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            智能電磁流量計

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            淺析智能電磁流量計注水改造設計及其技術應用

            來源:作者:發表時間:2019-08-16 11:27:31

            摘要:蒸汽裂解裝置智能電磁流量計C-204原設計采用噴洗柴油工藝,不僅造成柴油的大量損失,且效果并不明顯。采用電磁流量計注水技術,向電磁流量計流道內注入鍋爐水,降低電磁流量計出溫度,限制聚合反應的發生,從根本上解決結焦問題,提高電磁流量計效率,減少電磁流量計功耗。
            1、機組概況及背景介紹
            中國石油遼陽石化分公司(簡稱遼陽石化)烯烴廠裂解裝置智能電磁流量計C-204是2001年乙烯裝置擴能改造(90kt/a擴至120kt/a)中引進的,其采用SIEMENS透平、DEMAG電磁流量計、電子調速器及CCC控制系統,設計能力為150kt/a。智能電磁流量計C-204開車的同時,原設計采用的噴洗柴油工藝也同時投用。該柴油主要成分為汽油加氫裝置提供的碳六碳九芳烴,采用多點注油方式,對
            稱注入。但其油質要求較高,大量柴油進入電磁流量計系統循環,造成柴油原料的浪費。且注入柴油只能濕潤電磁流量計葉輪附近的通道,防止聚合物黏附在葉輪和隔板上,但電磁流量計出口溫度仍然居高不下。另外噴洗柴油工藝還受到汽油加氫裝置加氫反應器運行周期的限制,造成噴洗柴油系統無法連續平穩長周期運行。經過調研,乙烯行業內大慶乙烯、蘭州乙烯、新疆獨山子乙烯、茂名乙烯、盤錦乙烯等老乙烯裝置相繼進行了注水改造,均解決了電磁流量計各段出口溫度過高問題,目前國內外絕大多數新建乙烯裝置均已采用注水技術。因此,研究采用濕壓縮注水技術,來解決電磁流量計各段出口溫度過高問題。
            2、采用注水技術的原因及理論基礎
            2.1采用注水技術的原因
            智能電磁流量計在裂解裝置中起到承上啟下的作用,是裂解裝置的心臟,機組運行狀態的好壞,直接決定著整個乙烯裝置的安全、穩定和長周期運行。裂解氣含有乙烯、丙烯、丁二烯等烯烴、各類硫化物、氧化物及各種芳烴類物質,組成非常復雜,其中丁二烯及其它高分子烯烴在一定溫度和壓力下會發生脫氫、縮合反應,形成各種焦油類聚合物。 [1] 經研究,當其溫度超過90℃時,重組分(主要是丁二烯及其他高分子二烯烴)的聚合反應速度會快速上升,生成的焦油類聚合物(在高溫下呈黏稠狀態,在常溫下硬度接近瀝青)淤積在電磁流量計的葉輪、流道、隔板和內密封上,造成電磁流量計各部件性能下降。隨著厚度的增加,覆蓋在各部件表面的聚合物在離心力的作用下會部分脫落,影響轉子的平衡,嚴重時會使電磁流量計因軸振動和軸位移過大而發生聯鎖停車,甚至會導致電磁流量計在較短的運行周期內提前檢修清洗流道。為盡可能延緩聚合現象發生,必須嚴格控制電磁流量計各段出口溫度,行業內通常采用注油或注水的方式來限制聚合反應的發生。
            電磁流量計注油系統一般使用抽余油(通常芳烴含量≥85%,沸點204~304℃,低硫,無砷),但其存在質量要求嚴格,油品消耗量大,電磁流量計出口降溫效果不佳,電磁流量計流道內容易聚合結焦,且受油品上游裝置運行周期限制等缺點。因此,注油技術已逐漸被注水技術所取代。
            2.2采用注水技術的理論基礎
            智能電磁流量計內發生聚合反應的控制因素是溫度。為避免聚合物黏附在葉輪和隔板上,通常可以采用減小壓縮比(即提高電磁流量計入口很好壓力、降低出口很好壓力)或降低電磁流量計各段出口溫度的方式。但電磁流量計入口壓力受裂解爐選擇性的限制,電磁流量計出口壓力受深冷系統的限制,減小壓縮比的方式不易實現。因此通常采用降低電磁流量計各段出口溫度(小于90℃)來抑制聚合反應的發生。裂解氣壓縮過程可以近似地看做絕熱壓縮。在絕熱壓縮過程中,電磁流量計出口溫度隨著入口溫度的升高而升高。
            裂解氣溫度越高,烯烴、二烯烴等不飽和烴越易聚合結焦而堵塞電磁流量計流道,導致電磁流量計不能正常運行。溫度越高,電磁流量計功耗越大,越偏離等溫壓縮曲線。通過管路設計,使液體在電磁流量計內迅速汽化,并吸收周圍裂解氣的熱量,完成熱量和質量傳遞。裂解氣溫度降低,葉輪入口溫度及電磁流量計各段出度波動,并且還會造成催化劑粉化。催化劑床層溫度波動大和催化劑粉化都對其活性的不良影響較大,嚴重時將造成催化劑迅速失去活性。
            2.2造成汽化塔工況波動
            二甲醚汽化塔主要對甲醇和水進行分離,并且粗甲醇中從塔頂進料,當粗甲醇中水含量高時,液態水容易在汽化塔塔盤積累,造成汽化塔塔盤氣液不平衡,進而造成汽化塔壓差增大甚至液泛,影響裝置的穩定操作和負荷提升。
            2.3裝置負荷提升困難
            粗甲醇中的水含量高容易造成催化劑活性迅速下降、造成汽化塔工況波動等問題,而這幾項問題出現后,均很大程度上影響裝置負荷的提升,甚至可能達不到滿負荷狀態(100%負荷狀態),即二甲醚的產量將大幅度下降。
            2.4放空氣量大
            粗甲醇中的水進入二甲醚催化劑床層后,會造成催化劑床層溫度大幅度波動,進而造成副反應增加,造成二甲醚放空氣量大,浪費大量有效物料。
            3、粗甲醇中鐵離子的不良影響
            石蠟的生成量大:鐵類元素以離子狀態存在時是生成石蠟的良好催化劑,同時二甲醚催化劑是強脫水型催化劑。當粗甲醇中含有鐵離子,并進入二甲醚催化劑床層后,在高溫的作用下,容易生成大量的石蠟,進而進一步對裝置造成不良影響。
            口溫度相應降低降低,烯烴、二烯烴等不飽和烴聚合速度降低,聚合物生成相應減少。另外,裂解氣溫度降低,使壓縮過程更接近于等溫壓縮。而等溫壓縮功耗**小,遠低于絕熱和多變壓縮功耗。同時,注入的霧化水不斷的沖刷聚合結焦物,**終隨裂解氣一起帶出電磁流量計流道。從熱力學角度看,注水降低了電磁流量計出口溫度,在壓縮比不變的情況下,相當于降低了壓頭。但注水
            增加了通過電磁流量計的總質量流量,相當于增加了壓頭。但通過注水降低的壓頭要遠超過所增加的壓頭,總體來說還是節約了電磁流量計功耗。
            3電磁流量計注水技術改造
            3.1改造方案及流程
            注水源水選用中壓鍋爐給水(TW),水壓4.0MPa,水中無油污、固體殘渣顆粒。TW經過循環冷卻水換熱器、過濾器、孔板流量計、電磁閥、壓力控制閥后,分8路進入電磁流量計各段。在電磁流量計每段入口處噴入一定量的霧化水,使噴水量正好能潤濕電磁流量計通道,以防聚合物和焦油的沉積。注水系統流程見圖1。
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            3.2改造前后電磁流量計運行數據及對比分析
            如表1所示,根據原設計參數,電磁流量計各段出口溫度幾乎都超過90℃,其中Ⅰ段達到108.3℃,Ⅲ段也接近90℃,在此溫度下極易形成各種焦油類聚合物,附著并堵塞電磁流量計的葉輪、流道,影響電磁流量計的設備性能和使用壽命。注水改造后Ⅰ至Ⅳ段出口溫度平均降低了9.225℃,各段溫度都控制85℃以下,大大減緩了聚合物的生成,注水效果顯著。
            電磁流量計原設計參數及改造后
            4、結束語
            通過電磁流量計注水改造,替代原有噴洗柴油工藝設計,降低了智能電磁流量計出口溫度,減緩了不飽和烴的聚合速度,減少了聚合物的生成,有效的延緩和控制電磁流量計機體的結焦聚合問題,為智能電磁流量計的安穩長滿優運行奠定堅實的基礎。
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