低溫甲醇洗放空氣洗滌塔水封液位偏差的分析

白國偉

（呼倫貝爾金新化工有限公司設備管理中心）

低溫甲醇洗裝置是利用粗煤氣中不同組分的選擇性吸收這一特性，脫除粗煤氣中的酸性氣體，以達到凈化粗煤氣的目的，這屬于物理吸收過程，是一種比較先進的氣體凈化工藝，應用較為廣泛。 尾氣則送到放空氣洗滌塔中洗滌脫除夾帶的甲醇后送至VOCs處理裝置。

放空氣進入放空氣洗滌塔之前，設計有水封管線，防止塔內壓力過高，氣體沖破水封，直接放空。水封管液位投用之初最高顯示60%多的液位，冬季運行時， 曾出現測量管線伴熱不佳的情況。拆下液位計檢查發現膜盒完好，打開負相根部截止閥，無氣體冒出，用軟管從負相根部閥插入水封管攪動后，液體逐漸流出。 回裝儀表后液位顯示正常，但液位有緩慢下降的趨勢，每小時降幅在5%左右，由此懷疑管道內有結冰堵塞現象。 將根部閥換成夾套截止閥后， 液位長期顯示在30%左右。

1 測量原理

1.1 工藝描述

粗煤氣進入低溫甲醇洗工段，富H2S甲醇液通過再吸收塔后，CO2/N2放空氣進入放空氣洗滌塔洗滌， 使CO2/N2放空氣中的甲醇含量降低到環保水平，同時減少工藝甲醇損失。 CO2/N2放空氣從放空氣洗滌塔頂部送至VOCs處理裝置，其工藝流程如圖1所示。

圖1 放空氣洗滌工藝流程

當循環甲醇中的NH3含量過高時， 工藝系統中可能出現銨鹽結晶物，極易堵塞細小的儀表測量管線，并且，公司所處的地理位置常年平均氣溫較低，加大了儀表防凍處理的難度。 因此，放空氣進入洗滌塔時設置了水封管，通過雙法蘭變送器LT41065測量水封管的液位， 洗滌塔內的液位通過LT41066雙法蘭變送器測量。

1.2 雙法蘭液位變送器的測量原理

雙法蘭液位變送器相當于將變送器測量元件中的隔離膜片延長到設備檢測點根部， 可以廣泛用于介質較臟、粘稠、腐蝕、結晶或存在嚴重相變的工況環境中。 變送器的膜盒經毛細管與變送器的測量室相通。 由膜盒、毛細管、測量室組成，封閉系統內充滿填充液，常用介質為硅油，通過硅油傳遞壓力，工作時被測介質作用在法蘭膜盒的隔離膜片上，使膜片產生變形，然后通過毛細管內的填充液將壓力傳遞到變送器的敏感元件上［1］。

液體中某一點的靜壓力與該點到液面的距離成正比，即p=ρgh，其中，p為被測點的壓力，ρ為介質密度，g為重力加速度，h為被測點到液面的高度。 由于已確定的被測介質密度ρ和重力加速度g為常數，因此，被測點到液面的距離只與被測點的壓力p有關［2］。雙法蘭液位變送器通過測量壓差，便可得出液位高度，經過相應的轉換，輸出4～20 mA電流信號。

2 可能出現液位偏高的原因

2.1 參數設置

測量水封管液位的雙法蘭變送器在安裝時如果對遷移量、測量范圍設置不準確，將會導致液位計測量錯誤。 結合原設計數據和現場安裝位置，變送器兩法蘭中心的間距h1=1020 mm，與設計數據1 000 mm基本相符。 零點是將兩法蘭放置在同一水平面上設置的，遷移量是現場安裝時正確讀出儀表的實際數據。 因此，僅從變送器兩法蘭的安裝位置來分析，參數設置無異常。

2.2 液位計的安裝位置

液位計的取壓口設置不正確， 偏離實際需要的測量范圍， 將會導致液位計無法達到或提前達到100%的顯示數據； 或者變送器法蘭在安裝連接時密封墊片偏離法蘭中心， 將會擠壓變送器膜片， 造成變送器測量不準確甚至損壞膜片。

2.3 測量管線伴熱效果

伴熱一般分為電伴熱和蒸汽伴熱兩種形式，對于尺寸較大的管線、根部閥等，選用蒸汽伴熱的效果更好。 甲醇洗裝置儀表伴熱蒸汽壓力在0.6 MPa，溫度在260 ℃左右。 儀表測量管線較長，導壓管與伴熱管未有效貼合，導壓管進入保溫箱的部位與伴熱管線存在伴熱死區，這將會增大凍堵的概率。 部分蒸汽伴熱管線由于疏水器堵死或管線較長而導致伴熱效果不佳，伴熱管線容易凍堵。

2.3.1 儀表根部伴熱

儀表根部取壓管及根部閥為DN75 mm，原設計采用?12 mm×1.5 mm的伴熱管在儀表根部閥外側伴熱， 管口較粗， 加之蒸汽伴熱效果不佳，經常出現凍堵現象，因此把根部閥換成了帶夾套伴熱的截止閥，蒸汽伴熱管更改為DN20 mm，重新整改蒸汽伴熱后， 伴熱效果明顯提高。 但是，蒸汽伴熱溫度較高，可能會影響儀表測量的準確性。

2.3.2 水封管線伴熱

水封管線為DN800 mm， 伴熱面積較大，而且， 水封管內的液體介質長期處于靜止狀態，受冬季極寒天氣影響， 水封管線內容易出現凍堵。 冬季氣溫較低時， 若水封管線的保溫措施存在缺陷， 在寒風的影響下， 也容易發生局部不熱的情況， 導致水封管內出現異常， 影響液位測量。

3 處理措施

3.1 準確設置儀表的測量范圍

水封管液位變送器負壓側法蘭安裝位置與放空氣進洗滌塔的管線中心在同一條水平線上，但是，因為放空氣進氣管線為DN800 mm，現場安裝管道規格為?813.0 mm×9.53 mm， 當往水封管線補液時，液位永遠不會達到100%，因為實際液位無法達到液位計的負壓側法蘭，將直接沿著放空氣進氣管線流入洗滌塔。

因此， 滿液位的實際高度應該為1020-813/2+9.53=623.03 mm，該高度與設計理論高度1 000 mm存在很大的偏差。 根據實際滿液位高度， 通過HART475或手操器對變送器LRV和URV兩個參數進行讀寫， 達到設置變送器測量上下限的目的。 修改液位變送器上的測量上限后儀表指示正常。

3.2 降低夾套閥伴熱蒸汽的溫度

冬季運行時， 水封管液位長期顯示在30%左右，補水測試液位變送器顯示逐漸增大，當液位顯示超過100%時，洗滌塔的液位顯示也在逐漸變大，說明水封管液位顯示正常，且水封管內補水已經溢流至洗滌塔。 但是一旦補水停止，水封管的液位將緩慢下降， 大約2 h后又降至30%左右，如圖2所示。

圖2 冬季補液后的液位測量趨勢記錄

現場檢查蒸汽夾套閥溫度過高，相當于在不斷地加熱夾套閥中的測量介質，降低了測量介質的密度，尤其是正相液體介質的密度。 當補液時，液體雖仍在加熱，但是持續補液，測量介質的溫度變化較小，因此補液時液位測量正常，打開部分保溫，關小蒸汽夾套閥的伴熱截止閥后液位顯示正常。

3.3 水封管線的防凍處理

加強對水封管的伴熱管理，采取對水封管線周圍多角度伴熱，增加伴熱輻射面積。 同時，對水封管外側重新保溫，增強保溫效果，避免水封管內出現凍堵或水封表面出現結冰現象，為儀表準確測量創造良好條件。

4 結束語

針對雙法蘭液位變送器的測量，結合現場實際安裝位置， 對儀表測量范圍進行準確設置，從而確保測量數據真實、有效。 對于公司所處的地理位置，介質在冬季的防凍措施是對設備維護人員的一大考驗，稍有疏忽或調節不及時，將會對測量設備或運行設備造成較大的損失。

夾套閥內伴熱蒸汽的溫度過高，通過調節夾套伴熱蒸汽截止閥的開度來控制伴熱蒸汽流量，以達到調節伴熱溫度的目的。 但是，在冬季漫長的北方，氣溫變化范圍較大，截止閥關得太小，可能會導致伴熱出現凍堵，開得過大，將影響儀表的準確測量，蒸汽截止閥的開度要根據氣溫的變化及時調整。 鑒于此種情況，也可以選用溫度較低的蒸汽對夾套閥伴熱。