精餾成品塔液位故障及改進(jìn)

精餾成品塔液位故障及改進(jìn)

(一)基本情況

1.生產(chǎn)裝置及工藝簡(jiǎn)介

某連續(xù)甲苯氧化裝置，以甲苯為原料加入催化劑并通風(fēng)，生成苯甲酸粗品，經(jīng)成品塔精餾后成苯甲酸，副產(chǎn)品為芐酯、苯甲醛。裝置于2015年8月投產(chǎn)，年產(chǎn)20萬(wàn)噸苯甲酸，是目前國(guó)內(nèi)**的苯甲酸生產(chǎn)裝置。

2.回路及儀表簡(jiǎn)介

精餾成品塔設(shè)置1臺(tái)雙法蘭差壓變送器(LT-012601B)測(cè)量液位和利用2臺(tái)單法蘭壓力變送器(LT-012601A)的差值顯示液位，同時(shí)設(shè)置高低位音叉液位控制開(kāi)關(guān)，測(cè)量介質(zhì)為液態(tài)苯甲酸、液態(tài)芐酯，介質(zhì)易結(jié)晶;工作溫度為220~250℃;工作壓力為-0.09MPa。LT-012601B雙法蘭差壓變送器，后來(lái)改造為同軸導(dǎo)波雷達(dá)液位計(jì)，進(jìn)行壓差和雷達(dá)(改進(jìn))測(cè)量，量程為0~4.2m。

用2臺(tái)法蘭取壓壓力變送器的差值顯示液位:

LT-012601A(計(jì)算)=[PT-012601A(下部壓力)-PT-012601B(上部壓力)]x介質(zhì)密度

(二)故障描述及處理過(guò)程

1.故障前工藝情況

成品塔在原設(shè)計(jì)時(shí)采用了兩套差壓變送器和高低位音叉液位控制開(kāi)關(guān)，一套為雙法蘭差壓變送器，用于測(cè)量液位并控制高沸出料閥門(mén);另一套為兩臺(tái)單法蘭壓力變送器，用于測(cè)壓差計(jì)算液位，供工藝人員參考;高低位音叉液位控制開(kāi)關(guān)作報(bào)警提示，當(dāng)液位低于低位音叉液位時(shí)聯(lián)，停成品循環(huán)泵和高沸泵。開(kāi)工之初兩套裝置工作正常，其中LT-012601B雙法蘭差壓變送器自動(dòng)控制成品塔高沸出料閥門(mén)。

2.故障現(xiàn)象詳細(xì)描述

半年后兩套裝置測(cè)量值開(kāi)始出現(xiàn)偏差，達(dá)到1~2m，液位歷史趨勢(shì)波動(dòng)不同步。查看歷史趨勢(shì)發(fā)現(xiàn)LT-012601B(雙法蘭差壓變送器)液位歷史趨勢(shì)呈細(xì)密大幅度鋸齒狀，因此無(wú)法用LT-012601B控制高沸出料閥門(mén)。LT-012601A(計(jì)算)液位歷史趨勢(shì)走勢(shì)平穩(wěn)。根據(jù)故障現(xiàn)象,判斷LT-012601B取壓口堵塞或損壞。檢查發(fā)現(xiàn)儀表夾套保溫正常，拆LT-012601B發(fā)現(xiàn)取壓口未堵，但其正壓室膜片鼓脹變形破裂，硅油已漏，沒(méi)有明顯的腐蝕跡象，更換備用差壓變送器液位恢復(fù)正常。使用一段時(shí)間后故障依舊，差壓變送器再次損壞。因連續(xù)工藝暫時(shí)不能停車(chē)維修，只能用更換差壓變送器的方式維持生產(chǎn)。

3.故障影響范圍

因連續(xù)工藝，液位波動(dòng)太大無(wú)法自動(dòng)控制高沸出料閥門(mén)，只能人工手動(dòng)控制，這直接導(dǎo)致連續(xù)工藝生產(chǎn)受限，影響產(chǎn)品質(zhì)量和產(chǎn)量。頻繁更換差壓變送器不能從根本上解決問(wèn)題，且增加了維護(hù)成本。

4.儀表及系統(tǒng)處理過(guò)程

2018年大修期間對(duì)成品塔的工藝裝置和控制策略進(jìn)行了改進(jìn)。

(1)工藝裝置。成品回流罐的容積由4m加大到10m’。

(2)控制策略。利用成品回流罐LR-012603液位來(lái)控制成品出料閥門(mén)LV-012603。由原成品塔LT-012601B(雙法蘭差壓變送器)液位控制高沸出料閥門(mén)改成由高沸出料流量FR-012606控制高沸出料閥門(mén)(FV-012606)，如圖1-38所示。

對(duì)成品塔液位儀表也進(jìn)行了改造，拆掉原雙法蘭差壓變送器。利用單法蘭壓力變送器兩取壓口外接了一個(gè)測(cè)量筒(帶保溫夾套)。測(cè)量筒下部加裝排污變送器閥，并接到成品塔循環(huán)物料管道上，避免測(cè)量筒堵塞，保證測(cè)量的精度。測(cè)量筒上部接同軸導(dǎo)波雷達(dá)液位計(jì)(GDGW55系列同軸式，廠家古大)。另外，單法蘭壓力變送器保留了差壓的測(cè)量方式，但為確?？煽啃砸矒Q成了兩臺(tái)羅斯蒙特3051系列的單法蘭壓力變送器，保留高低位音叉及安全聯(lián)鎖不變。液位儀表改造如圖1-39所示。

改進(jìn)后的成品塔在開(kāi)車(chē)后工作穩(wěn)定，兩套液位顯示值相差30~40cm，液位變化波動(dòng)趨勢(shì)相同，如圖1-40所示。

目前兩套液位儀表已使用3年，工作穩(wěn)定，證明改造是成功有效的。

5.故障性質(zhì)

這是一起儀表選型不當(dāng)造成的測(cè)量故障。

(三)故障原因分析

1.故障前儀表可靠性評(píng)價(jià)

單從雙法蘭差壓變送器本身質(zhì)量來(lái)看是沒(méi)有問(wèn)題的，但從雙法蘭差壓變送器使用的工藝環(huán)境來(lái)分析存在明顯的使用不當(dāng)。如圖1-41所示為常用隔離液的使用溫度壓力曲線。從隔離液高溫硅油DC704的工作范圍曲線來(lái)看，在工作壓力是正壓時(shí)，使用溫度范圍是-40~232℃，負(fù)壓工況時(shí)，隨著壓力的減小，所適應(yīng)的最低工作溫度不變，但是，最高工作溫從232℃開(kāi)始遞減。實(shí)際使用場(chǎng)景中過(guò)程介質(zhì)的工作壓力為-0.09MPa，工作溫度為220~250℃，雖然有些廠家的高溫硅油在高真空條件下工作溫度可以達(dá)到300℃，滿(mǎn)足差壓變送器的使用，但筆者認(rèn)為從本測(cè)量環(huán)境的工作溫度和壓力參數(shù)看，這樣的工況條件下差壓變送器始終工作在一個(gè)極限狀態(tài)。從以上分析看，本工作條件下雙法蘭差壓變送器并不是**擇。

2.故障失效分析

(1)主要原因:從拆下來(lái)的損壞的雙法蘭差壓變送器分析，造成差壓變送器正壓室膜片鼓脹變形破裂的直接原因是高真空、高溫環(huán)境下差壓變送器毛細(xì)管內(nèi)高溫硅油膨脹。膜片撕裂損壞，導(dǎo)致差壓變送器損壞，測(cè)量失效，以致該液位控制回路失效。

(2)次要原因:原工藝設(shè)備成品回流罐容積過(guò)小，當(dāng)進(jìn)料波動(dòng)大時(shí)緩沖能力不夠，導(dǎo)致液位波動(dòng)大時(shí)出料閥門(mén)控制效果不好。

(3)管理原因:本工作條件下，其溫度(220~250℃)和壓力(負(fù)壓-0.09MPa)均超出雙法蘭差壓變送器隔離液的使用耐受工作范圍。不應(yīng)采用雙法蘭差壓變送器進(jìn)行液位測(cè)量，應(yīng)選用其他測(cè)量原理的液位測(cè)量?jī)x表。另外，兩種相同的測(cè)量方式容易產(chǎn)生共因失效，建議從設(shè)計(jì)的可用性考慮，兩套液位測(cè)量?jī)x表宜采用兩種不同的測(cè)量方式，以提高可用性。

(四)防范措施及建議

1.經(jīng)驗(yàn)教訓(xùn)

儀表選型很關(guān)鍵，在測(cè)量方式和安全方面要充分考慮實(shí)際工況條件，設(shè)計(jì)院和單位工藝、儀表技術(shù)人員要多溝通交流，從實(shí)際出發(fā)保證儀表的安全可靠性。應(yīng)根據(jù)工藝介質(zhì)條件，選擇合適的測(cè)量原理，選用滿(mǎn)足工作介質(zhì)條件的測(cè)量?jī)x表。對(duì)于負(fù)壓環(huán)境，法蘭取壓易造成膜盒形變不恢復(fù)，要做好儀表的設(shè)計(jì)前期管理，對(duì)設(shè)計(jì)選型進(jìn)行審核和評(píng)估論證。

2.防范措施

成品塔液位改用同軸導(dǎo)波雷達(dá)液位計(jì)測(cè)量后，加強(qiáng)巡查。重點(diǎn)檢查儀表測(cè)量筒保溫夾套及排污閥門(mén)，防止測(cè)量筒內(nèi)物料結(jié)晶堵塞造成測(cè)量不準(zhǔn)。

3.持續(xù)改進(jìn)

2015年前，成品塔制造工藝屬于間歇工藝，2015年搬遷后新的連續(xù)工藝流程和控制策略都有很多不完善之處，目前來(lái)看以上液位測(cè)量和工藝的一些改進(jìn)具有很明顯的效果。儀表是工藝的“眼睛”，只有在生產(chǎn)實(shí)踐中慢慢摸索，不斷總結(jié)改進(jìn)完善，精益求精地做好儀表，才能更好地服務(wù)于工藝。

注：本文摘自?xún)x表圈編輯的《儀表問(wèn)答》，感謝儀表圈的團(tuán)隊(duì)！