朱桂霞

（中海油（青島）重質(zhì)油加工工程技術(shù)研究中心有限公司，山東青島266500）

中海油青島研究中心50 kt/a新型重油脫碳組合裝置為國內(nèi)首套滿足C3/C5兩種不同溶劑的脫碳組合工藝試驗裝置，在2010年3月份完成建設(shè)，5月份進(jìn)行了第一次試生產(chǎn)，11月份順利完成丙烷（C3）溶劑開工試驗，2011年5月份完成戊烷（C5）溶劑的試生產(chǎn)工作，實現(xiàn)了國內(nèi)首套溶劑脫碳組合工藝裝置的工業(yè)生產(chǎn)，2011年10月，對加拿大的油砂瀝青加工。該裝置運(yùn)行取得的操作數(shù)據(jù)達(dá)到并優(yōu)于設(shè)計要求。

該裝置為試驗性裝置，設(shè)計能力為50 kt/a；工藝流程由溶劑抽提、膠質(zhì)沉降、溶劑超臨界回收、閃蒸回收、氣體回收等五部分組成；主要承擔(dān)渣油改制、高等級潤滑油組分分離、瀝青降蠟工藝試驗任務(wù)；產(chǎn)品為脫瀝青油、膠質(zhì)、脫油瀝青。

1 難點(diǎn)分析

由于是試驗裝置，數(shù)據(jù)的提取比較重要，因而對儀表的測量要求非常嚴(yán)格，尤其是關(guān)鍵部位，要求儀表及時、準(zhǔn)確地反映操作工況，實時、準(zhǔn)確地進(jìn)行計量。從加工原料、加工規(guī)模到產(chǎn)品，最大的難點(diǎn)在于原料多變、介質(zhì)黏稠、流量小、界位測量密度差過小。因此，傳統(tǒng)的、普通的儀表設(shè)備很難滿足工藝生產(chǎn)的要求。

2 裝置運(yùn)行過程中出現(xiàn)的儀表問題及原因分析

初次設(shè)計，根據(jù)不同工況的具體參數(shù)，流量測量分別采用不同類型的流量計。黏稠介質(zhì)主要選用雙轉(zhuǎn)子流量計；公用工程主要采用渦街、孔板流量計等；液位測量，大量程場合采用雙法蘭液位計，小量程場合采用磁致伸縮液位計及浮球液位計。但是在第一次的開工過程中，就暴露出了以下儀表測量方面的問題：

1）雙轉(zhuǎn)子流量計基本不能測量，經(jīng)過反復(fù)拆卸清洗、投運(yùn)，也不能正常指示，因而無法獲取準(zhǔn)確計量數(shù)據(jù)指導(dǎo)生產(chǎn)。而且產(chǎn)品量太少，無法通過罐區(qū)檢尺進(jìn)行物料標(biāo)定，直接影響到了裝置的控制。

2）抽提塔、膠質(zhì)沉降塔界位浮筒界位計時好時壞，狀態(tài)不穩(wěn)定，達(dá)不到連續(xù)測量的目的。溶劑切水罐的界位計由于介質(zhì)是含油污水，易臟，導(dǎo)致浮球粘在測量桿上，活動失靈，需要經(jīng)常拆卸清洗。

3）高壓溶劑線原來沒有設(shè)計壓力調(diào)節(jié)，調(diào)節(jié)不夠及時、準(zhǔn)確。抽提塔中部和下部的熱電偶插深不夠，測得萃取溫度與操作指標(biāo)有誤差。

出現(xiàn)以上問題，主要原因是：1）由于國內(nèi)沒有同等規(guī)模的裝置，許多設(shè)計數(shù)據(jù)只是一些理論數(shù)據(jù)，根據(jù)這些數(shù)據(jù)選出來的儀表并不適合目前的工況；2）工藝介質(zhì)黏稠、流量小、口徑小，流量一般在3 t/h左右，有時不到1 t/h，管徑DN 15～DN25，大部分為DN 15，而且有些工況產(chǎn)品外送不連續(xù)；3）安裝空間有限，導(dǎo)致管徑急劇縮頸，最小的為DN 15，這對黏稠介質(zhì)來說都是不利的測量因素。

3 儀表技術(shù)改造方案及效果

3.1 流量儀表的改造

流量儀表直接關(guān)系到進(jìn)出裝置的物料平衡、操作負(fù)荷及裝置的控制質(zhì)量。該裝置原設(shè)計為雙轉(zhuǎn)子流量計。由于雙轉(zhuǎn)子是純機(jī)械機(jī)構(gòu)，內(nèi)部齒輪嚙合緊密，因此管線里有少量雜質(zhì)或介質(zhì)凝固、結(jié)焦，齒輪都會卡住，從而變送器無輸出，并且一旦拆卸清理，瀝青及溶劑在環(huán)境溫度下急劇凝固；即使在加熱狀態(tài)下清理干凈，回裝后，前后直管段殘存介質(zhì)處于不流通狀態(tài)，儀表仍然無法測量。

針對開工時出現(xiàn)的問題，雙轉(zhuǎn)子流量計不適合目前工況，需進(jìn)行改型更換，選取既能測量小流量，又能適應(yīng)原料變化、介質(zhì)黏稠，量程比大的儀表。經(jīng)過計算論證，同時從質(zhì)量、性能價格比和壽命周期費(fèi)用等方面綜合考慮，先后排除了轉(zhuǎn)子流量計、超聲波流量計、靶式流量計、楔式流量計等選型［1］，進(jìn)行了下述改造并選擇合適的測量儀表：

1）對于生產(chǎn)過程的中間物料，由于不需要準(zhǔn)確計量，根據(jù)其負(fù)荷、介質(zhì)特點(diǎn)（介質(zhì)的黏度、溫度），選用了精度、價格相對較低的儀表。而對于進(jìn)出裝置物料測量則選用了質(zhì)量流量計。

2）在抽提塔底部出口線（介質(zhì)為瀝青、溶劑）選用了孔板［2］，取壓系統(tǒng)增加隔離液。

3）在膠質(zhì)沉降塔底部出口線（介質(zhì)為膠質(zhì)、溶劑）選用雙曲面平衡流量計［3－4］，管道式法蘭連接，以增大其取壓點(diǎn)的口徑，取消原來雙轉(zhuǎn)子流量計的安裝閥組，直接選取直管段安裝，防止黏稠介質(zhì)堵塞取壓點(diǎn)，并采用雙法蘭變送器。整個安裝位置移至換熱器后，測量溫度由180℃降為140℃。

4）原料緩沖罐入口 （介質(zhì)為減壓渣油）同樣選用了雙曲面平衡流量計［3－4］，取消原來雙轉(zhuǎn)子流量計的安裝閥組，直接選取直管段安裝。

5）原料進(jìn)裝置 （介質(zhì)為減壓渣油）選用了分體式質(zhì)量流量計［5－6］。安裝位置移至換熱器后，測量溫度由90℃升為150～170℃，降低了黏度，增加了介質(zhì)流動性。

6）瀝青出裝置 （介質(zhì)為瀝青）和脫瀝青油出裝置（介質(zhì)為脫瀝青油）選用了質(zhì)量流量計CMF系列［5－6］，高溫分體，帶伴熱夾套。

7）膠質(zhì)出裝置（介質(zhì)為膠質(zhì)，即脫油瀝青）選用了質(zhì)量流量計［5－6］，帶保溫夾套。

雖然質(zhì)量流量計和平衡流量計都不要求前后直管段［1］，但還需做到管徑變化平穩(wěn)過渡，防止急劇縮頸。因此，盡量選取空間大、振動小、安裝環(huán)境好的位置。傳感器的安裝應(yīng)保證液體滿管，以便密度降低時對測量精確度的影響。

在投用的時候，為避免管道中雜質(zhì)進(jìn)入流量計，使用前，可先用一段直管代替流量計，對管道進(jìn)行清洗，然后回裝流量計；其次需要先投用伴熱，伴熱線要與工藝分開，獨(dú)立控制，以防工藝管線為了節(jié)能降耗，關(guān)閉伴熱。而儀表經(jīng)過一系列的安裝閥組，中間節(jié)點(diǎn)比較多，且管徑比所在工藝管線細(xì)，因此需保持伴熱暢通以保證流體的流動狀態(tài)。

3.2 液位/界位儀表的改造

在整個工藝流程中，比較重要的液位/界位控制有：抽提塔的液位/界位、膠質(zhì)沉降塔液位/界位、溶劑切水罐液位/界位等，這些指標(biāo)的控制直接關(guān)系到裝置的安全運(yùn)行和產(chǎn)品質(zhì)量。

3.2.1 抽提塔界位計改造

設(shè)計階段，經(jīng)過調(diào)查國內(nèi)同類裝置，抽提塔、膠質(zhì)沉降塔界位一般都選取內(nèi)浮筒界位計［8－9］，但在使用過程中，內(nèi)浮筒界位計不能滿足測量要求。因此，為保證正常測量，在保留原有浮筒的基礎(chǔ)上又增加了1套膜片插入式雙法蘭界位計。根據(jù)開工時出現(xiàn)的問題，對抽提塔內(nèi)浮筒界位計（該處測量的是溶劑和瀝青的界位）進(jìn)行了改造，如圖1所示：浮筒原吊桿長度為250 mm，量程為1 500 mm；現(xiàn)將吊桿長度改為650 mm，量程不變。

圖1 抽提塔內(nèi)浮筒界位計改造示意

加長吊桿的目的，就是避免滿量程時瀝青進(jìn)入測量口（未改造前滿量程離測量口250 mm，即原來吊桿的長度），導(dǎo)致杠桿黏稠，測量失靈。改造后，離原來測量口650 mm時，界位滿量程，工藝可以及時調(diào)整操作，不至于瀝青界位過高。如果界位過高，易操作混相，但界位也不能過低，否則影響萃取效果，且造成中壓系統(tǒng)負(fù)荷增加，能耗增加。

改造后，第二次開工，浮筒界位計測量比較正常，但由于是內(nèi)浮筒，一旦出現(xiàn)測量誤差，無法校驗，而雙法蘭界位計表現(xiàn)良好。兩次開工，證明了雙法蘭界位計更適合該工況。而且雙法蘭界位計要選取膜片插入式，取消一次閥，直接安裝。膜片深入塔內(nèi)，保證了介質(zhì)（瀝青）的溫度不至于黏稠、堵塞。另外，雙法蘭界位計的取壓法蘭需要作加厚保溫處理，以保證測量效果。

3.2.2 切水罐界位測量的改造

切水罐界位計測量溶劑、污水，如果界位過高，溶劑帶水，造成機(jī)泵超電流，燒壞電機(jī)；過低，溶劑切水帶溶劑，易引起溶劑泄漏。原設(shè)計為磁致伸縮界位計，其計浮球的質(zhì)量根據(jù)所測界位的兩種介質(zhì)密度計算，且還需滿足2.5 MPa左右的操作壓力。目前滿足該工況的浮球國內(nèi)無法加工，需國外定制，增加了運(yùn)行成本，延長了維護(hù)周期。而且輕介質(zhì)為C3和C5，一旦介質(zhì)密度改變，浮球的質(zhì)量需改變，才能正常測量。另外，由于介質(zhì)是含油污水，易臟，導(dǎo)致浮球粘在測量桿上，活動失靈，需經(jīng)常拆卸清洗。針對該情況，用智能雙法蘭界位計代替磁致伸縮界位計，智能雙法蘭界位計零點(diǎn)、量程可隨時在線調(diào)整，使用靈活，工作穩(wěn)定。如C3/C5溶劑轉(zhuǎn)換時，可隨時調(diào)整介質(zhì)參數(shù)，使用效果良好，而且大大減少了維護(hù)量。

3.3 其他參數(shù)改造

在儀表四大測量參數(shù)中，流量、物位測量過程復(fù)雜，儀表設(shè)備種類繁多，受工況的影響較大，而溫度、壓力測量過程相對簡單，儀表設(shè)備種類相對單一。因此，在對裝置關(guān)鍵部位的流量、界位測量進(jìn)行技術(shù)改造的同時，對一些壓力和溫度點(diǎn)也進(jìn)行了改造，適度增加了一些溫度以及壓力測量點(diǎn)，便于整個過程的監(jiān)控，例如高壓溶劑線原沒有設(shè)計壓力調(diào)節(jié)，根據(jù)第一次開工的經(jīng)驗，增加了控制調(diào)節(jié)回路［10］，保證了壓力的實時、連續(xù)監(jiān)控以防止高壓串低壓現(xiàn)象發(fā)生，保證安全生產(chǎn)；對抽提塔中部和下部的熱電偶插深進(jìn)行了改造［8－9］，由600 mm改為750 mm，以便更有效地檢測該點(diǎn)溫度。

3.4 加工油砂瀝青

2011年10月，該公司對加拿大的油砂瀝青進(jìn)行加工試驗，由于提前考慮了其介質(zhì)的特殊性，改造后的儀表運(yùn)行很穩(wěn)定。此外，由于油砂瀝青含硫較高，為了安全生產(chǎn)，適當(dāng)增加了部分有毒氣體報警儀。

4 結(jié)束語

經(jīng)過幾次開工，針對丙烷（C3）、戊烷（C5）兩種溶劑性質(zhì)不同的特點(diǎn)和國內(nèi)首例使用戊烷作為溶劑進(jìn)行工業(yè)化試驗的工況，儀表設(shè)備根據(jù)加工負(fù)荷、溶劑比、萃取溫度等關(guān)鍵參數(shù)進(jìn)行技術(shù)改造，最終試驗成功，丙烷臨界溶劑回收率達(dá)到90.9%，戊烷溶劑臨界回收率達(dá)到88%，達(dá)到國內(nèi)先進(jìn)水平，特別是戊烷裝置的開工運(yùn)行，填補(bǔ)了國內(nèi)溶脫工藝工業(yè)化生產(chǎn)裝置的技術(shù)空白，同時也為完成溶劑脫碳裝置各項工業(yè)化試驗提供了技術(shù)支持，為國內(nèi)同行、同類裝置儀表選型提供了經(jīng)驗。

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