加氫裂化熱高分液位虛高引起聯鎖的原因分析及對策

韓鴻哲，楊 苗

(1.中國石油長慶石化公司，陜西 咸陽 712000；2.西安石油大學，陜西 西安 710065)

加氫裂化熱高分液位虛高引起聯鎖的原因分析及對策

韓鴻哲1，2，楊 苗1

(1.中國石油長慶石化公司，陜西 咸陽 712000；2.西安石油大學，陜西 西安 710065)

加氫裂化裝置是中國石油長慶石化公司危險級別最高的裝置，是在高溫、高壓、臨氫和有毒介質環境下操作的，其儀表的正常指示和正確動作，直接關系到裝置的安全和生產的順利進行。介紹了加氫裂化裝置熱高分系統的儀表配置、控制回路和聯鎖組成。通過分析熱高分液位故障現象，結合液位測量原理，總結出了發生液位虛高的原因。針對該問題提出了改進措施和防范方案，并制定了緊急狀態下的應急處理程序和定期強制維護的方案，在實踐中取得了較好的效果。

加氫裂化；熱高分；液位虛高；對策

中國石油長慶石化公司的120×104t/a加氫裂化裝置是2007年建成投產的一套新裝置。該裝置以重柴油和減壓蠟油為原料，采用全循環流程操作，最大限度生產航煤及柴油，副產液化氣、輕石腦油和重石腦油；采用一次通過流程操作時，在生產中間餾分油的同時，生產尾油，可以為乙烯項目提供裂解原料。采用加氫裂化技術不但可以提高原油的深加工能力，還可有效提高產品質量，改善產品結構，增強對市場的應變能力。

加氫裂化裝置是在高溫、高壓、臨氫和有毒介質環境下操作的，尤其反應部分是在高溫、高氫分壓下操作的，而且加氫反應為放熱反應，在熱量排出的過程中易產生溫升，嚴重時造成“飛溫”，使催化劑和設備遭到損壞，甚至造成人員傷亡和重大經濟損失；因此，使用一套完整可靠的安全儀表系統(Safety Instrumentation System，SIS)是至關重要的[1]。本文著眼于該裝置熱高分設備聯鎖設置，深入分析故障發生原因，并在現有條件下提出加強維護，制定了緊急狀態下應采取的措施。

1 加氫裂化熱高分工藝流程、儀表及聯鎖介紹

1.1 熱高分工藝流程及安全因素介紹

加氫裂化裝置是將石油中的重餾分減壓蠟油在高溫、高氫分壓和催化劑共同作用下與氫氣發生化學反應，生成組分輕、品質高的產品。反應產物經換熱降溫后進入熱高壓分離器，頂部流出物(主要是氫氣)經高壓空冷冷卻后，進入循環氫壓縮機，底部流出物(各類油品)進入熱低分分離器，低分底部液體進入分餾部分進行分離，得到所需產品。熱高分部分工藝流程[2]如圖1所示。

圖1 熱高分工藝流程圖

由于熱高分操作壓力為10.6 MPa，熱低分操作壓力為2.0 MPa，因此熱高分的液位控制就很重要，一旦抽空，高壓就會竄到低壓，引起泄漏或爆炸。為了保證高壓不會竄到低壓，設計時在低點設置了熱高分液位低低三取二聯鎖。該3臺儀表為液位開關，動作靈敏，可靠性高，能有效實現保護目標。如果熱高分液位過高，液體竄入冷高分，則會影響冷高分分離效果，進而使液體竄入壓縮機，引起壓縮機故障。

1.2 熱高分儀表及聯鎖介紹

1)3臺液位開關LISLL53106A/B/C。液位開關是采用進口Magnator浮球式液位開關，動作靈敏，可靠性高，用作SIS系統三取二的動作條件。該3臺液位開關安裝于差壓液位計量程H的20%位置，一旦3個條件中的2個或3個同時滿足條件(即檢測到液位達到20%H位置)，聯鎖即輸出執行信號，控制快速切斷閥XCV53105，保證熱高分不被抽空，不會發生竄壓事故。

2)2臺差壓液位計LT53105A/B。差壓液位計采用正負引線差壓的原理測量液位，與LV53105A/B組成控制回路，控制熱高分液位在合適的設定點，日常操作時A/B液位和調節閥可以切換。

3)1臺快速切斷閥XCV53105。用于在緊急情況下或熱高分液位低低時的聯鎖執行，切斷出口，保證高壓不會竄到熱低分，造成低壓設備泄漏或損壞，發生燃燒和爆炸等危險故障。

4)2臺調節閥LV53105A/B。用于通過與LT53105A/B組成控制回路，調節液位LT53105A/B。

5)SIS系統熱高分儀表聯鎖關系圖。熱高分SIS系統儀表聯鎖關系圖如圖2所示。LASLL53106A/B/C組成三選二聯鎖條件，切斷閥XCV53105作為緊急情況下切斷排出物料。

圖2 熱高分SIS系統儀表聯鎖關系圖

2 熱高分液位虛高發生現象及分析

2.1 熱高分液位聯鎖事件記錄

2011年5月22日下午2點11分，熱高分液位開關LSALL53106A/B/C三取二聯鎖動作，引起切斷閥XCV53105切斷，而此時液位LT53105A/B指示46%。

2.2 熱高分聯鎖事件檢查分析

聯鎖動作后，儀表、系統人員進廠檢查。經確認，系統正常，液位開關動作正常，切斷閥動作正常，此時可證明實際液位達到液位開關動作點，也就是LT53105A/B實際液位值已到達20%；但此時LT53105A/B指示液位為46%，說明其示值為假液位值，出現了液位虛高現象。下述結合液位測量原理分析液位虛高的原因。

2.2.1 熱高分差壓液位計測量原理

該液位采用差壓變送器引線取壓的方式和量程負遷移的原理測量液位，其正、負壓引線分別灌滿隔離液。

儀表的測量量程ΔP為：

ΔP=ρ介gH

(1)

當實際液位為0時，計算得出儀表的負遷移值P為：

P=P+-P-=ρ隔gh-ρ隔g(H+h)=-ρ隔gH

(2)

儀表測量的指示液位值L為：

(3)

式中，ρ介是介質密度，在裝置操作穩定狀態下可以認為恒定；ρ隔是隔離液密度，為定值；g是重力加速度；L是儀表測量的指示液位值，變化范圍為0～H；P是負遷移，為定值；P+和P-分別是儀表正、負兩側的壓力；ΔP是儀表量程，為定值[3]；ΔP實測是儀表實測的差壓值；H是設備的安裝高度，即儀表的測量高度；h是儀表安裝位置與儀表正壓取壓口的距離，為定值。

當實際液位為L1時，儀表實測差壓值為：

ΔP實測=P+-P-=(ρ介gL1+ρ隔gh)-
(ρ隔gH+ρ隔gh)=ρ介gL1-ρ隔gH

(4)

式中，L1是罐內介質的實際液位。

2.2.2 熱高分液位故障分析及改進意見

從式3可以看出，儀表指示液位值L僅與ΔP實測相關。當實際液位為L1時，ΔP實測與ρ介gL1-ρ隔gH的值相關。由于工藝介質密度不變，可變的只有儀表負壓引線內的隔離液密度和高度值，從式4可以看出，ΔP實測與負壓管內隔離液的實際密度ρ隔和高度H有關。

由于介質密度比隔離液密度小，所以當介質油竄入隔離管內會導致隔離管內隔離液密度ρ隔減小；另一方面，隔離液性質不穩定，部分揮發，導致負壓引線沒有被隔離液充滿，負壓引線內隔離液實際高度H也會減小，隔離液密度和隔離液高度同時減小，就會引起實測差壓值(負值)變大。由于變送器量程和負遷移是根據相關參數的計算值，已設定到變送器中，所以此時液位示值就會虛高，即事故發生時實際液位僅到20%，而變送器指示液位為46%。

通過分析可以看出，液位虛高主要和隔離液的性質有關，如果所選隔離液的物理性質穩定，與被測介質不相容，也不易揮發，那么負壓引線的測量壓力就相對比較穩定，液位指示值就不會虛高。以往采用密度為0.85 g/cm3的透平油為隔離液，但因為透平油在高溫環境下性質不穩定，容易出現乳化和揮發現象，導致負壓引線壓力損失，從而引起液位指示虛高。經過查閱相關資料，了解隔離液的性質，本文選擇用硅油(密度為0.97 g/cm3作為隔離液，硅油的物理化學性質都很穩定，尤其是在高溫情況下也比較穩定。經過試驗，效果確實不錯，以往十幾天就要打一次隔離液，現在半年才需要打一次，大大降低了維護強度，同時也減少了影響裝置正常操作的次數[4]。

3 熱高分液位自保情況下應急方案

雖然對該液位儀表做了相當的改進，但是由于裝置操作和環境溫度等不可控因素的變化，會引起該液位表出現虛假液位，而引起熱高聯鎖動作，影響工藝操作；所以一旦出現故障，還應有一套應急處置程序，這樣就可以做到萬無一失。

3.1 緊急情況下的應急處理方案

如果發生熱高分液位LISLL53106A/B/C三取二聯鎖動作，而此時液位LT53105A/B指示正常控制范圍內(工藝控制點，如65%、55%)，那么此時即可判斷為LT53105A/B指示虛高，實際液位已經到達20%，運用速算法(自保時的LT53105A/B的指示值-20%=虛高偏差值)即可算出虛高的偏差值，工藝人員只需要在原來的液位控制點加上虛高偏差值作為新的液位控制點，進行臨時手動操作，并立即通知儀表人員，對LT53105A/B分別打隔離液，進行強制維護。

按照熱高分工藝流程圖，具體操作步驟如下：1)運用速算法計算控制點，待液位上升至新的控制點附近，手動強制打開聯鎖閥XCV53105；2)通知儀表人員對LT53105A/B進行強制保養；3)根據LT53105的指示值手動控制調節閥LT53105A/B，使其保持在控制點附近；4)儀表人員接到維修指令，立即趕赴現場，填好作業票，與工藝溝通將要打隔離液的液位計切出控制回路；5)關閉已切出液位計正負壓取壓閥1和1′，打開放空閥3和3′，排放引線內液體(排液時一定要注意安全，站在上風口，慢開排污閥，用排污桶接排放物)；6)排凝完全后，將手壓泵連至負壓排凝口，關閉負壓引線閥2′，打開變送器三閥組平衡閥及正負壓閥，經過變送器給正壓引線打隔離液；7)打開頂部排放閥5，當頂部排放口有液體流出時，微微開啟正壓排污閥，排放隔離液，直到無氣泡排出，流出液流動穩定，關閉正壓排污閥3，繼續給正壓引線打壓，上部排放口有液體再次排出時，關閉排放閥5，繼續用手壓泵打壓，憋壓到>5.0 MPa，微微打開上部排放閥排出氣泡，這樣反復3次即可，最后一次憋壓后，關閉正負壓引線平衡閥4，關閉變送器三閥組；8)打開負壓引線閥2′，用同樣的方法給負壓引線打隔離液，最后一次憋壓后，迅速關閉負壓引線排污閥3′；9)確認所有排放閥全部關死后，打開正負壓取壓閥1和1′，并投用差壓液位計；10)觀察液位指示，若指示穩定，無較大波動，則說明該表維護后正常；11)2臺液位計都維護正常后交工藝投用；12)工藝投用液位后，觀察運行1 h，投用聯鎖。

上述步驟1～步驟3和步驟12由工藝人員操作，步驟4～步驟11由儀表人員操作。

3.2 熱高分液位的維護建議

熱高分、熱低分把加氫裂化裝置分為高壓及低壓兩部分，所以熱高分是關系裝置安全的重要節點，維護好熱高分儀表是日常維護的重點工作。具體檢查總結如下：1)日常巡檢檢查LT53105A/B伴熱是否正常，防止儀表凍凝引起聯鎖；2)觀察示值是否在工藝控制點附近，2臺儀表指示有無較大偏差，如果偏差較大就應強制維護；3)實踐證明，采用硅油后該液位可正常指示2個月以上，而工藝操作波動和非計劃停工都會引起該液位指示不準，所以為了確保裝置安全，建議每月進行一次強制維護；4)檢查儀表防爆膠泥是否有脫落，防止水侵入損壞儀表而引起事故；5)檢查調節閥及自保閥氣路是否正常；6)對現場聯鎖執行機構XCV53105進行自保閥試驗， 確保在緊急狀態下閥動作正常。

4 結語

加氫裂化裝置是本公司危險級別最高的裝置，儀表的正常指示和正確動作，直接關系到裝置的安全和生產的順利進行。本文通過分析熱高分液位故障現象，結合液位測量原理，總結了發生液位虛高的原因，對儀表測量系統進行了改進，確定了定期強制維護的方案，取得了較好的效果。同時，本文針對液位可能發生的虛高故障，制定了應急處置方案，希望在第一時間做到正確、有效地處理故障，保證裝置的安全、平穩運行。

[1] 韓崇仁. 加氫裂化工藝與工程[M]. 北京：中國石化出版社, 2001.

[2] 聶華,李衛,首曉潔,等.差壓式液位計取壓方法的研究[J].石油工程建設,2010(1):137-138.

[3] 胡忠澤.差壓法測量液位問題探討[J].石油化工自動化,2001(6):60-61,63.

[4] 左國慶，明賜東.自動化儀表故障處理[M].北京：化學工業出版社，2003.

責任編輯鄭練

TheInterlockReasonAnalysisofArousetheHighLiquidoftheHydrogenationCrackTurnsHotHighPressureSeparationMachineisDeceitfulandMaketheCountermeasure

HAN Hongzhe1,2, YANG Miao2

(1.PetroChina Changqing Petrochemical Company, Xianyang 712000, China; 2.Xi’an Petroleum Institute, Xi’an 710065, China)

The hydrogenation crack turns device is the most dangerous one in PetroChina Changqing Petrochemical Company, and it is operated in the heat, high pressure, face hydrogen and poison to lie quality environment, so the state of device is directly relate to device of safety and production of smoothly progress. This text introduces hydrogenation to split masquerade to place hot the gauge of the high mark system allocation, control the back track and ally lock constitute. Througb an analytical hot high mark in liquid breakdown phenomenon, combined liquid diagraph principle, tally up the reason of high living liquid. To the problem, the measure is propesed to improve and guard against a project, and draw up support of project of emergency when meeting an emergency and handling procedure and periodically compulsorily. Obtain better effect in the fulfillment.

the hydrogenation crack turns, hot high pressure separation machine, the deceitfully high liquid, countermeasure

TE 966

:B

韓鴻哲(1980-)，男，工程師，在職碩士研究生，主要從事加氫裂化、連續重整等裝置儀表自動化的維護和管理等方面的研究。

2015-03-06