淺談溫壓補(bǔ)償在環(huán)氧乙烷裝置基于乙烯/氧氣流量的化學(xué)效率中的應(yīng)用

摘? 要：環(huán)氧乙烷裝置氣體測量受溫度和壓力變化影響很大，必須進(jìn)行正確的溫度壓力補(bǔ)償才能獲得精準(zhǔn)的氣體流量檢測數(shù)據(jù)。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(bǔ)償。本文介紹了溫壓補(bǔ)償?shù)臏y量原理，針對不同類型的儀表是否需要開方進(jìn)行綜合分析。EO/EG裝置基于乙烯/氧氣流量的化學(xué)效率Y4隨環(huán)境溫度變化而大幅波動(dòng)，主要原因是參與Y4計(jì)算的氧氣流量在溫壓補(bǔ)償時(shí)未進(jìn)行開方計(jì)算。氧氣流量溫壓補(bǔ)償開方計(jì)算后，Y4與S2波幅、趨勢相近，具有較好的參考意義。

關(guān)鍵詞：溫壓補(bǔ)償;流量;開方;氧氣;乙烯

一概述

某公司環(huán)氧乙烷/乙二醇（EO/EG）裝置采用乙烯氧化法生成環(huán)氧乙烷，環(huán)氧乙烷（ EO） 是重要的基本有機(jī)化工原料。目前，環(huán)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(píng)價(jià)銀催化劑性能的主要指標(biāo)之一，決定裝置乙烯/氧氣的物耗水平。

1、選擇性計(jì)算方法

銀催化劑選擇性是評(píng)價(jià)催化劑性能的重要指標(biāo)，選擇性的計(jì)算方法主要有兩種：一是基于在線分析儀的分析數(shù)據(jù)，二是基于乙烯/氧氣的質(zhì)量流量?；谫|(zhì)量流量計(jì)算的選擇性被證明非?？煽亢蜏?zhǔn)確。

1.1基于分析數(shù)據(jù)計(jì)算的選擇性

基于在線分析儀的分析數(shù)據(jù)計(jì)算的選擇性通常選取EO-C2H4、EO-CO2、EO-O2三種，計(jì)算公式入下：

其中：ΔEO=反應(yīng)器體積收縮因子×EO出口-EO入口

ΔC2H4=C2H4入口-反應(yīng)器體積收縮因子×C2H4出口

ΔCO2=反應(yīng)器體積收縮因子×CO2出口-CO2入口

ΔO2=O2入口-反應(yīng)器體積收縮因子×O2出口

EO和二氧化碳同為反應(yīng)產(chǎn)物，循環(huán)氣中EO濃度和二氧化碳濃度數(shù)值在同一數(shù)量級(jí)， S2數(shù)據(jù)穩(wěn)定性和真實(shí)性優(yōu)于S1、S3，同時(shí)S2與裝置標(biāo)定出的實(shí)際選擇性接近，能更真實(shí)地反映銀催化劑選擇性的變化。

1.2基于乙烯/氧氣的質(zhì)量流量計(jì)算的選擇性

利用4小時(shí)乙烯和氧氣平均轉(zhuǎn)化量來在線計(jì)算反應(yīng)器選擇性，計(jì)算公式如下：

其中：O2轉(zhuǎn)化的=經(jīng)過反應(yīng)器轉(zhuǎn)化的氧氣;C2H4轉(zhuǎn)化的=經(jīng)過反應(yīng)器轉(zhuǎn)化的乙烯。

2、存在問題

EOEG裝置基于乙烯/氧氣的質(zhì)量流量計(jì)算的選擇性Y4隨環(huán)境溫度上升而上升，2019年全年變化幅度達(dá)到1.5%，同期S2變化幅度僅0.5%。結(jié)合生產(chǎn)工況變化分析，判斷Y4數(shù)據(jù)失真，失去參考意義。通過對比，裝置乙烯進(jìn)料量基本穩(wěn)定，確定引起Y4波動(dòng)的主要原因是氧氣進(jìn)料量波動(dòng)。

裝置氧氣進(jìn)料量控制采用反應(yīng)器入口氧氣濃度串級(jí)控制，正常情況下氧氣流量采樣氧氣濃度串級(jí)控制。只有在氧氣濃度在線分析儀效驗(yàn)期間，將串級(jí)控制脫開，改為氧氣流量自動(dòng)控制，氧氣流量采樣文丘里流量計(jì)，通過壓力、溫度補(bǔ)償計(jì)算后得出實(shí)際流量。

二、氧氣進(jìn)料流量溫壓補(bǔ)償原理說明

2.1溫壓補(bǔ)償?shù)南到y(tǒng)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(jì)算單元構(gòu)成。氣體溫壓補(bǔ)償?shù)暮诵脑谟诿芏妊a(bǔ)償。差壓式流量計(jì)可以直接測得設(shè)計(jì)工況的體積流量。都需要通過密度計(jì)算，結(jié)合相應(yīng)傳感器的流量公式，將傳感器得到的流量換算成標(biāo)準(zhǔn)流量。

2.2溫壓補(bǔ)償工作原理

差壓儀表溫壓補(bǔ)償：

孔板、文丘里、噴嘴等差壓原理儀表，儀表測量差壓，轉(zhuǎn)換為流量時(shí)需開方。

推導(dǎo)得到，由此可見補(bǔ)償前、后質(zhì)量流量與補(bǔ)償前后的密度比方根相關(guān)

管道式流量計(jì)溫壓補(bǔ)償：

，由此可見補(bǔ)償前、后質(zhì)量流量與補(bǔ)償前后的密度相關(guān)

2.3環(huán)氧乙烷氧氣流量表FT6135_11A1/A2/B2溫壓補(bǔ)償設(shè)置

氧氣流量表三取中值參與溫壓補(bǔ)償，溫壓補(bǔ)償塊設(shè)置參數(shù)CPV、CF1、CF2均為1，基準(zhǔn)工況為30℃、2601.325kPa（補(bǔ)償前的工況），公式選擇EQB，PVCHAR選擇不開方（應(yīng)為開方）。

DCS系統(tǒng)溫壓補(bǔ)償功能塊FLOWCOMP

補(bǔ)償公式：溫壓補(bǔ)償塊輸出公式

PV=CPV*CF1*CF2*F*COMPTERM

氧氣流量表溫壓補(bǔ)償模塊CPV、CF1、CF2均設(shè)置為1，因此補(bǔ)償后流量只與COMPTERM參數(shù)有關(guān)，且PVCHAR選擇了NONE，COMPTERM

根據(jù)前面2.1中介紹，氧氣流量表補(bǔ)償關(guān)系為。氧氣流量表測量元件為文丘里，是差壓流量計(jì)。差壓流量計(jì)溫壓補(bǔ)償應(yīng)開方，即。

針對選取部分?jǐn)?shù)據(jù)做比較（每隔5分鐘取點(diǎn)），可見在溫度高時(shí)，COMPTREM未開方時(shí)補(bǔ)償后流量與實(shí)際流量偏差小，溫度低時(shí)則偏差大.

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

三、結(jié)語

氣體在流量測量過程中由于溫度和壓力的變化導(dǎo)致測量偏差的問題，需要通過對流量測量進(jìn)行溫度和壓力的補(bǔ)償來保證測量的準(zhǔn)確。環(huán)氧乙烷裝置前期因溫壓補(bǔ)償系統(tǒng)未實(shí)現(xiàn)開方設(shè)置導(dǎo)致氧氣流量隨著溫度變化大幅波動(dòng)，導(dǎo)致基于乙烯/氧氣進(jìn)料流量計(jì)算的催化劑選擇性Y4波動(dòng)較大，無參考意義。氧氣流量溫壓補(bǔ)償開方后，Y4與S2波幅、趨勢相近，對指導(dǎo)催化劑優(yōu)化和長周期運(yùn)行判斷意義重大！

參考文獻(xiàn)：

[1]朱炳興 王森.儀表工試題集. 化學(xué)工業(yè)，2002，05

[2]劉煥東 程斌.溫壓補(bǔ)償在流量測量中的應(yīng)用.維普期刊，2016，09

作者簡介：

紀(jì)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(shù)管理。