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[摘 要]裂解炉是乙烯装置生产产品和消耗能源的重要工序之一，裂解炉控制系统对控制指标中的目标产品收率和调整产品结构起到决定性作用，而汽包液位测量准确直接影响控制的安全，精准测量汽包液位，还是保证裂解炉平稳运行的依据，增加运行时间，减少设备损失。在分析多年的裂解炉使用经验后，提出多项改进措施，即裂解炉汽包液位测量应用进行优化与改进。再取得良好效果的同时，分享改进的成功经验。
[关键词]乙烯裂解炉；液位测量；汽包
中图分类号：V973.25 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2017）20-0270-02
1 概述
某公司乙烯厂于1996年9月开车。是一家主要以石脑油、化工轻油和烷烃为原料，经高温裂解生产乙烯、丙烯及其他附属产品的单位，乙烯厂在1996年投产时包括乙烯和聚乙烯两套主装置，乙烯装置原有6台6万t/a PyroCrack 1-1型裂解炉。因调整了原料结构于2000年改造增加1台6万t/a PyroCrack 1-1 SR单侧型裂解炉。在2002年挖潜增效改造时将6台6万t/a PyroCrack 1-1型裂解炉单台生产产品能力提高到8万t/a。又因为要降低能耗，增加生产装置的竞争能力于2005年对乙烯装置进行了扩建改造，增加了3台12万t/a PyroCrack 1-1 SR型裂解炉。使乙烯装置生产能力由原来的30万t/a提高到了70万t/a。即目前乙烯厂乙烯装置现有6台8万t/a PyroCrack 1-1型裂解炉，1台6万t/a PyroCrack 1-1 SR单侧型裂解炉。 3台12万t/a PyroCrack 1-1 SR型裂解炉。
以上裂解炉均采用德国林德公司专利技术，石脑油是其中一种裂解原料，得到主要产品乙烯和丙烯的裂解反应在辐射段进行，对流段用于加热原料、稀释蒸汽、锅炉给水和高压蒸汽。
自1996年装置筹建和生产运行到现在，乙烯装置裂解炉包括三次建设（第一次6台，第二次1台，第三次3台）。共经历了2次大型改造（增加模块），小型改造不计其数，在生产运行中积累了丰富的经验。在各种控制指标中尤其以汽包液位的测量较为困难，其测量的精度直接影响生产运行和汽包的安全。
2 裂解炉（废热锅炉）液位控制指标
2.1 PyroCrack 1-1型
8万t/aPyroCrack 1-1型裂解炉主要控制指标汽包液位，现有液位测量点共6台安装如图1所示。分别为2台浮筒式液位变送器LICA0101、LI0101，1台平衡容器式液位变送器LSZA0102A，3台浮球式液位开关LZA0103、LZA0103A、LZA0103B。
2.2 PyroCrack 1-1 SR型
12万t/aPyroCrack 1-1 SR型裂解炉主要控制指标汽包液位，现有液位测量点共6台安装如图2所示。分别为2台浮筒式液位变送器LT08001、LT08003，1台隔离罐式液位变送器LT08002，3台浮球式液位开关LS08004A、LS08004B、LS08004C。
在2015年对3台12万t/aPyroCrack 1-1 SR型裂解炉汽包液位上的6台浮筒进行了改造，拆除浮筒，安装平衡容器式差压变送器液位测量。
2.3 汽包液位测量
在裂解炉控制系统中，主要依据液位的测量值组成多变量控制系统，最终表现为上水阀门开或关。以保证裂解炉汽包液位目标值在控制指标范围内。
2.3.1 浮筒式测量
浮筒式液位变送器测量原理为浸在被测液体中的浮子挂在扭力管心轴一端，测量扭力管心轴另一端的角度变化，扭力管外壳固定
2.3.2 隔离罐式测量
使用隔离罐将被测介质与变送器测量室分隔开，被测压力经隔离液传导压力。可以使用单隔离罐和双隔离罐。
2.3.3 平衡容器式测量
使用两个测量室相同温度的测量单元，即将被测压力进入到一个测量容器内。
3 上文所述液位测量优缺点
3.1 浮筒式测量
3.1.1 优点
浮筒式液位变送器在常规液位测量中处于首选位置，其具有安装方便，校验简单，性能可靠，等特点，被用户普遍采用。
3.1.2 缺点
浮筒式液位变送器在汽包使用浮筒测量液位，使用工况是工艺介质为高温水，温度380℃，密度为650kg/m3。压力12.6MPa。理论制造扭力管金属Incone l600在这个环境下不存在形变，即冷态校验后使用在正常工况时没有系统误差。
3.1.2.1 在实际使用中对三个厂家的浮筒进行考核，考核的结果如下：
阿尔卡特浮筒，型号为BIA401，压力为ANSI1500LB，RJ法兰，测量范围0～500mm，测量控制点50%，高温误差为-10%。
东京计装浮筒，型号为FST3000，压力为ANSI1500LB，RF法兰，测量范围0～1200mm，测量控制点75%，高温误差为-30%。
梅索尼蓝浮筒，型号为12300，压力为ANSI1500LB，RF法兰，测量范围0～1200mm，测量控制点75%，高温误差为-30%。
3.1.2.2 外漏故障：
阿尔卡特浮筒，型号為BIA401，压力为ANSI1500LB，RJ法兰，法兰材质分为不锈钢和碳钢两种，不锈钢使用效果较碳钢好，碳钢则多次出现密封面泄露，其泄露原因为工艺控制操作周期运行，致使仪表周期性温差变化导致夹持螺栓扭力变化较大，另一个是碳钢材质，高温时腐蚀严重。
东京计装浮筒，型号为FST3000，压力为ANSI1500LB，RF法兰，法兰材质分为不锈钢和碳钢两种，不锈钢使用效果较碳钢好，碳钢则多次出现密封面泄露，其泄露原因为工艺控制操作周期运行，致使仪表周期性温差变化导致夹持螺栓扭力变化，另一个是碳钢材质ANSI1500LB，RF法兰密封面出现弯曲沟槽形损坏且频繁出现。 3.2 隔离罐式测量
3.2.1 优点
变送器测量室不与工艺介质直接接触，过程连接采用螺纹或焊接形式。
3.2.2 缺点
冬季仪表需要保温伴热，春秋季节环境温差变化引起仪表显示系统误差。
3.3 平衡容器式测量
3.3.1 优点
变送器测量室不与工艺介质直接接触，对于春秋季节环境温度变化特性良好，过程连接采用螺纹或焊接形式。
3.3.2 缺点
冬季仪表需要保温伴热。
4 对于故障仪表采取的措施
4.1 PyroCrack 1-1使用的液位变送器
针对生产中出现的问题，阿尔卡特浮筒，型号为BIA401，对于外漏故障，采取解体重新加工处理RJ法兰密封面措施。
4.2 PyroCrack 1-1 SR使用的液位变送器
针对生产中出现的问题，东京计装浮筒，型号为FST3000，对于外漏故障，采取解体重新加工处理RF法兰密封面措施；对于显示系统误差，采取扭力管温度补偿，在软件中对扭力管曲线进行修正措施。
4.3 对于故障仪表采取措施后无法避免的故障和费用
阿尔卡特浮筒，型号为BIA401，多次拆装，造成变送器机械部件连接故障，引起不确定的系统误差，严重时仪表无法投用，更换备件，维修时只能解体进行系统调校，频繁拆装，造成人力及物力浪费和生产隐患。
东京计装浮筒，型号为FST3000，多次拆装，因仪表位置、体积、重量等原因使用大型机械设备造成施工费用超标；软件修正复杂且耗费时间；扭力管测温点温度补偿不能完全克服环境温度变化引起的变送器显示系统误差。
5 换型改造
依据8万t/aPyroCrack 1-1型裂解炉原设计使用的平衡容器式测量室差压变送器式液位变送器。
2015年检修期间，实施换型改造将六台东京计装浮筒，型号为FST3000，压力为ANSI1500LB，RF法兰，测量范围0～1200mm，更换为平衡容器测量室差压变送器式液位变送器。
5.1 仪表参数
工艺参数：
工艺介质：常温水，密度970kg/m3。380℃高温水，温度380℃，密度650kg/m3。380℃蒸汽，密度72kg/m3。
5.2 平衡容器
根据工艺参数、仪表范围0～1200mm定制平衡容器。工艺连接到原浮筒连接，方式采用焊接，
5.3 引压管、截止阀和变送器
管件采用焊接连接方式。截止阀采用高温高压焊接阀门。变送器采用高压变送器，量程为0～10kPa，带三阀组。
5.4 保温措施
实施双表冗余保温设置，避免一条保温回路故障时造成仪表假指示。
5.5 仪表标定
量程设置上限为0kPa。下限根据连接不同设置不同，正压室连接平衡容器定量室650kg/m3*10N/kg*1.2m-72kg/m3*10N/kg*1.2m=7.8kPa-0.8kPa=7kPa；负压室连接平衡容器定量室72kg/m3*10N/kg*1.2m-650kg/m3*10N/kg*1.2m=0.8kPa-7.8kPa=-7kPa；
特别强调一点，实际仪表设置要根据现场玻璃板液位进行二次标定，因差压变送器的静压误差决定二次标定與计算数据的偏差值。
6 结论
6.1 换型改造结论
自2015年6月将六台浮筒式汽包液位更换为平衡容器测量室差压变送器式液位变送器后，经过两年的数据分析，得出如下结论，变送器指示值控制的汽包液位趋势稳定，仪表维修工作量降低到0次/年。
6.2 汽包液位测量结论
使用工况是工艺介质为高温水，温度380℃，密度为650kg/m3，压力12.6MPa工况，笔者建议使用单位在建设时选择仪表类型避免使用浮筒和隔离罐式测量方式，宜选用平衡容器测量室差压变送器式液位变送器。
参考文献
[1] 某公司乙烯厂乙烯装置工艺流程图[P].PIPING AND INSTRUMENT DIAGRAM，700000 MTPA ETHYLENE PLANT，LIST OF DOCUMENTS I，29.09.2004 END OF BASIC ENGINEERING。
[2] 乙烯厂记录表[R].裂解2015，1-12，2016，1-12，2017，1-4。
作者简介
吴振坤，1972年03月25日出生，男，籍贯吉林省吉林市，中国石油吉林石化分公司乙烯厂仪表车间，工程师，从事技术管理和设备管理。
[关键词]乙烯裂解炉；液位测量；汽包
中图分类号：V973.25 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2017）20-0270-02
1 概述
某公司乙烯厂于1996年9月开车。是一家主要以石脑油、化工轻油和烷烃为原料，经高温裂解生产乙烯、丙烯及其他附属产品的单位，乙烯厂在1996年投产时包括乙烯和聚乙烯两套主装置，乙烯装置原有6台6万t/a PyroCrack 1-1型裂解炉。因调整了原料结构于2000年改造增加1台6万t/a PyroCrack 1-1 SR单侧型裂解炉。在2002年挖潜增效改造时将6台6万t/a PyroCrack 1-1型裂解炉单台生产产品能力提高到8万t/a。又因为要降低能耗，增加生产装置的竞争能力于2005年对乙烯装置进行了扩建改造，增加了3台12万t/a PyroCrack 1-1 SR型裂解炉。使乙烯装置生产能力由原来的30万t/a提高到了70万t/a。即目前乙烯厂乙烯装置现有6台8万t/a PyroCrack 1-1型裂解炉，1台6万t/a PyroCrack 1-1 SR单侧型裂解炉。 3台12万t/a PyroCrack 1-1 SR型裂解炉。
以上裂解炉均采用德国林德公司专利技术，石脑油是其中一种裂解原料，得到主要产品乙烯和丙烯的裂解反应在辐射段进行，对流段用于加热原料、稀释蒸汽、锅炉给水和高压蒸汽。
自1996年装置筹建和生产运行到现在，乙烯装置裂解炉包括三次建设（第一次6台，第二次1台，第三次3台）。共经历了2次大型改造（增加模块），小型改造不计其数，在生产运行中积累了丰富的经验。在各种控制指标中尤其以汽包液位的测量较为困难，其测量的精度直接影响生产运行和汽包的安全。
2 裂解炉（废热锅炉）液位控制指标
2.1 PyroCrack 1-1型
8万t/aPyroCrack 1-1型裂解炉主要控制指标汽包液位，现有液位测量点共6台安装如图1所示。分别为2台浮筒式液位变送器LICA0101、LI0101，1台平衡容器式液位变送器LSZA0102A，3台浮球式液位开关LZA0103、LZA0103A、LZA0103B。
2.2 PyroCrack 1-1 SR型
12万t/aPyroCrack 1-1 SR型裂解炉主要控制指标汽包液位，现有液位测量点共6台安装如图2所示。分别为2台浮筒式液位变送器LT08001、LT08003，1台隔离罐式液位变送器LT08002，3台浮球式液位开关LS08004A、LS08004B、LS08004C。
在2015年对3台12万t/aPyroCrack 1-1 SR型裂解炉汽包液位上的6台浮筒进行了改造，拆除浮筒，安装平衡容器式差压变送器液位测量。
2.3 汽包液位测量
在裂解炉控制系统中，主要依据液位的测量值组成多变量控制系统，最终表现为上水阀门开或关。以保证裂解炉汽包液位目标值在控制指标范围内。
2.3.1 浮筒式测量
浮筒式液位变送器测量原理为浸在被测液体中的浮子挂在扭力管心轴一端，测量扭力管心轴另一端的角度变化，扭力管外壳固定
2.3.2 隔离罐式测量
使用隔离罐将被测介质与变送器测量室分隔开，被测压力经隔离液传导压力。可以使用单隔离罐和双隔离罐。
2.3.3 平衡容器式测量
使用两个测量室相同温度的测量单元，即将被测压力进入到一个测量容器内。
3 上文所述液位测量优缺点
3.1 浮筒式测量
3.1.1 优点
浮筒式液位变送器在常规液位测量中处于首选位置，其具有安装方便，校验简单，性能可靠，等特点，被用户普遍采用。
3.1.2 缺点
浮筒式液位变送器在汽包使用浮筒测量液位，使用工况是工艺介质为高温水，温度380℃，密度为650kg/m3。压力12.6MPa。理论制造扭力管金属Incone l600在这个环境下不存在形变，即冷态校验后使用在正常工况时没有系统误差。
3.1.2.1 在实际使用中对三个厂家的浮筒进行考核，考核的结果如下：
阿尔卡特浮筒，型号为BIA401，压力为ANSI1500LB，RJ法兰，测量范围0～500mm，测量控制点50%，高温误差为-10%。
东京计装浮筒，型号为FST3000，压力为ANSI1500LB，RF法兰，测量范围0～1200mm，测量控制点75%，高温误差为-30%。
梅索尼蓝浮筒，型号为12300，压力为ANSI1500LB，RF法兰，测量范围0～1200mm，测量控制点75%，高温误差为-30%。
3.1.2.2 外漏故障：
阿尔卡特浮筒，型号為BIA401，压力为ANSI1500LB，RJ法兰，法兰材质分为不锈钢和碳钢两种，不锈钢使用效果较碳钢好，碳钢则多次出现密封面泄露，其泄露原因为工艺控制操作周期运行，致使仪表周期性温差变化导致夹持螺栓扭力变化较大，另一个是碳钢材质，高温时腐蚀严重。
东京计装浮筒，型号为FST3000，压力为ANSI1500LB，RF法兰，法兰材质分为不锈钢和碳钢两种，不锈钢使用效果较碳钢好，碳钢则多次出现密封面泄露，其泄露原因为工艺控制操作周期运行，致使仪表周期性温差变化导致夹持螺栓扭力变化，另一个是碳钢材质ANSI1500LB，RF法兰密封面出现弯曲沟槽形损坏且频繁出现。 3.2 隔离罐式测量
3.2.1 优点
变送器测量室不与工艺介质直接接触，过程连接采用螺纹或焊接形式。
3.2.2 缺点
冬季仪表需要保温伴热，春秋季节环境温差变化引起仪表显示系统误差。
3.3 平衡容器式测量
3.3.1 优点
变送器测量室不与工艺介质直接接触，对于春秋季节环境温度变化特性良好，过程连接采用螺纹或焊接形式。
3.3.2 缺点
冬季仪表需要保温伴热。
4 对于故障仪表采取的措施
4.1 PyroCrack 1-1使用的液位变送器
针对生产中出现的问题，阿尔卡特浮筒，型号为BIA401，对于外漏故障，采取解体重新加工处理RJ法兰密封面措施。
4.2 PyroCrack 1-1 SR使用的液位变送器
针对生产中出现的问题，东京计装浮筒，型号为FST3000，对于外漏故障，采取解体重新加工处理RF法兰密封面措施；对于显示系统误差，采取扭力管温度补偿，在软件中对扭力管曲线进行修正措施。
4.3 对于故障仪表采取措施后无法避免的故障和费用
阿尔卡特浮筒，型号为BIA401，多次拆装，造成变送器机械部件连接故障，引起不确定的系统误差，严重时仪表无法投用，更换备件，维修时只能解体进行系统调校，频繁拆装，造成人力及物力浪费和生产隐患。
东京计装浮筒，型号为FST3000，多次拆装，因仪表位置、体积、重量等原因使用大型机械设备造成施工费用超标；软件修正复杂且耗费时间；扭力管测温点温度补偿不能完全克服环境温度变化引起的变送器显示系统误差。
5 换型改造
依据8万t/aPyroCrack 1-1型裂解炉原设计使用的平衡容器式测量室差压变送器式液位变送器。
2015年检修期间，实施换型改造将六台东京计装浮筒，型号为FST3000，压力为ANSI1500LB，RF法兰，测量范围0～1200mm，更换为平衡容器测量室差压变送器式液位变送器。
5.1 仪表参数
工艺参数：
工艺介质：常温水，密度970kg/m3。380℃高温水，温度380℃，密度650kg/m3。380℃蒸汽，密度72kg/m3。
5.2 平衡容器
根据工艺参数、仪表范围0～1200mm定制平衡容器。工艺连接到原浮筒连接，方式采用焊接，
5.3 引压管、截止阀和变送器
管件采用焊接连接方式。截止阀采用高温高压焊接阀门。变送器采用高压变送器，量程为0～10kPa，带三阀组。
5.4 保温措施
实施双表冗余保温设置，避免一条保温回路故障时造成仪表假指示。
5.5 仪表标定
量程设置上限为0kPa。下限根据连接不同设置不同，正压室连接平衡容器定量室650kg/m3*10N/kg*1.2m-72kg/m3*10N/kg*1.2m=7.8kPa-0.8kPa=7kPa；负压室连接平衡容器定量室72kg/m3*10N/kg*1.2m-650kg/m3*10N/kg*1.2m=0.8kPa-7.8kPa=-7kPa；
特别强调一点，实际仪表设置要根据现场玻璃板液位进行二次标定，因差压变送器的静压误差决定二次标定與计算数据的偏差值。
6 结论
6.1 换型改造结论
自2015年6月将六台浮筒式汽包液位更换为平衡容器测量室差压变送器式液位变送器后，经过两年的数据分析，得出如下结论，变送器指示值控制的汽包液位趋势稳定，仪表维修工作量降低到0次/年。
6.2 汽包液位测量结论
使用工况是工艺介质为高温水，温度380℃，密度为650kg/m3，压力12.6MPa工况，笔者建议使用单位在建设时选择仪表类型避免使用浮筒和隔离罐式测量方式，宜选用平衡容器测量室差压变送器式液位变送器。
参考文献
[1] 某公司乙烯厂乙烯装置工艺流程图[P].PIPING AND INSTRUMENT DIAGRAM，700000 MTPA ETHYLENE PLANT，LIST OF DOCUMENTS I，29.09.2004 END OF BASIC ENGINEERING。
[2] 乙烯厂记录表[R].裂解2015，1-12，2016，1-12，2017，1-4。
作者简介
吴振坤，1972年03月25日出生，男，籍贯吉林省吉林市，中国石油吉林石化分公司乙烯厂仪表车间，工程师，从事技术管理和设备管理。