磁翻板液位计配套于渣油加氢热高压分离器的故障案例分析

本文以某炼油厂3.3 Mt /a 渣油加氢装置中热高分罐磁翻板液位计和差压式液位计同时发生故障并安全处理的实例，分析其产生故障的原因是: 热高分液位过高; 磁浮子消磁; 差压式液位计伴热效果不好; 冲洗氢未投用等。提出预防热高分罐液位计失灵的五项措施: 严格投用仪表冲洗氢; 确保液位计保温、伴热良好; 定期检查、校验磁翻板液位计; 定期切换、校验热高分液控阀; 确保生产操作平稳。
 
某炼油厂3. 3 Mt /a 渣油加氢装置采用可实现单开单停的Ⅰ，Ⅱ两列反应系统，热高压分离器( 简称热高分) 设计温度为399 ℃，设计压力为18． 4 MPa，具有操作温度高、压力高，介质组分复杂，液位较易波动等特点。热高分主要用来分离反应生成的油和气，上部气相组分冷却后去冷高分，下部的反应生成油去热低分。热高分液位控制指标为50% ± 10%，液位过高，会导致油气分离效果不好，甚至将热高分油带入冷高分及其后路，导致冷高分界位无法控制，造成油水混合的事故; 液位过低，会导致热高分气窜入热低分，导致热低分安全阀起跳事故。热高分液位是通过罐底两组液控阀中其一控制，控制液位是通过罐侧三组差压式液位计测量。因此，热高分液位计的可靠性直接关系着渣油加氢装置高压系统到低压系统及冷高分和其后路的安全操作。
 
一、热高分液位计结构原理
     双系列渣油加氢装置热高分操作温度为330 ℃，罐内主要组分为加氢渣油及少量柴油、石脑油、氢气、硫化氢。共有四组液位计，一组磁翻板液位计，另三组是用于罐底两组液控阀液位测量变送的差压式液位计。各液位计都装有伴热系统。差压式液位计引压管终端膜盒处配有氢气吹扫管线。
 
1． 1 磁翻板液位计
     磁翻板液位计应用连通器原理和磁性耦合作用，以磁性浮子为感测原件，保证被测塔器与测量主导管内的液位相等，当测量主导管中的磁性浮子随被测液位上下变化时，浮子中的磁性体与指示面板上的红白指示球中的磁性体发生磁性耦合作用，使色柱翻转，白色表示无液，红色表示有液，红白交界处即为容器内实际液位，从而实现液位的清晰指示。图1 为热高分磁翻版液位计示意图。该液位计具有测量范围大，不受塔器高度限制，读数直观清晰，测量精度为± 10 mm; 机械式结构，安全可靠; 密封结合面少，不易泄漏; 指示部分与被测介质完全隔离; 结构简单，安装维护方便，且指示功能无须另外供电等优点。
 
1． 2 差压式液位计
       差压式液位计是根据流体静力学原理工作。差压式液位计是通过测量液位高度所产生的静压力来实现液位测量的。热高分内液位改变时，由液柱产生的静压也相应变化。图2 为热高分差压液位计液位变送示意图。将差压变送器的一端接液相，另一端接气相。液位高度计算公式如下。


ΔP = P1 － P2 = ρgH
式中: ΔP———热高分上部空间气相压力，kPa;
H———热高分中液位高度，m;
ρ———热高分中混合介质密度，kg /m3 ;
g———重力加速度，9.8 N/kg;
P1，P2———差压变送器正、负压室的压力， kPa。
 
当变送器的正取压口、液位零点不在同一水平面时，需要进行零点迁移。差压式液位计适用于有流动或波动的液体场合，适合黏度较小，较洁净的液体。


 
二、液位计故障及应急措施
        2016 年2 月10 日，3． 3 Mt /a 渣油加氢装置控制室内DCS 显示热高分液位非正常波动，且波动幅度较大，热高分液位波动见图3。现场检查热高分磁翻板液位计，发现为满量程的全部红色。热高分液控阀工作状况良好，阀位波动不大。热高分罐顶气相组分压力显示较平稳。


 
2． 1 生产处理
        在短时间内无法判断热高分真实液位的情况下，根据两列进料量均为150 t /h、两列热低分的液位趋势以及Ⅰ列热高分的液位趋势粗略估测Ⅱ列热高分的液位。用磁铁在磁翻板液位计主导管侧面滑动，检查确定磁浮子的具体位置，以此判断热高分的真实液位。当时装置区环境温度为7 ℃，考虑到温度较低，差压式液位计伴热、保温效果不好，用蒸汽对差压式液位计引压管进行吹扫暖管，以确保引压管内介质油流动状况良好。检查差压式液位计吹扫氢系统的使用情况，发现吹扫氢未投用。

 
2． 2 仪表检修
        逐一关闭三组差压式液位计引压管手阀，依次切除液位计。在液位计膜盒放空口接U 型放空管，开放空口处手阀，引冲洗氢对孔板后冲洗氢接管及膜盒进行简短吹扫( 氢气吹扫放空较危险，此法只限于平常快捷使用) 。关闭自新氢压缩机出口来的仪表冲洗氢手阀，拆冲洗氢注入导管上孔板处法兰，检查发现孔板面集有很多油污，遂对孔板进行清洗。从冲洗氢孔板法兰处引蒸汽对冲洗氢注入管线吹扫，从膜盒接口处排放，后用仪表风吹干。吹扫结果发现，冲洗氢管线中有较多的油污，判断是热高分油窜入冲洗氢管线所致。关闭磁翻板主导管上下连通管手阀，开启主导管下排液手阀，对主导管密闭排油。拆主导管下法兰，取出磁浮子检查，发现磁浮子只有1 /4 面磁性较强，其他面磁性很弱。更换新的磁浮子，投用磁翻板液位计主导管，用磁铁在磁翻板标尺面上来回刷动，使翻板恢复真实状态。
 
三、原因分析
( 1) 工艺操作上的波动导致热高分气相负荷过大，使得热高分液位波动大，磁翻板液位计主导管中的磁浮子被冲动，当磁浮子冲到主导管**时，磁翻板会显示满量程全红，后磁浮子急剧下落时，磁翻板未能翻动回白。
( 2) 装置运行过程中曾出现过热高分油、气分离效果不好，热高分气中夹带加氢重油致使冷高分及后路带入加氢渣油，界位失去控制，油水无法分离的事故。液位变送不真实，导致热高分罐底液控阀无法自动调节，真实液位超高或热高分罐内气相负荷过大是导致油、气分离效果不好的重要原因，也会导致磁浮子到达主导管**而出现磁翻板满量程的状况。
( 3) 磁浮子3 /4 面消磁，导致磁浮子和磁翻板不能发生良好的耦合作用，当热高分液位出现剧烈波动时，磁翻板翻动失效。
( 4) 差压式液位计引压管中及膜盒处存有热高分油( 大部分为加氢渣油) ，环境温度( 7 ℃ 左右) 较低时，差压式液位计伴热效果不理想，热高分油低温下黏度较大，流动性差，从而使液位变送不真实。
( 5) 差压式液位计冲洗氢未投用可导致液位变送失效。
 
四、 建议
( 1) 严格按照正确的方式投用液位计的仪表冲洗氢。如热高分罐进油前冲洗氢就要投用。热高分冲洗氢气的压力要高于热高分罐的操作压力和液位静压之和。
( 2) 热高分的液位计要做到伴热、保温良好。
( 3) 要定期检查磁翻板液位计的工作状况，用附带磁铁检查磁浮子的真实位置，与差压式液位计获取的液位进行比较、核对，确保仪表的可靠性与热高分液位的真实性。
( 4) 定期切换、校验两组热高分液控阀，定期检查液控阀定位器，确保其工作状况良好。
( 5) 生产操作上应尽量做到平稳，特别是热高分内气相负荷的稳定。如提、降反应进料要缓慢; 切换进料组成时，要尽量缓慢; 尽量控稳进料的组成和速率。

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