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):
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[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。