利用雷达液位计与差压式液位计测量差值估算回收丁二烯纯度

丁志勇 胡玮

摘 要： 为提高单体利用率，单体贮存和掺混单元接收的回收丁二烯经沉降排水之后与新鲜丁二烯掺混到目标浓度供聚合反应使用。介绍丁苯橡胶装置单体贮存和掺混岗位利用雷达液位计与差压式液位计的测量液位差估算回收丁二烯纯度，大大减小了测量误差，提高生产效率。

关 键 词：雷达液位计；差压液位计；液位差；回收丁二烯

中图分类号：TQ 221.22 文献标识码： A 文章编号： 1671-0460（2015）10-2425-03

Estimating the Purity of Recycled Butadiene Based on Measurement Difference of Radar Level Gauge and Differential Pressure Type Level Gauge

DING Zhi-yong ，HU Wei

（Fushun Petrochemical Company Olefins Plant， Liaoning Fushun 113004，China）

Abstract： In order to improve the utilization rate of monomer， recovered butadiene is always dehydrated by sedimentation，and then it is mixed with fresh butadiene to reach the target concentration for the polymerization reaction. In this paper， during monomer storage and blending in styrene butadiene rubber device， the purity of recycled butadiene was estimated based on liquid level measurement difference of radar level gauge and differential pressure type level gauge measurement， which could greatly reduce the measurement error and improve production efficiency.

Key words： Radar level gauge； Differential pressure type level gauge； Liquid level difference ； Recycling of butadiene

目前，低温乳液聚合法生产丁苯橡胶的工艺转化率大多控制在（62±2）%，即使当生产高转化率时控制在70%左右，也会有大约30%的未参与反应的单体需在单体回收单元进行回收，回收之后的丁二烯和苯乙烯送回单体贮存和配置单元分别贮存。为提高单体利用率，回收丁二烯经沉降排水之后与新鲜丁二烯掺混到目标浓度供聚合反应使用。丁苯橡胶装置单体贮存及配制单元的丁二烯采用球罐贮存，在球罐顶部安装雷达液位计，底部安装差压式液位计。生产过程中，发现回收丁二烯贮罐雷达液位计与差压式液位计测量出的液位数值总是存在一定的差值，并且前者数值小于后者，这是由于二者工作原理不同造成的。经生产实践发现，利用雷达液位计与差压式液位计工作原理的不同测量出回收丁二烯的液位差，可以用于判断回收丁二烯的含水量多少，粗略估算回收丁二烯的纯度[1-4]。

1 雷达液位计和差压式液位计在回收丁二烯贮罐容器上的应用

丁苯橡胶装置单体贮存及配制单元的回收丁二烯采用球罐贮存，在球罐顶部安装雷达液位计，底部安装差压式液位计。生产过程中，发现雷达液位计与差压式液位计测量出的液位总是存在一定的差值。下面先介绍两种液位计的工作原理，再分析两种液位计差值产生的原因。

1.1 雷达液位计和差压式液位计的工作原理

下面分别简述雷达液位计和差压式液位计的工作原理。

1.1.1 雷达液位计工作原理

雷达液位计工作原理，利用超高频电磁波经天线向被测量容器液面发射，当电磁波碰到液面后反射回来，检测出发射波与回波的时间差，即可计算出液面高度。天线接收反射的微波脉冲并将其传输给电子线路，微处理器对此信号进行处理，识别出微脉冲在物料表面所产生的回波。正确的回波信号识别由智能软件完成，精度可达到毫米级。距离物料表面的距离D与脉冲的时间行程T成正比：D=C×T/2 其中C为光速，因空罐的高度L1已知，则液位L2为：L2= L1-D

雷达液位计检测部分由电子部件、波导连接器、安装法兰及喇叭形天线组成，如图1所示，需安装在设备的顶部。

图1 雷达液位计图

Fig.1 Radar level gauge image

雷达液位计基本不受气体、真空、高温、压差变化、气泡等影响，适用于易燃易爆、腐蚀性介质液位的测量，测量精度能达到1 mm。

1.1.2 差压式液位计工作原理

差压式液位计利用静压原理测量液位，根据静力学原理，ΔP=PB-PA=ρgh， 由于液体密度ρ一定，故压差与液位成一一对应关系，知道了压差就可以求出液体的高度。差压变送器测量液位是建立在被测量液体密度不变的基础上的，密度变化会影响测量结果。在使用差压式液位计测量时，要注意零液位与检测仪表取压口（差压式液位计的正压室）保持在同一水平高度，否则会产生附加的静压误差。差压式液位计通常是测量密闭容器的液位高度的，而密闭容器内部有两个压力（内部气压+液位压力），而我们需求的是真实的液位压力，需由底部正压侧的压力减去顶部负压侧的气相压力，所以负压室须与容器上部的气压相连。

1.2 雷达液位计和差压液位计测量值不一致原因分析

由雷达液位计工作原理可以知道，雷达液位计测量出的回收丁二烯球罐液位是容器内液体的真实液位。但由于回收丁二烯带水量较多，水与丁二烯之间的相溶性较差，经一段时间沉降之后，丁二烯油相与水相出现分层。雷达液位计测量出的液位值实际上为容器内丁二烯油相与水相液位之和，容器内丁二烯自身的液位要小于雷达液位计测量值。

差压式液位计测量液体时是基于液体密度为某一定值而测量的，对于单一液体或者混合均匀的液体而言，差压式液位计测量出的液位是贮罐内液体的真实液位。对于丁二烯和水这两种相溶性不高，密度有一定差别，经过一段时间沉降之后容易分层的混合液体来讲，差压式液位根据差压原理计算出的液位值实际是两种液体共同的静压差计算出的液位。

1.3 应用要求

（1）确保雷达液位计、差压式液位计位置安装正确。

（2）确保使用过程中液位计好用，测量值准确，出现失灵现象时及时进行处理。

2 利用雷达液位计和差压式液位计测量值估算回收丁二烯纯度

2.1 公式推导

以下对回收丁二烯纯度的估算是基于如下事实及假设：丁二烯与水相溶性较差，经过一段时间沉降之后两者易分离。在储罐接收物料过程中，假定回收丁二烯贮罐垂直高度上有无数个丁二烯油层和水层交替组成。

设丁二烯油层总高度为L1，水层总厚度L2，雷达液位计测量值为A， 差压式液位计测量值为B，室温下，水与丁二烯密度比值取1.62。

由雷达液位计工作原理：L1+ L2=A

由差压式液位计工作原理：L1+ 1.62L2=B

可求得：L2=（B- A）/0.62

L1=（1.62A-B）/0.62

丁二烯纯度为：（1.62A-B）/0.62B

2.2 测量数据计算及修正

下面选取某段时间的回收丁二烯贮罐的雷达液位计和差压式液位计测量典型值进行运算，并与取样分析值进行对比， 数据见表1。

表1 测量数据以及计算结果

Table 1 Measurement data and calculated results

序号 雷达液位

计测量值 差压液位

计测量值 公式

计算值 修正量 修正后

计算值 分析值

4-26 55.6 62.5 82.4 83.98

4-29 65.5 74.2 81.3 82.07

5-7 60.4 67.5 83.2 83.42

5-22 52 58.7 81.5 80.57

5-29 45.6 52.1 80 79.75

5-31 46.2 53 79.3 78.21

5-24 43 49.7 78.4 -1 81.6 81.92

5-26 37 43.3 75.6 -1 80.4 80.71

5-21 34.3 40.3 76.2 -1 80.2 81.3

5-23 25.9 32.1 69.1 -2 79.1 80.46

2.3 公式应用过程中存在的不足与计算修正

生产实践中发现，当回收丁二烯贮罐液位较低时，利用雷达液位计与差压液位计测量差值直接计算出的丁二烯浓度与取样分析值存在较大的差，分析原因可能由球罐特点导致。公式计算中是引用的是雷达液位计与差压液位计测量高度进行运算的。水与丁二烯相溶性较低，由分层导致的水层在下部油层在上部，水层横截面积小于油层横截面积，尤其当贮罐液位太低时，利用上述公式估算浓度时会存在较大的偏差。当贮罐液位低于50%，上述表格中对测量差值进行了一定修正，可以看到修正之后的数值与分析值比较接近。

3 优点和不足之处

（1）雷达液位计和差压式液位计的测量值均反映的是垂直高度上液体的高度，因此操作人员可以通过比较雷达液位计和差压式液位计的测量差值大小，较直接的判断回收丁二烯贮罐内含水量的多少，及时进行排水操作。同时，也可给单体回收岗位反馈一定的信息：本单元工艺是否存在异常现象。

（2）当球罐内液体液位在35%～75%时，公式计算的值与取样分析值相差较小，而当球形贮罐内液体液位较低时，需要对测量差值进行一定的修正。

（3）从目前的实践经验来看，该方法可以作为取样分析方法的补充手段，不可以完全代替取样分析。

（4） 当回丁纯度较高时，如90%以上时，由公式估算出的回收丁二烯浓度与取样分析值存在相对大的差值，需要改变计算方式。当回丁纯度较高时，可近似采用A/B估算其浓度。

4 结束语

由于球形贮罐在不同高度上横截面积大小不一样，不能利用两种液位计的测量差准确估算丁二烯的纯度。相比与球形液体贮罐，当雷达液位计和差压液位计配合使用在横截面积一定或变化很小的液体贮罐时，可以更准确根据测量值计算两种不相溶液体各自的含量。

参考文献：

[1] 刘大华，龚光碧，刘吉平，等.乳液聚合丁苯橡胶[M]. 北京：中国石化出版社，2011.

[2] 章龙江，龚光碧. 丁二烯安全生产理论与实践[M]. 北京： 化学工业出版社，2010.

[3] 王锡玉，焦永红. 合成橡胶生产工[M]. 北京： 化学工业出版社，2005.

[4] 张雪梅，傅颖.聚合工艺作业[M]. 江苏： 中国矿业大学出版社，2013.

（上接第2424页）

烧焦过程中采用降低蒸汽用量和提高空气用量的方法，增加炉管内氧气含量，达到快速烧焦的目的。烧焦末期提高COT温度、空气用量和蒸汽用量，目的是将急冷换热器进行充分烧焦，管内介质流速增大可以将没有发生化学反应的焦粒带出（图5）。

两种烧焦方案下，整个烧焦过程的对比情况见表3。

表3 烧焦参数对比

Table 3 Comparison of decoking parameters

项目 时间/h 蒸汽/t 空气/t 燃料气/t 能耗/（kg标油·t-1*）

原方案 40 1 904 192.8 136 75.9

方案一 36 1 194 714 122 67.8

方案二 30 872 198.4 98 58.2

备注：*以乙烯产量为100 t/h为基准衡量烧焦能耗。

由表3可以看出，优化后的烧焦方案二将烧焦时间缩短至30 h，整个烧焦过程减少10 h。空气用量基本保持一致，仅增加5.6 t。与原方案相比，蒸汽用量降低54.2%。同样由于烧焦时间的缩短和蒸汽用量的降低，烧焦过程燃料气的消耗也降低约38 t。优化后的烧焦方案二将烧焦过程能耗由75.9 kg标油/t降低至58.2 kg标油/t，不仅做到节能降耗的目的，同时解决裂解炉在烧焦过程中的炉管堵塞问题。

5 结束语

抚顺乙烯在空气用量、烧焦温度和蒸汽用量三个方面，将蒸汽-空气烧焦工艺进行优化。优化后的烧焦方案将裂解炉烧焦时间缩短至30 h，降低烧焦过程中的物耗和能耗，同时解决烧焦初期炉管堵塞现象。但与国内其它装置相比，抚顺乙烯裂解炉烧焦工艺还有进一步优化的空间。

参考文献：

[1] 张玉明，程振民. 乙烯裂解炉的蒸汽-空气烧焦过程模拟[J]. 石油学报（石油加工），2003，19（2）：50-56.

[2] 王召，冀强，李建亮. SC-1型裂解炉空气-蒸汽烧焦方法研究与改进[J]. 乙烯工业，2012，24（2）：51-52.