趙 寬

（中海油惠州石化有限公司，廣東 惠州 516086）

0 引言

圖1 柔性熱電偶結(jié)構(gòu)Fig.1 Structure of flexible thermocouple

惠州石化的高壓加氫裂化裝置反應(yīng)器的床層熱電偶采用的是E+H公司的柔性熱電偶，共24組，其中6點(diǎn)的18組，10點(diǎn)的6組。自2009年投產(chǎn)后，所有熱電偶先后均出現(xiàn)壓力腔泄漏現(xiàn)象（據(jù)調(diào)查海南等其它煉化企業(yè)，不管是哪家公司的柔性熱電偶產(chǎn)品均存在該泄漏問(wèn)題），此泄漏直接影響了裝置的安全平穩(wěn)運(yùn)行。本文通過(guò)理論與實(shí)踐相結(jié)合的方式，首先研究原柔性熱電偶?jí)毫η恍孤┑脑?，并提出了?duì)應(yīng)的解決措施；然后，對(duì)原柔性熱電偶進(jìn)行結(jié)構(gòu)上的升級(jí)改造，并改善柔性熱電偶偶芯與壓力盤的焊接工藝，通過(guò)以上方法對(duì)原柔性熱電偶的結(jié)構(gòu)和制作工藝進(jìn)行了全面的升級(jí)改造。此次改造達(dá)到了預(yù)期效果，柔性熱電偶?jí)毫η恍孤┑膯?wèn)題得到了徹底的解決，E+H公司也根據(jù)此結(jié)構(gòu)研發(fā)了新一代柔性熱電偶產(chǎn)品，并得到了廣泛應(yīng)用。

1 溫度檢測(cè)在高壓加氫反應(yīng)中的關(guān)鍵作用

反應(yīng)是物料在反應(yīng)器內(nèi)，一定溫度、一定氫分壓、有催化劑的條件下，經(jīng)原料油反應(yīng)生成所需要的產(chǎn)物，并在高低分分離系統(tǒng)中使循環(huán)氫與生成油分離。反應(yīng)溫度是高壓加氫反應(yīng)系統(tǒng)的主要操作條件，加氫反應(yīng)的平均反應(yīng)溫度較高，反應(yīng)器內(nèi)的加氫脫硫、加氫脫氮以及芳烴加氫飽和及裂化段的加氫裂化，都是強(qiáng)放熱反應(yīng)。因此，有限控制床層溫升是十分重要的。高壓加氫反應(yīng)器每個(gè)床層的入口溫度和出口溫度是通過(guò)熱電偶進(jìn)行測(cè)量的，大型反應(yīng)器的床層溫度測(cè)量點(diǎn)多，1個(gè)反應(yīng)器從上到下至少有3個(gè)以上的床層，每個(gè)床層最少有5～10個(gè)測(cè)溫點(diǎn)[1]。由于加氫反應(yīng)器為高壓容器，不宜開口太多，否則影響整個(gè)反應(yīng)器的強(qiáng)度。所有常規(guī)測(cè)量方式已經(jīng)不適用，目前普遍采用反應(yīng)器柔性熱電偶的測(cè)量方式來(lái)測(cè)量催化劑床層溫升。此測(cè)量方式開孔少，測(cè)量點(diǎn)多，測(cè)溫反應(yīng)時(shí)間短，精度高，完全滿足高壓加氫反應(yīng)對(duì)溫度測(cè)點(diǎn)的要求，所以這種測(cè)量方案得到普遍應(yīng)用。

本文以惠州石化高壓加氫裂化，E+H公司的熱電偶為例，簡(jiǎn)單介紹反應(yīng)器柔性熱電偶，其中柔性多點(diǎn)熱電偶主要有單點(diǎn)單支、單點(diǎn)多支兩種[2]。本裝置使用的是單點(diǎn)單支結(jié)構(gòu)。

2 傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)反應(yīng)器柔性熱電偶簡(jiǎn)介

柔性熱電偶主要特點(diǎn)如下：

1）響應(yīng)時(shí)間快（在3s～8s），測(cè)量精度高（0.375%以內(nèi)），性能穩(wěn)定可靠，使用壽命長(zhǎng)，可連續(xù)工作8～10年以上。

2） 采用特殊的焊接和密封工藝，確保柔性熱電偶在高溫高壓條件下的安全性與可靠性。

3）一般都配有壓力腔泄漏監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，能實(shí)時(shí)掌握熱電偶運(yùn)行狀態(tài)。如果發(fā)生泄漏，能第一時(shí)間進(jìn)行處置，避免事情擴(kuò)大化。

4）熱電偶一般從反應(yīng)器頂部或者側(cè)面開口進(jìn)入，熱電偶固定在安裝支架上，不與反應(yīng)器內(nèi)壁相接處，不會(huì)降低反應(yīng)器強(qiáng)度。

5）熱電偶無(wú)套管結(jié)構(gòu)，可以隨意彎曲，鎧管最小彎曲半徑為2cm。

3 傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)反應(yīng)器柔性熱電偶常見(jiàn)問(wèn)題

1）DCS顯示數(shù)值異常

主要因柔性熱電偶一般在現(xiàn)場(chǎng)不安裝變送器，需要敷設(shè)相應(yīng)的補(bǔ)償導(dǎo)線到機(jī)柜間內(nèi)。補(bǔ)償導(dǎo)線選型錯(cuò)誤或者接線不符合規(guī)范是造成此故障的主要原因，此外組態(tài)錯(cuò)誤，接線盒內(nèi)端子短路等也會(huì)造成顯示異常。

2）同床層溫度顯示數(shù)值偏差大

排除工藝設(shè)備方面問(wèn)題后，主要問(wèn)題為各分支熱電偶安裝不規(guī)范，測(cè)量端部不在一個(gè)水平面上，或者熱電偶端部固定裝置脫落。此類問(wèn)題只能在下次檢修換劑時(shí)解決。部分分支熱電偶開路，排除線路和組態(tài)方面的問(wèn)題后，主要原因?yàn)闊犭娕寄┒碎_裂，導(dǎo)致測(cè)量回路出于開路狀態(tài)。

3）熱電偶?jí)毫η粔毫Ξ惓?/p>

排除儀表故障后，應(yīng)判斷為熱電偶?jí)毫η恍孤?，氫氣（H2）等介質(zhì)通過(guò)泄漏的熱電偶芯進(jìn)入反應(yīng)器外面的壓力腔。這是柔性熱電偶最常見(jiàn)，也是最難解決的問(wèn)題，因?yàn)榉磻?yīng)器內(nèi)介質(zhì)已經(jīng)進(jìn)入反應(yīng)器外的壓力腔，一旦壓力腔密封失效，將會(huì)導(dǎo)致非常嚴(yán)重的后果，裝置將被迫停工。

4 柔性熱電偶升級(jí)改造方案

惠州石化蠟油加氫裂化氫反應(yīng)器共有24支柔性熱電偶，其中6點(diǎn)熱電偶18支，10點(diǎn)熱電偶6支。該熱電偶與反應(yīng)器的法蘭接口為3" 2500lb，自2009年投產(chǎn)后所有熱電偶先后均出現(xiàn)壓力腔泄漏現(xiàn)象（據(jù)調(diào)查海南等其它煉化企業(yè)，不管是哪家公司的柔性熱電偶產(chǎn)品均存在該泄漏問(wèn)題）。2011年檢修期間更換了E+H重新提供的2支熱電偶，結(jié)果剛換上不久又發(fā)生了泄漏，現(xiàn)在部分熱電偶?jí)毫η蛔罡咝孤毫σ殉^(guò)11MPa，個(gè)別熱電偶還存在有微量氣體外漏現(xiàn)象。今后一旦發(fā)生大量工藝介質(zhì)外漏，將會(huì)導(dǎo)致重大安全生產(chǎn)事故，加上大部分熱電偶的使用期限已經(jīng)到了壽命末期，更需要對(duì)加氫反應(yīng)器柔性熱電偶進(jìn)行升級(jí)改造。

圖2 改造后柔性熱電偶結(jié)構(gòu)Fig.2 Structure of flexible thermocouple after modification

圖3 改造后壓力腔泄漏情況Fig.3 Leakage of pressure chamber after transformation

經(jīng)過(guò)分析原熱電偶的加工工藝，發(fā)現(xiàn)其結(jié)構(gòu)有以下缺陷：①每個(gè)分支鎧裝熱電偶與法蘭焊接端面處于與反應(yīng)器介質(zhì)直接接觸的外表面，當(dāng)熱電偶運(yùn)輸、吊裝時(shí)容易因焊接處松動(dòng)脫焊而造成反應(yīng)器內(nèi)介質(zhì)竄進(jìn)壓力腔而產(chǎn)生泄漏風(fēng)險(xiǎn)；②由于法蘭端面面積小，當(dāng)多支熱電偶集中在很小面積內(nèi)進(jìn)行焊接時(shí)會(huì)相互影響，造成金屬晶體發(fā)生不良改變而降低焊接強(qiáng)度。

原生產(chǎn)廠家E+H，針對(duì)上述原因根據(jù)相關(guān)建議進(jìn)行了如下改進(jìn)：

1）將熱電偶鎧管焊接面往后退，離開法蘭端面150mm左右。

2）擴(kuò)大焊接面積，改進(jìn)焊接工藝。

3）在法蘭端面加固支撐，防止搬運(yùn)過(guò)程造成外焊接處因搖擺出現(xiàn)松脫。

2014年E+H向本公司免費(fèi)提供了5支按上述方法改進(jìn)后的新型熱電偶，使用至今運(yùn)行情況良好，沒(méi)有發(fā)生泄漏。

5 升級(jí)改造方案的項(xiàng)目關(guān)鍵點(diǎn)

1）熱電偶芯子不再焊接在法蘭上，而是焊接在法蘭后端的安全腔室焊接盤上。此作用是為保護(hù)芯子免受應(yīng)力彎曲。芯子焊接部位的溫度低于反應(yīng)器溫度，降低氫氣滲透程度，延長(zhǎng)使用壽命。

2）熱電偶芯子末端加固封蓋，免受介質(zhì)流體沖擊，延長(zhǎng)使用壽命。

3）熱電偶芯子采用8mm外徑加強(qiáng)型（壁厚1.5mm以上)，增加強(qiáng)度；材質(zhì)升級(jí)為321或者347。

4）熱電偶芯子在安全腔室內(nèi)不再使用“斷開”設(shè)計(jì)，避免一旦氫氣滲透對(duì)熱電偶導(dǎo)線絲產(chǎn)生污染。

5） 防破裂封堵裝置能夠有效避免工藝介質(zhì)沿著鎧裝熱電偶芯子里面的氧化鎂（MgO）粉泄漏到外界。

6）熱電偶芯子束在法蘭面有保護(hù)盤，避免芯子在安裝運(yùn)輸時(shí)受到應(yīng)力損壞。

6 改造后實(shí)施效果

本次改造共更換5組有故障的柔性熱電偶，均為壓力腔嚴(yán)重泄漏，最高的泄漏壓力10MPa，最小的泄漏壓力9MPa，嚴(yán)重影響裝置的平穩(wěn)運(yùn)行。此次利用2014年換劑大檢修的機(jī)會(huì)對(duì)這5組柔性熱電偶進(jìn)行升級(jí)改造，更換成上述改造后的柔性熱電偶。在更換熱電偶的過(guò)程中，修復(fù)了安裝支架，確保所有溫度點(diǎn)均在工藝要求的水平面內(nèi)，確保測(cè)量的準(zhǔn)確性和穩(wěn)定性。改造后的柔性熱電偶結(jié)構(gòu)更加合理，抗氫腐蝕能力、預(yù)防壓力腔泄漏能力得到非常大的提升。自改造實(shí)施以來(lái)，柔性熱電偶運(yùn)行情況良好，壓力腔無(wú)泄漏，未出現(xiàn)熱電偶開路等故障，消除了裝置的安全隱患，確保了裝置的安全平穩(wěn)運(yùn)行。

7 結(jié)束語(yǔ)

在高壓加氫裝置中，反應(yīng)器各床層的溫度是監(jiān)測(cè)反應(yīng)過(guò)程的關(guān)鍵參數(shù)，柔性多點(diǎn)熱電偶以其測(cè)點(diǎn)數(shù)量多，安裝開口少，響應(yīng)速度快，可靠性好等特點(diǎn)實(shí)現(xiàn)了反應(yīng)器床層溫度的安全、準(zhǔn)確測(cè)量。通過(guò)制造工藝的技術(shù)攻關(guān)，對(duì)柔性多點(diǎn)熱電偶進(jìn)行升級(jí)改造，解決了鎧管泄漏問(wèn)題，大大增加了其使用壽命，同時(shí)增加了設(shè)備運(yùn)行的可靠性和安全性。