(tǒng)，使得其操作壓力為負(fù)壓，接近真空的特殊性，所以設(shè)計(jì)院通常在其液位測(cè)量與控制上選擇差壓液位計(jì)和浮球液位計(jì)配合使用，差壓液位計(jì)測(cè)量范圍大，把控全局；浮球液位計(jì)測(cè)量范圍小，實(shí)現(xiàn)控制。但這兩種液位測(cè)量方案都有其弊端。

1.1 浮球液位計(jì)弊端

浮球液位計(jì)是根據(jù)阿基米德定律實(shí)現(xiàn)的，容器內(nèi)液位變化使浮球上下移動(dòng)，使杠桿系統(tǒng)偏轉(zhuǎn)輸出的角位移發(fā)生變化，并由傳感器將其轉(zhuǎn)換為電信號(hào)得出實(shí)際液位。但是由于減三線、減四線及減壓渣油粘度很大，在實(shí)際使用中浮球經(jīng)常出現(xiàn)卡澀不動(dòng)的情況，另外，內(nèi)浮球的頻繁晃動(dòng)也使得塔內(nèi)浮球與連桿連接部位疲勞強(qiáng)度增大，在一個(gè)生產(chǎn)運(yùn)行周期的末端極易出現(xiàn)浮球脫落的情況，還有就是浮球液位計(jì)的精度較低，不能很好地完成精確測(cè)量控制的任務(wù)，對(duì)于調(diào)整產(chǎn)品分布及產(chǎn)品質(zhì)量上增大了操作難度，降低容錯(cuò)率。

1.2 差壓液位計(jì)弊端

差壓液位計(jì)是基于液位高度變化時(shí)，液柱產(chǎn)生的靜壓也隨之變化，進(jìn)而換算出液位的。差壓計(jì)的正引壓管與減壓塔集油箱底端相連，負(fù)引壓管則與降液盤上側(cè)氣相相連，再根據(jù)變送器的安裝位置進(jìn)行相應(yīng)的遷移后測(cè)出實(shí)際液位。在實(shí)際使用中會(huì)出現(xiàn)以下問(wèn)題。

（1）差壓液位計(jì)需配合沖洗油使用，沖洗柴油會(huì)與介質(zhì)產(chǎn)生互溶現(xiàn)象，尤其是減壓重油很可能進(jìn)入引壓管內(nèi)，管道內(nèi)存在黏稠臟物堵塞管道，影響壓力傳遞，需要頻繁打沖洗油，否則，過(guò)一段時(shí)間又堵塞了，導(dǎo)致測(cè)量不準(zhǔn)，也增加維護(hù)工作量。最致命的問(wèn)題出現(xiàn)在負(fù)引壓管上，如果使負(fù)引壓管充滿隔離介質(zhì)，會(huì)出現(xiàn)沖洗油被吸入塔內(nèi)，造成測(cè)量值升高，如果負(fù)引壓管不沖灌任何隔離介質(zhì)，在塔內(nèi)的高溫油氣會(huì)一點(diǎn)點(diǎn)地在負(fù)壓側(cè)冷凝，造成測(cè)量值緩慢降低，最終失控。

（2）差壓液位計(jì)也無(wú)法沖灌隔離液（水），因?yàn)樨?fù)引壓管連接減壓塔內(nèi)，塔內(nèi)壓力接近真空，水的沸點(diǎn)會(huì)隨著壓力的降低而降低，而在接近-100kPa(g)的環(huán)境下，常溫下的水會(huì)達(dá)到沸點(diǎn)，變成水蒸氣進(jìn)入塔內(nèi)，造成負(fù)引壓管內(nèi)隔離液消失，測(cè)量值超高爆表。

（3）引壓管伴熱保溫標(biāo)準(zhǔn)要求極高，伴熱管線需與引壓管并行敷設(shè)，必須確保從取源部位到變送器膜盒前有良好伴熱，并且保溫封口要求嚴(yán)密，否則，一旦出現(xiàn)氣溫驟降和刮風(fēng)下雨等天氣下，極易出現(xiàn)液位測(cè)量不準(zhǔn)和大幅偏差。

（4）差壓液位計(jì)引壓管路及接頭處存在漏點(diǎn)，由于減壓塔為負(fù)壓，因此，出現(xiàn)漏點(diǎn)不會(huì)造成介質(zhì)外漏，但是，會(huì)使測(cè)量出現(xiàn)偏差，且漏點(diǎn)極難發(fā)現(xiàn)處理。

（5）為應(yīng)對(duì)石油化工國(guó)際市場(chǎng)產(chǎn)品走向，對(duì)操作上的調(diào)整也越來(lái)越多，介質(zhì)密度的頻繁變化也會(huì)直接影響液位測(cè)量。常規(guī)情況下，無(wú)法對(duì)密度進(jìn)行實(shí)時(shí)或定期修正。

2 差壓液位優(yōu)化改造方案

以圖1為例，LC-41001/41002/41003/41004分別為減頂、減二、減三和減底浮球液位計(jì)，LI-41006/41007/41008/41005分別為減頂、減二、減三和減底差壓液位計(jì)；以減三線差壓液位為例，優(yōu)化改造方法如下：

圖1 減壓塔DCS系統(tǒng)截圖

將原差壓液位計(jì)負(fù)壓側(cè)一次閥關(guān)閉切除，利用合適量程的絕壓壓力變送器，將其引壓管接入原差壓液位的正壓側(cè)。通過(guò)圖二DCS系統(tǒng)組態(tài)換算，利用靜壓原理，引入公式：

式中，CPV為液位測(cè)量值，即LC-41008的測(cè)量值；RV為絕壓壓力變送器PI-41008的實(shí)際測(cè)量值；RV1為減三線集油箱上部氣相絕壓壓力PI-41013的實(shí)際測(cè)量值（利舊）；PO1為變送器與取源點(diǎn)垂直遷移量為定值12.65kPa；ρ為減三線油的密度；g：重力加速度9.8m/s2；LEL為減三線液位實(shí)測(cè)量程為定值2.2m。

圖2 減三線差壓液位-絕壓差換算組態(tài)圖

通過(guò)兩臺(tái)絕壓壓力變送器分別測(cè)量集油箱液相和減壓塔氣相，消除減壓塔氣相壓力變化對(duì)儀表指示值帶來(lái)的影響，遷移量P01=12.65kPa為變送器實(shí)際安裝位置與正取源點(diǎn)的高度差1.59m；重力加速度9.8m/s2和正引壓管內(nèi)沖洗油密度0.81m/s2三者的乘積。計(jì)算出當(dāng)前液位的實(shí)際差壓值，再除以重力加速度和減三線密度即可換算出實(shí)際高度差，再根據(jù)液位量程，得出液位百分比。

3 優(yōu)化改造效果分析

改造后的減三線液位測(cè)量精確穩(wěn)定，抗干擾能力明顯增強(qiáng)，運(yùn)行一年多的時(shí)間里，維護(hù)次數(shù)為0次，效果令人滿意。改造后又多次對(duì)整個(gè)測(cè)量方案完善優(yōu)化，其中對(duì)于固定遷移量的計(jì)算中，考慮到?jīng)_洗油會(huì)與介質(zhì)輕微互溶，且沖洗油溫度變化也會(huì)對(duì)其密度產(chǎn)生變化，我們通過(guò)單純測(cè)量液柱靜壓，實(shí)測(cè)沖洗油密度后再進(jìn)行遷移，提高了液位測(cè)量精度。另外，為了降本增效，我們是利舊原有減三線氣相壓力作為絕壓差壓測(cè)量的負(fù)壓，而減壓塔氣相自塔底至塔頂，壓力越來(lái)越低，所以利舊壓力是比原負(fù)壓側(cè)絕壓要低一些，使得測(cè)量值會(huì)有一點(diǎn)偏高，如果在停工檢修期間在原負(fù)壓側(cè)增加一套絕壓壓力變送器，其效果會(huì)更好，測(cè)量精度會(huì)更高。另外，我們?cè)谠?jì)算模塊組態(tài)中，將實(shí)際介質(zhì)密度變?yōu)橐粋€(gè)可實(shí)時(shí)修改的值，在工程師權(quán)限下可以人為修正，增加了測(cè)量的靈活性和準(zhǔn)確性。

利用絕壓壓力變送器的壓力差測(cè)量減壓塔的液位，通過(guò)實(shí)踐驗(yàn)證，無(wú)論從測(cè)量準(zhǔn)確性、穩(wěn)定性，還是儀表維護(hù)工作量上來(lái)說(shuō)，都是最優(yōu)的一種測(cè)量方案。石油化工生產(chǎn)裝置中有不少操作壓力為負(fù)壓的塔器容器，無(wú)論是前期設(shè)計(jì)階段，還是后期技改技錯(cuò)，本文所論述的這種測(cè)量方案完全可以在同類型容器上進(jìn)行驗(yàn)證，為石油化工領(lǐng)域提供一種全新的儀表測(cè)量技術(shù)。