加氢裂化热高分液位周期性假指示研究与分析

李 云

(中国石化青岛炼油化工有限责任公司， 山东青岛 266500)

热高压分离器(以下简称热高分)是加氢裂化反应部分的关键设备，起到油、气分离的作用，操作温度一般为250～275 ℃，压力为13.5～14.0 MPa，涉及到高压临氢操作，操作条件比较苛刻。由于热高分底部下游设备为低压设备，操作压力为2.0～2.5 MPa，顶部为低温高压设备，因此热高分的液位控制非常重要，一旦液位计假指示导致油减空或油位过高甚至满罐，都有可能引发重大的事故。因此，热高分液位的精确测量非常重要。

热高分液位计目前采用较多的是配套高压注油、带引压管的差压式液位计以及双法兰液位计。但是，在实际生产中，热高分液位的测量一般只设远传液位计，不配套玻璃板作为液位指示。由于该部位设备无现场玻璃板作为液位校对，再加上该设备介质比较复杂易导致液位计故障，易出现假指示且不易被发现，存在较大的安全隐患。因此，有必要对热高分液位周期性假指示的原因进行研究与分析。

1 加氢裂化热高分液位计设置及测量原理

为确保热高分液位指示的可靠性及下游设备的安全，热高分液位测量一般采用带引压管的差压式液位计，热高分罐正负压开口各一组，一组开口配三路仪表测量引线，并配套高压连续注润滑油系统，保证能够有效隔离工艺介质串入仪表引压管内；为防止热高分由于液位减空导致高压窜低压事故的发生，热高分底部出口设置快速切断阀，当热高分液位低低联锁时关闭热高分底部出口切断阀。联锁回路采用三取二设计，液位控制回路可以根据实际情况任意选择一块仪表。热高分液位设置如图1所示，图中D-103为热高分，LT11201、LT11202、LT11203为3块液位计。

差压式液位计是利用容器内液位改变时，由液柱产生的静压也相应变化的原理[1]而工作的，该液位采用差压变送器引线取压的方式和量程负迁移的原理测量液位，其正、负压引线分别灌满隔离液。

图1 热高分液位示意

2 热高分液位计假指示的现象与处理

某炼化公司2.0 Mt/a加氢裂化装置自2015年3月份起(装置开工约2年后)，热高分液位在投用注油的情况下，开始出现周期性假指示的现象，该现象出现的周期是3～4个月，每次假指示的现象基本一致，如图2所示。

图2 热高分液位计指示变化曲线

由图2可以看出，热高分液位在长时间的运行过程中，出现周期性的变化，主要故障现象为液位仪表波动幅度逐步变大，波幅最大超过60%，并且液位会出现快速降为0或升高至100%的现象，短时间后恢复。在故障初期，液位快速下降约10%～20%，随后逐步大幅波动，波动频率随着时间的推移逐步加快，对装置的平稳安全运行带来较大的影响。这些现象在3块液位计上同时出现，其运行曲线基本一致。

故障出现后，通过手动打压泵从变送器往液位计引压管打润滑油的方法进行处理，液位计即可恢复正常运行。热高分液位处理前后对比见图3。

图3 热高分液位处理前后对比

图3中红色曲线为热高位液位控制阀阀位投自动后输出变化曲线，绿色为热高分液位变化曲线图，蓝色为热高分液位投自动时设定值。可以看出，处理前后液位计运行曲线差别比较大，处理前，液位计波动较大，波动幅度最大超60%，控制阀无法投用自动，给安全生产带来较大的隐患。处理后，液位计运行曲线比较平缓，控制阀在投自动的情况，波动在1%～3%之间，运行良好。

3 热高分液位计假指示的处置及分析

3.1 常见的差压式液位计故障类型及原因

3.1.1液位计波动大

a) 取压管内为易气化介质，当被测容器压力达到介质气化的临界值以上时，取压管内介质气化。

b) 取压管内为易冷凝介质，当没有伴热保温措施天气较冷时，造成取压管内介质因冷凝而致导压不通畅(未全堵死)，或取压管内有固体颗粒物沉积，当被测容器压力变化时，变送器正负膜盒不能及时测量真实压力。

3.1.2测量误差

a) 安装不规范，正负取压管有高于取压点现象，尤其是负取压横管向上倾斜，造成迁移值不准确。

b) 导压管因伴热等原因造成导压管内介质温度不同，从而造成密度有偏差。

c) 取压管内隔离液因长时间与被测量介质接触，造成取压管内介质与被测量介质混合，从而造成密度变化。

d) 负取压管测量的为设备内气体压力，正常情况下负压管充满隔离液变送器负迁移，当因伴热、泄漏等原因造成负取压管内隔离液减少时，液位指示偏大。

e) 正取压管内有气体存在。

f) 变送器测量精度不够。

3.1.3指示异常

a) 指示大幅偏大或达到极值：压管内隔离液泄漏或完全泄漏；负压取压堵塞严重；负压管至变送器有漏点。

b) 指示大幅偏小或达到极值：正压取压堵塞严重；正压管至变送器有漏点。

c) 指示固定在一个值或无指示：一般是变送器本身出现故障造成。

3.2 热高分液位假指示处理及原因分析

3.2.1热高分液位处理过程中存在的现象

在液位计周期性假指示的处理过程中，发现以下现象。

a) 液位计的引压管及相关接头无漏点，在伴热、保温等外部条件不变的情况下，每次故障，通过对负压侧引压管进行打压疏通处理，液位计能够正常运行。

b) 每次假指示都是3块液位计同时发生，对其中1块液位计进行处理后，3块液位计都能恢复正常指示。

c) 液位假指示都是大幅偏小甚至达到极值。

d) 关闭上下引出根部阀门，用氮气将上下引出总管及仪表引压管线进行吹扫，正引压管吹出物质为所注的润滑油，无其他介质；负引压管吹扫出大量白色固体物质。

3.2.2热高分液位假指示的原因分析

根据上述热高分假指示及处理过程中出现的现象，从3.1.3指示异常中的故障类型可以得出，当作用于变送器膜盒上的正压取压压力快速下降或负压取压压力快速上涨时，会导致仪表指示大幅偏小至达到极值，出现该现象有2种可能：正引压管存在漏点；负引压管存在堵塞现象。通过对现场仪表引线进行排查及处理，仪表引压管系统不存在漏点，由此可以排除仪表假指示是由于存在泄漏导致的。在处理仪表假指示过程中，当对负引压管进行快速打压疏通后，仪表恢复正常。从这一处理措施可以得到证实，仪表的假指示是由于负引压管堵塞引起压力快速上涨所致。但每次疏通运行一段时间后故障仍会周期出现，说明导致引压管堵塞的物质持续产生。

为进一步查明引压管堵塞的原因，对仪表引压管进行吹扫，发现存在大量白色固体，对固体物质进行组成分析发现该白色固体物质易溶于水，见表1，判断该物质主要成分为铵盐或氯盐。因此，该仪表假指示主要是由于负引出管随着装置的运行持续产生铵盐或氯盐，导致了引压管堵塞，引起在仪表注油的情况下出现周期性假指示。

表1 仪表引压管内结晶分析 mg/L

3.3 热高分液位负引出管结盐原因分析

根据加氢裂化工艺的特点，加氢原料中的硫、氮、氯等含量较高(见表2)，加氢过程中生成的H2S 、HCl和 NH3等介质随着反应生产油进入热高分系统，生产物中的H2S，HCl和 NH3在低温无水下会形成NH4HS与NH4Cl等结晶体，热高分气经空冷冷却后会生产NH4HS 与 NH4Cl等结晶体，因此，空冷的入口会设计注水系统，以溶解产生的铵盐[2]。本装置热高分液位计上引出总管为DN80 mm、长约1.5 m的管线，尽管液位计配套连续注油系统，但是由于引出总管为水平安装，并且注油速度比较慢，引出总管的管线空间内会充满热高分气。装置运行中，管段距离罐体越远，温度越低，在伴热良好的情况下通过对该管段进行测温，温度最低为120 ℃，即该管段的正常温度在120 ℃～275 ℃，而NH4Cl的结晶温度约为210 ℃，NH4HS的结晶温度约为121 ℃，该温度区间正好处于NH4Cl+NH4HS合成温度区间。因此，铵盐的积累量会随着装置运行时间的增长而逐步增加，直到填满上引压总管，导致堵塞，注油压力作用于变送器膜盒上，引起液位计假指示。对液位计引压管进行疏通后，液位恢复正常，但运行一段时间后，随着铵盐的积聚增多，将再次堵塞引压管，导致仪表假指示。

表2 加氢裂化原料分析

4 热高分液位日常维护及改进建议

热高分、热低分把加氢裂化装置分为高压和低压2部分，所以热高分的液位是关系装置安全的重要节点。如何确保热高分液位指示正常，是工艺、仪表专业日常维护的重点工作。针对热高分液位计假指示的原因，结合加氢裂化热高分高温(操作温度275 ℃)、高压(操作压力为14.0 MPa)的特点，处理该部位仪表故障问题风险性较高，往往需要外接打压设备对该部位进行打压疏通，存在接头部位由于承压问题引起泄漏的风险。因此，在日常维护中，对该部位的故障处理应格外重视，需要详细安全的处理方案。结合长期对该部位的处理经验，建议如下。

a) 加强对原料性质的监控，防止原料中的硫、氮、氯大幅超标，导致铵盐结晶速度加快[3]。

b) 针对铵盐的结晶温度区间，对上下引出管加强伴热及保温，提高上引出管的运行温度，避开铵盐的结晶温度区，减缓甚至防止铵盐结晶，从根本上解决铵盐结晶的问题。

c) 当确认铵盐堵塞引压管时，需要制定严格的处理方案，通过往热高分打压的方式将负引压管疏通，打压前需要对打压流程进行耐压试验，确保接头牢固后，再向热高分罐进行打压疏通。

d) 根据热高分液位设计情况，若液位计上引压总管设计有去火炬放空线，如图1所示，可定期打开该放空流程，通过高压高温热高分气，将积聚在上引压总管上的铵盐溶解带出，解决铵盐结晶导致的堵塞问题。

e) 从设计上彻底解决该问题。由于上引出总管铵盐结晶的问题不仅会导致液位计周期性假指示，还会由于铵盐的垢下腐蚀给装置运行带来较大的风险，因此，要从设计上提出解决该部位铵盐结晶的问题。为防止铵盐结晶，建议将上下引出总管设计成向下倾斜一定角度，在连续注油的情况下将引压总管充满隔离液，从根本上杜绝热高分气存在的空间及场所，防止铵盐结晶。

f) 利用装置停工检修的机会，从循环氢压缩机出口引出氢气管线，接入热高分引压总管，通过注入氢气的方式置换隔离热高分气，防止热高分气进入引压总管，从根本上杜绝热高分气存在的空间及场所，防止铵盐结晶。

5 结论

加氢裂化装置由于高温高压，操作调节苛刻，是炼油化工装置危险级别最高的装置之一，仪表的正常指示和正确动作，直接关系到装置的安全和生产的顺利进行。本文根据热高分液位的故障现象以及处置结果，分析认为造成该问题的主要原因是仪表引压管内部结盐堵塞，并对仪表的维护措施提出了改进建议，确定了在现有条件下定期强制维护的方案，经过长期运行，取得了较好的效果；同时，充分考虑热高分气遇冷结盐的特点，提出在设计阶段或通过装置停工检修的机会，进行技术改造，从根本上解决热高分液位由于铵盐结晶带来的液位假指示以及铵盐垢下腐蚀的问题。