摘? 要:介紹了池式冷凝液新工藝尿素裝置池式反應(yīng)器及汽提塔液位計失真的案例,提供了在液位計失真時的不同現(xiàn)象及在液位計失真情況下的處理方法。
關(guān)鍵詞:池式反應(yīng)器;汽提塔;雷達液位計;處理
一、前言
雷達液位計所應(yīng)用的尿素生產(chǎn)工藝涉及介質(zhì)為多個氣、液相反應(yīng)和分離過程,使用了較多的液位控制儀表,在某些情況下,容易出現(xiàn)液位指示失真故障,造成生產(chǎn)波動乃至更嚴重的后果。筆者以下介紹中海石油華鶴煤化有限公司 CO2 氣體法尿素裝置中典型的液位失真案例及相應(yīng)的處理措施。
雷達液位計是通過天線向被測介質(zhì)物位發(fā)射微波,然后測出微波發(fā)射和反射回來的時間而得容器內(nèi)液位的一種儀表。雷達液位計因無位移、無傳動部件、非接觸式測量,不受溫度、壓力、蒸汽、氣霧和粉塵的限制,適用于粘度大、有毒、有腐蝕性介質(zhì)的測量,并且性能穩(wěn)定、測量準確,而被廣泛用于化工行業(yè)液位測量。尿素裝置C02汽提塔的液位測量使用的是Stamicarbon和Vega公司合作開發(fā)的VEGA PULS66雷達液位計。
二、池式反應(yīng)器雷達液位計的故障現(xiàn)象及工藝優(yōu)化措施
1.液位計失真情況描述
池式反應(yīng)器作為尿素裝置高壓圈的核心設(shè)備,NH3和CO2在其中進行化學反應(yīng)。池式反應(yīng)器采用雷達液位計,2017年2月,此液位計開始出現(xiàn)失真的狀態(tài),開始表現(xiàn)為由60%突漲至85%,開大或者關(guān)小出液調(diào)節(jié)閥,液位計度數(shù)均無明顯變化,后期液位計度數(shù)由85%直接變成NaN無顯示,判斷液位計失真。
2.液位計故障的工藝優(yōu)化措施
2.1池式反應(yīng)器滿液的現(xiàn)象
2.1.1池式反應(yīng)器氣相溫度(池式反應(yīng)器安全閥前,位置很高)上升;
2.1.2低壓吸收塔液位上升或自動狀態(tài)下閥位開大,低壓吸收塔下液溫度下降;
2.1.3高壓洗滌器進池式反應(yīng)器液相溫度上升;
2.1.4高壓系統(tǒng)壓力上升;
2.1.5高壓洗滌器氣相溫度上升。
2.2池式反應(yīng)器液位滿液的處理措施
2.2.1根據(jù)池式反應(yīng)器氣相溫度開始突升,說明合成反應(yīng)液已經(jīng)漫液至池式反應(yīng)器安全閥前處,高壓洗滌器已經(jīng)進液,高壓系統(tǒng)池式反應(yīng)器已經(jīng)沒有氣相空間,立刻開大池式反應(yīng)器出液調(diào)節(jié)閥放液位,同時注意調(diào)整高壓汽包蒸汽壓力和流量,以及低壓系統(tǒng)壓力。(此過程出現(xiàn)過并處理及時未造成安全閥起跳情況的發(fā)生)
2.2.2如果高壓安全閥起跳,按緊急停車按鈕高壓封塔,處理液位后,重新組織開車。(此過程未出現(xiàn),如出現(xiàn)可按此方法處理)
2.3池式反應(yīng)器液位拉空(竄氣)的現(xiàn)象
2.3.1高壓汽包壓力上升很快會超壓,高壓蒸汽流量下降;
2.3.2汽提塔液位下降或自控狀態(tài)下閥位關(guān)小;
2.3.3高壓系統(tǒng)產(chǎn)汽量下降,低壓氣包壓力降低;
2.3.4高壓系統(tǒng)壓力突漲;
2.3.5池式反應(yīng)器液相溫度下降;
2.3.6汽提塔氣相溫度下降,氣提塔液相溫度下降。
2.4池式反應(yīng)器液位拉空(竄氣)的處理措施
2.4.1池式反應(yīng)器只是液位低未發(fā)生串氣,上述前三條描述的現(xiàn)象較為明顯,只需要關(guān)小池式反應(yīng)器出液調(diào)節(jié)閥到對應(yīng)負荷閥位,提高池式反應(yīng)器液位,同時注意蒸汽系統(tǒng)的穩(wěn)定即可;(此過程出現(xiàn)過并處理及時未造成竄氣現(xiàn)象的發(fā)生)
2.4.2如果池式反應(yīng)器已經(jīng)串氣,上述描述的現(xiàn)象都出現(xiàn),立刻關(guān)閉池式反應(yīng)器出液調(diào)節(jié)閥一段時間(建議20S),再打開放料;(此過程并未出現(xiàn)過)
2.4.3重新打開池式反應(yīng)器出液調(diào)節(jié)閥放料時,速度不要太慢,池式反應(yīng)器液位室很小防止漫液,引起更大的系統(tǒng)波動;
2.4.4池式反應(yīng)器出液調(diào)節(jié)閥大幅度操作,注意蒸汽系統(tǒng)、低壓系統(tǒng)壓力、低壓甲銨冷凝器液位的同步調(diào)整;
2.4.5串氣后CO2走短路,高壓壓力快速上升時,提醒CO2機組操作員,注意及時放空CO2,并調(diào)整機組,防止機組喘振跳車;
2.4.6在正常生產(chǎn)中負荷一定,池式反應(yīng)器出液調(diào)節(jié)閥、汽提塔出液調(diào)節(jié)閥位一定,汽提塔出液溫度一定,低壓系統(tǒng)負荷一定,蒸發(fā)系統(tǒng)負荷一定。
三、池式反應(yīng)器雷達液位計的故障現(xiàn)象及工藝優(yōu)化措施
1.液位計失真情況描述
由于尿素的生產(chǎn)反應(yīng)不能完全進行,沒有轉(zhuǎn)化的氨、二氧化碳和甲銨必須從尿素溶液中移走,大部分未反應(yīng)物在系統(tǒng)壓力下在汽提塔中汽提出來,并循環(huán)到池式反應(yīng)器中。2017年3月,此液位計開始出現(xiàn)失真的狀態(tài),表現(xiàn)為由50%直接變成NaN無顯示,開大或者關(guān)小出液調(diào)節(jié)閥,液位計度數(shù)均無明顯變化,判斷液位計失真。此時池式反應(yīng)器與汽提塔液位都以失真。
2.液位計故障的工藝優(yōu)化措施
2.1汽提塔液位滿液的現(xiàn)象
2.1.1汽提塔出液溫度由169℃漲至180℃;
2.1.2汽提塔殼側(cè)蒸汽流量下降5-10t/h,高壓汽包壓力上升,抽氣壓力上升;
2.1.3汽提塔滿液汽提效率下降引起低壓壓力突升;
2.1.4尿液罐液位下降(汽提效率低,精餾塔負荷重,尿液進入尿液儲槽變少);
2.1.5精餾塔液位和閃蒸槽液位調(diào)節(jié)閥關(guān)小或波動變大;
2.1.6因汽提塔汽提汽減少,氨碳比下降。
2.2汽提塔液位滿液的處理措施
2.2.1開大氣提塔下液調(diào)節(jié)閥放汽提塔液位;
2.2.2低壓循環(huán)系統(tǒng)超壓,現(xiàn)場可開低壓甲銨冷凝器去煙筒放空泄壓;
2.2.3調(diào)整高壓汽包壓力,防止汽包和抽汽管網(wǎng)超壓;
2.2.4提高進料氨量穩(wěn)定高壓系統(tǒng)氨碳比;
2.2.5如果調(diào)節(jié)幅度適中,系統(tǒng)很快好轉(zhuǎn):汽提塔底部出液溫度恢復(fù),汽提塔耗汽量逐漸恢復(fù),尿液罐A液位逐漸恢復(fù),低壓壓力下降。(此過程出現(xiàn)過并處理及時)
2.3汽提塔液位拉空(竄氣)的現(xiàn)象
2.3.1汽提塔出液溫度由169℃下降
2.3.2液位空汽提塔汽提效率下降,低壓壓力有波動,不會突升;
2.3.3尿液罐液位下降(汽提塔出液少);
2.3.4精餾塔液位和閃蒸槽液位波動大;
2.3.5汽提塔殼側(cè)蒸汽流量、高壓汽包壓力、抽氣壓力無大幅度波動;
2.3.6因汽提塔汽提CO2串氣至低壓,高壓系統(tǒng)氨碳比上升。
2.4汽提塔液位拉空(竄氣)的處理措施
2.4.1關(guān)小氣提塔下液提高汽提塔液位;
2.4.2低壓循環(huán)系統(tǒng)超壓,現(xiàn)場可開低壓甲銨冷凝器去煙筒放空泄壓;
2.4.3減少進料氨量穩(wěn)定高壓系統(tǒng)氨碳比;
2.4.4如果調(diào)節(jié)幅度適中,系統(tǒng)很快好轉(zhuǎn):汽提塔底部出液溫度恢復(fù),尿液罐液位逐漸恢復(fù),精餾塔液位和閃蒸槽液位波動恢復(fù),低壓壓力下降;
2.4.5汽提塔液位正常前,低壓壓力高高2/3封塔聯(lián)鎖旁路,防止意外停車;
2.4.6日常操作中,汽提塔出液溫度控制168~173℃之間,微調(diào)閥位開關(guān)0.5%觀察,避免大幅度操作,溫度上升說明液位上漲,溫度下降說明液位在下降;
2.4.7汽提塔殼側(cè)蒸汽量也是汽提塔液位變化的重要參數(shù),液位滿蒸汽量下降;
2.4.8低壓甲銨冷凝器放空后液位會下降很快,及時補水監(jiān)控液位防止甲銨泵跳車;
2.4.9汽提塔滿液、汽提塔串氣、都會引起氨碳比高壓波動,要及時調(diào)整氨量,防止N/C失調(diào);
2.4.10低壓甲銨冷凝器放空時氨氣會進入泵房,保持排氣扇全開,置換氨味,人員進入佩戴氣防設(shè)備。(此過程出現(xiàn)過并處理及時)
四、不確定池式反應(yīng)器液位計與汽提塔液位計失真情況時的處理
1.對池式反應(yīng)器液位的處理
1.1由于池式反應(yīng)器滿液后漲至氣相管線沒有氣相空間后,高壓系統(tǒng)很容易超壓聯(lián)鎖停車,安全閥起跳,因此池式反應(yīng)器液位絕對不能滿液操作;
1.2如果不清楚池式反應(yīng)器液位是液位高,還是液位偏低的情況,應(yīng)選擇將池式反應(yīng)器液位調(diào)節(jié)閥緩慢開大(閥位可比對表1中的閥位),直至液位拉空為止。
2.對汽提塔液位的處理
2.1由于汽提塔液位室偏小,如果滿液,汽提效率會嚴重下降,汽提塔出液超溫,汽提管腐蝕加劇,因此氣汽提塔液位決不能滿液時間過長;
2.2如果不清楚汽提塔液位是液位高,還是液位偏低的情況,應(yīng)選擇將汽提塔液位調(diào)節(jié)閥緩慢開大(閥位可比對表1中的閥位),直至液位拉空為止。
五、液位計故障的原因分析
1.雷達液位計失真的原因
1.1液位計天線或?qū)Рü軆?nèi)壁粘附尿液
當天線或者導(dǎo)波管水平段粘附尿液時,雷達液位計發(fā)射的電磁波會在該位罝發(fā)生反射,形成干擾波,當干擾波強度高于實際液面反射回波強度,并且干擾波未被抑制時,雷達液位汁就會顯示干擾波代表時液位值,當干擾波強度與實際液面反射回波強度相近并切換時,雷達液位計的顯示就會由現(xiàn)波動。由于導(dǎo)波管水平段有2°傾斜,且氣相溫度較高,一般情況下粘在天線和導(dǎo)波管上的尿液會慢慢回流到液相,從而雷達液位的顯示值也會趨于芷常,但一般需要一、兩天時間。顯然此次兩臺雷達液位計失真不是此原因造成的。
1.2雷達液位計伴熱安裝方式不當
雷達液位計小法蘭工作溫度不能超過120℃,頂部電子配件的溫度不超過80℃,伴熱安裝不當,電子元件的工作狀態(tài)為不正常狀態(tài),導(dǎo)致信號衰弱,顯示失真,經(jīng)過現(xiàn)場實測小法蘭溫度為170℃、電子元件溫度為85℃,都超過要求的工作溫度,檢查伴熱的安裝方式發(fā)現(xiàn),實際安裝方式與正確的安裝方式存在差異,小法蘭、電子元件超溫的原因。
2.雷達液位計失真的處理措施
經(jīng)過上述的原因分析,確認雷達液位失真的原因為伴熱的安裝方式不正確,導(dǎo)致雷達液位計顯示失真,在系統(tǒng)停車期間,按照如圖6方式進行改造后,雷達液位計顯示恢復(fù)至正常狀態(tài),自伴熱方式改造完成后,尿素裝置雷達液位計顯示未出現(xiàn)過雙雙失真的情況。
六、結(jié)語
液位計是工藝控制的眼睛,液位計失真,操作人員就要進行所謂的“盲操”,2017年上半年,華鶴公司尿素裝置高壓池式反應(yīng)器、汽提塔液位計雙雙失靈,堅持運行了3個月有余,未發(fā)生停車事故并保住了華鶴公司尿素裝置的首個100天長周期,對液位計失真的現(xiàn)象及處理措施做出總結(jié),為新型CO2汽提法池式反應(yīng)器技術(shù)提供了高壓池式反應(yīng)器、汽提塔液位計失靈提供了參考。
參考文獻
[1]王文善.尿素工學 [M].化學工業(yè)出版社,2013.
[2]于少鋒.VEGAPLUS 66雷達液位計在CO2汽提塔上的應(yīng)用 [J].化工設(shè)計通訊.2019.
作者簡介:
袁彪(1991-),男,漢,遼寧朝陽人,本科,化肥工程師,研究方向:化學工程與工藝、尿素專業(yè)。