淺談溫壓補償在環氧乙烷裝置基于乙烯/氧氣流量的化學效率中的應用

摘? 要：環氧乙烷裝置氣體測量受溫度和壓力變化影響很大，必須進行正確的溫度壓力補償才能獲得精準的氣體流量檢測數據。不同特性氣體，不同種類的流量傳感器需采用不同的溫壓補償。本文介紹了溫壓補償的測量原理，針對不同類型的儀表是否需要開方進行綜合分析。EO/EG裝置基于乙烯/氧氣流量的化學效率Y4隨環境溫度變化而大幅波動，主要原因是參與Y4計算的氧氣流量在溫壓補償時未進行開方計算。氧氣流量溫壓補償開方計算后，Y4與S2波幅、趨勢相近，具有較好的參考意義。

關鍵詞：溫壓補償;流量;開方;氧氣;乙烯

一概述

某公司環氧乙烷/乙二醇（EO/EG）裝置采用乙烯氧化法生成環氧乙烷，環氧乙烷（ EO） 是重要的基本有機化工原料。目前，環氧乙烷是以乙烯和氧氣為原料，在銀催化劑上直接氧化制得。銀催化劑選擇性是評價銀催化劑性能的主要指標之一，決定裝置乙烯/氧氣的物耗水平。

1、選擇性計算方法

銀催化劑選擇性是評價催化劑性能的重要指標，選擇性的計算方法主要有兩種：一是基于在線分析儀的分析數據，二是基于乙烯/氧氣的質量流量?；谫|量流量計算的選擇性被證明非常可靠和準確。

1.1基于分析數據計算的選擇性

基于在線分析儀的分析數據計算的選擇性通常選取EO-C2H4、EO-CO2、EO-O2三種，計算公式入下：

其中：ΔEO=反應器體積收縮因子×EO出口-EO入口

ΔC2H4=C2H4入口-反應器體積收縮因子×C2H4出口

ΔCO2=反應器體積收縮因子×CO2出口-CO2入口

ΔO2=O2入口-反應器體積收縮因子×O2出口

EO和二氧化碳同為反應產物，循環氣中EO濃度和二氧化碳濃度數值在同一數量級， S2數據穩定性和真實性優于S1、S3，同時S2與裝置標定出的實際選擇性接近，能更真實地反映銀催化劑選擇性的變化。

1.2基于乙烯/氧氣的質量流量計算的選擇性

利用4小時乙烯和氧氣平均轉化量來在線計算反應器選擇性，計算公式如下：

其中：O2轉化的=經過反應器轉化的氧氣;C2H4轉化的=經過反應器轉化的乙烯。

2、存在問題

EOEG裝置基于乙烯/氧氣的質量流量計算的選擇性Y4隨環境溫度上升而上升，2019年全年變化幅度達到1.5%，同期S2變化幅度僅0.5%。結合生產工況變化分析，判斷Y4數據失真，失去參考意義。通過對比，裝置乙烯進料量基本穩定，確定引起Y4波動的主要原因是氧氣進料量波動。

裝置氧氣進料量控制采用反應器入口氧氣濃度串級控制，正常情況下氧氣流量采樣氧氣濃度串級控制。只有在氧氣濃度在線分析儀效驗期間，將串級控制脫開，改為氧氣流量自動控制，氧氣流量采樣文丘里流量計，通過壓力、溫度補償計算后得出實際流量。

二、氧氣進料流量溫壓補償原理說明

2.1溫壓補償的系統的硬件一般由流量測量元件、溫度測量元件、壓力測量元件和計算單元構成。氣體溫壓補償的核心在于密度補償。差壓式流量計可以直接測得設計工況的體積流量。都需要通過密度計算，結合相應傳感器的流量公式，將傳感器得到的流量換算成標準流量。

2.2溫壓補償工作原理

差壓儀表溫壓補償：

孔板、文丘里、噴嘴等差壓原理儀表，儀表測量差壓，轉換為流量時需開方。

推導得到，由此可見補償前、后質量流量與補償前后的密度比方根相關

管道式流量計溫壓補償：

，由此可見補償前、后質量流量與補償前后的密度相關

2.3環氧乙烷氧氣流量表FT6135_11A1/A2/B2溫壓補償設置

氧氣流量表三取中值參與溫壓補償，溫壓補償塊設置參數CPV、CF1、CF2均為1，基準工況為30℃、2601.325kPa（補償前的工況），公式選擇EQB，PVCHAR選擇不開方（應為開方）。

DCS系統溫壓補償功能塊FLOWCOMP

補償公式：溫壓補償塊輸出公式

PV=CPV*CF1*CF2*F*COMPTERM

氧氣流量表溫壓補償模塊CPV、CF1、CF2均設置為1，因此補償后流量只與COMPTERM參數有關，且PVCHAR選擇了NONE，COMPTERM

根據前面2.1中介紹，氧氣流量表補償關系為。氧氣流量表測量元件為文丘里，是差壓流量計。差壓流量計溫壓補償應開方，即。

針對選取部分數據做比較（每隔5分鐘取點），可見在溫度高時，COMPTREM未開方時補償后流量與實際流量偏差小，溫度低時則偏差大.

為氧氣流量溫度補償開方后，氧氣溫度在20℃～30℃波動時，氧氣流量和基于乙烯/氧氣流量的化學效率Y4的變化趨勢，氧氣流量波動幅度小于0.1t/h，化學效率Y4波動幅度小于0.1，較溫度補償開方前波動幅度明顯減小，符合裝置運行的實際工況，具備參考條件。（圖1）

三、結語

氣體在流量測量過程中由于溫度和壓力的變化導致測量偏差的問題，需要通過對流量測量進行溫度和壓力的補償來保證測量的準確。環氧乙烷裝置前期因溫壓補償系統未實現開方設置導致氧氣流量隨著溫度變化大幅波動，導致基于乙烯/氧氣進料流量計算的催化劑選擇性Y4波動較大，無參考意義。氧氣流量溫壓補償開方后，Y4與S2波幅、趨勢相近，對指導催化劑優化和長周期運行判斷意義重大！

參考文獻：

[1]朱炳興 王森.儀表工試題集. 化學工業，2002，05

[2]劉煥東 程斌.溫壓補償在流量測量中的應用.維普期刊，2016，09

作者簡介：

紀偉（1988年4月-），男，漢族，江蘇省靖江市人，工程師，研究方向：石油化工儀表技術管理。