煤化工MTO 三旋系統(tǒng)流量變送器故障分析與解決

景宇富，何曉靚

（1.中國(guó)神華煤制油化工有限公司榆林化工分公司，陜西 榆林 719000；2.西安西電電力電容器有限責(zé)任公司，陜西 西安 710082）

煤化工是一種以煤炭為工業(yè)原料，經(jīng)過一系列物理化學(xué)反應(yīng)，生產(chǎn)出合格化工產(chǎn)品，其關(guān)鍵技術(shù)是MTO，即從甲醇到烯烴反應(yīng)氣[1]。該技術(shù)一直掌握在外國(guó)人手中，但通過國(guó)內(nèi)科研工作者不懈努力，目前已經(jīng)形成具有我國(guó)自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的60萬t·a-1MTO裝置。本文以某國(guó)有大型煤化工企業(yè)為依托，詳細(xì)分析了MTO 裝置儀表維護(hù)中反應(yīng)氣三旋系統(tǒng)差壓流量變送器故障原因，提出了合理的解決方法，現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用后取得了滿意的結(jié)果。

1 故障分析

MTO 裝置反應(yīng)氣三級(jí)旋風(fēng)分離系統(tǒng)中，工藝發(fā)現(xiàn)測(cè)量反應(yīng)氣流量的差壓變送器示值經(jīng)常出現(xiàn)急速波動(dòng)后顯示最大值，且保持不變，導(dǎo)致無法準(zhǔn)確觀察到整個(gè)工藝流程的實(shí)時(shí)工況。儀表工檢查變送器后發(fā)現(xiàn)引壓管堵塞，通過打壓泵打壓確定為負(fù)壓側(cè)引壓管堵塞。一般流量變送器根據(jù)管線需要安裝在不同高度上，此處差壓流量變送器安裝在8m 平臺(tái)上，引壓管線沒有伴熱，通過采樣分析發(fā)現(xiàn)反應(yīng)氣中除了烴類外，還存在少量水蒸汽和廢催化劑，當(dāng)蒸汽遇冷凝結(jié)后與廢催化劑結(jié)合，并在壓力作用下結(jié)為固體，隨著固體的積累堵塞引壓管，導(dǎo)致變送器正負(fù)差壓的變化，促使測(cè)量值發(fā)生波動(dòng)壞死，工藝無法進(jìn)行測(cè)量。

2 解決方案

2.1 傳統(tǒng)方案

為了避免反應(yīng)氣中的水蒸汽凝結(jié)，在引壓管線旁增加伴熱管線，保持反應(yīng)氣引壓管中一個(gè)穩(wěn)定的溫度，避免水蒸汽遇冷凝結(jié)，進(jìn)而與廢催化劑結(jié)合凝固?？疾飕F(xiàn)場(chǎng)管線的布置情況，發(fā)現(xiàn)堵塞處往往發(fā)生在引壓管轉(zhuǎn)角≤90°的地方，這就需要對(duì)整個(gè)引壓管線進(jìn)行技術(shù)改造，使引壓管轉(zhuǎn)角達(dá)到施工要求的最佳角度120°。這樣可以從技術(shù)角度徹底解決差壓變送器引壓管的堵塞問題，但是在現(xiàn)有運(yùn)行裝置上增加伴熱管線將會(huì)給施工帶來一定的難度，而且在施工中更不允許采取動(dòng)火作業(yè)，除非等到裝置大檢修期間或提前停車檢修，那么將會(huì)給企業(yè)的正常生產(chǎn)造成巨大影響和損失，所以采用這種方法是行不通的。

2.2 增加反吹風(fēng)方案

考慮到反應(yīng)氣主管線中的壓力在95kPa 左右，屬于低壓段工況，可以引進(jìn)一種安全介質(zhì)氣體給差壓流量變送器的引壓管施加一個(gè)反向稍高壓壓力，促使引壓管內(nèi)的水蒸汽和廢催化劑顆?；亓鞯街鞴艿乐?。結(jié)合MTO 現(xiàn)場(chǎng)工藝情況，氮?dú)庾鳛橐环N安全介質(zhì)氣體，不參與反應(yīng)過程，只是一種中間氣體，用于管線吹掃和置換，并且氮?dú)夤芫€已經(jīng)分布在裝置的各個(gè)角落。在整個(gè)MTO 裝置中，氮?dú)夤芫€中壓力保持在150kPa 左右，高于反應(yīng)氣主管線內(nèi)壓力，因此反吹風(fēng)裝置以氮?dú)鉃榘踩橘|(zhì)是可行的。

2.3 反吹風(fēng)的原理

在差壓變送器的使用過程中，為了測(cè)量的需要在管道中設(shè)置了截流裝置用于取壓，通過引壓管將所測(cè)介質(zhì)引入差壓變送器里，并在差壓變送器的2個(gè)膜盒中形成差壓，進(jìn)而可以通過組態(tài)實(shí)現(xiàn)測(cè)量不同的參數(shù)如壓力﹑流量﹑液位等[2]。由于引壓管的存在，隨著裝置周圍環(huán)境因素的變化，易發(fā)生引壓管中介質(zhì)凝結(jié)和沉積的問題，久而久之形成管線堵塞。根據(jù)差壓變送器的測(cè)量原理，其中△P=P+-P-，再根據(jù)流量Q 與壓差ΔP 的關(guān)系式：，可以計(jì)算出流量值（k 值根據(jù)不同介質(zhì)來確定），這里的開方運(yùn)算可以在DCS 中組態(tài)計(jì)算，也可以在變送器里通過現(xiàn)場(chǎng)操作器直接組態(tài)來計(jì)算。增加的反吹風(fēng)裝置的差壓變送器原理為：反吹風(fēng)的壓力為P，其差壓△P′為：△P′=(P+-P′)-(P--P′)=P+-P′-P-+P′=P+-P-=△P。由此可見，增加反吹風(fēng)裝置后差壓△P′與未加前差壓△P 相等，這也證明增加反吹風(fēng)裝置后不會(huì)影響原有儀表的測(cè)量值。

3 現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用

經(jīng)過三級(jí)旋風(fēng)分離器后的介質(zhì)主要以反應(yīng)氣為主，一些催化劑及廢催化劑被分離出去，但是少量積累在差壓流量變送器引壓管中的積液及廢催化劑導(dǎo)致引壓管堵塞，致使差壓變送器顯示滿量程（這里差壓變送器差壓△P 范圍為0～4kPa，對(duì)應(yīng)的體積流量Q 范圍為0～15000 Nm3·h-1），此時(shí)的變送器已經(jīng)基本喪失測(cè)量氣體流量的功能，表1 所示為現(xiàn)場(chǎng)差壓流量變送器負(fù)壓側(cè)堵塞時(shí)正壓側(cè)﹑負(fù)壓側(cè)﹑差壓及流量的測(cè)量值。表2 所示為增加反吹風(fēng)裝置后變送器對(duì)應(yīng)參數(shù)的變化值，其中明顯看出原本發(fā)生堵塞的負(fù)壓側(cè)引壓管壓力示值隨正壓側(cè)引壓管壓力的變化而變化，差壓△P 與流量Q 關(guān)系滿足（根據(jù)流量系數(shù)﹑流體的膨脹校正系數(shù)﹑孔板孔徑及介質(zhì)密度計(jì)算出系數(shù)圖1所示為故障排除前后變送器參數(shù)變化曲線，短虛線所示為故障變送器△P 與Q 的變化曲線，可以發(fā)現(xiàn)在△P 的變化過程中，Q 迅速從0 Nm3·h-1變到15000 Nm3·h-1，說明變送器負(fù)壓側(cè)的堵塞導(dǎo)致整個(gè)變送器無法實(shí)時(shí)反饋管道內(nèi)的流量值；實(shí)線描述的是增加反吹風(fēng)裝置后變送器△P 與Q 的變化曲線，隨著△P 的遞增，Q 以冪函數(shù)曲線接近變送器的最大示值，說明增加反吹風(fēng)裝置后差壓變送器的正負(fù)側(cè)引壓管沒有發(fā)生堵塞情況；長(zhǎng)虛線是該差壓流量變送器的最大示值曲線，也是保護(hù)變送器正常工作的警戒線。

表1 故障變送器參數(shù)

圖1 故障排除前后變送器參數(shù)變化曲線

4 結(jié)論

差壓變送器是目前化工企業(yè)應(yīng)用最為廣泛的一種化工儀表，引壓管堵塞問題則一直是困擾儀表工程師的一道難題。本文通過對(duì)比傳統(tǒng)解決方案的優(yōu)缺點(diǎn)，從中汲取經(jīng)驗(yàn)教訓(xùn)，就地取材，充分利用MTO現(xiàn)場(chǎng)裝置N2資源，提出以N2為安全介質(zhì)氣體增加反吹風(fēng)裝置解決差壓變送器引壓管堵塞的方案，經(jīng)過反吹風(fēng)原理分析，論證了該方案的可行性，并通過現(xiàn)場(chǎng)投用數(shù)據(jù)分析進(jìn)一步驗(yàn)證其正確性，得出以下結(jié)論：

1）利用安全介質(zhì)氣體作為反吹風(fēng)的風(fēng)源對(duì)于化工反應(yīng)過程不造成影響，是安全的；

2）現(xiàn)場(chǎng)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)分析發(fā)現(xiàn)變送器差壓不受反吹風(fēng)的影響，僅與正負(fù)側(cè)壓力相關(guān)；

3）通過生產(chǎn)運(yùn)行檢驗(yàn)，反吹風(fēng)裝置對(duì)于解決低壓段工況工作的氣體堵塞問題是十分可靠的。

[1] 吳秀章.煤制低碳烯烴工藝與工程[M].北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2014.

[2] EMERSON Process Management. Rosemount 3051 Pressure Transmitter with 4～20mA HART and 1～5Vdc Low Power Protocol[M]. Rev HA, December 2010.

[3] 朱炳興，王森.儀表工試題集：現(xiàn)場(chǎng)儀表分冊(cè)(第2 版) [M].北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2002.