低温甲醇洗放空气洗涤塔水封液位偏差的分析

白国伟

（呼伦贝尔金新化工有限公司设备管理中心）

低温甲醇洗装置是利用粗煤气中不同组分的选择性吸收这一特性，脱除粗煤气中的酸性气体，以达到净化粗煤气的目的，这属于物理吸收过程，是一种比较先进的气体净化工艺，应用较为广泛。 尾气则送到放空气洗涤塔中洗涤脱除夹带的甲醇后送至VOCs处理装置。

放空气进入放空气洗涤塔之前，设计有水封管线，防止塔内压力过高，气体冲破水封，直接放空。水封管液位投用之初最高显示60%多的液位，冬季运行时， 曾出现测量管线伴热不佳的情况。拆下液位计检查发现膜盒完好，打开负相根部截止阀，无气体冒出，用软管从负相根部阀插入水封管搅动后，液体逐渐流出。 回装仪表后液位显示正常，但液位有缓慢下降的趋势，每小时降幅在5%左右，由此怀疑管道内有结冰堵塞现象。 将根部阀换成夹套截止阀后， 液位长期显示在30%左右。

1 测量原理

1.1 工艺描述

粗煤气进入低温甲醇洗工段，富H2S甲醇液通过再吸收塔后，CO2/N2放空气进入放空气洗涤塔洗涤， 使CO2/N2放空气中的甲醇含量降低到环保水平，同时减少工艺甲醇损失。 CO2/N2放空气从放空气洗涤塔顶部送至VOCs处理装置，其工艺流程如图1所示。

图1 放空气洗涤工艺流程

当循环甲醇中的NH3含量过高时， 工艺系统中可能出现铵盐结晶物，极易堵塞细小的仪表测量管线，并且，公司所处的地理位置常年平均气温较低，加大了仪表防冻处理的难度。 因此，放空气进入洗涤塔时设置了水封管，通过双法兰变送器LT41065测量水封管的液位， 洗涤塔内的液位通过LT41066双法兰变送器测量。

1.2 双法兰液位变送器的测量原理

双法兰液位变送器相当于将变送器测量元件中的隔离膜片延长到设备检测点根部， 可以广泛用于介质较脏、粘稠、腐蚀、结晶或存在严重相变的工况环境中。 变送器的膜盒经毛细管与变送器的测量室相通。 由膜盒、毛细管、测量室组成，封闭系统内充满填充液，常用介质为硅油，通过硅油传递压力，工作时被测介质作用在法兰膜盒的隔离膜片上，使膜片产生变形，然后通过毛细管内的填充液将压力传递到变送器的敏感元件上［1］。

液体中某一点的静压力与该点到液面的距离成正比，即p=ρgh，其中，p为被测点的压力，ρ为介质密度，g为重力加速度，h为被测点到液面的高度。 由于已确定的被测介质密度ρ和重力加速度g为常数，因此，被测点到液面的距离只与被测点的压力p有关［2］。双法兰液位变送器通过测量压差，便可得出液位高度，经过相应的转换，输出4～20 mA电流信号。

2 可能出现液位偏高的原因

2.1 参数设置

测量水封管液位的双法兰变送器在安装时如果对迁移量、测量范围设置不准确，将会导致液位计测量错误。 结合原设计数据和现场安装位置，变送器两法兰中心的间距h1=1020 mm，与设计数据1 000 mm基本相符。 零点是将两法兰放置在同一水平面上设置的，迁移量是现场安装时正确读出仪表的实际数据。 因此，仅从变送器两法兰的安装位置来分析，参数设置无异常。

2.2 液位计的安装位置

液位计的取压口设置不正确， 偏离实际需要的测量范围， 将会导致液位计无法达到或提前达到100%的显示数据； 或者变送器法兰在安装连接时密封垫片偏离法兰中心， 将会挤压变送器膜片， 造成变送器测量不准确甚至损坏膜片。

2.3 测量管线伴热效果

伴热一般分为电伴热和蒸汽伴热两种形式，对于尺寸较大的管线、根部阀等，选用蒸汽伴热的效果更好。 甲醇洗装置仪表伴热蒸汽压力在0.6 MPa，温度在260 ℃左右。 仪表测量管线较长，导压管与伴热管未有效贴合，导压管进入保温箱的部位与伴热管线存在伴热死区，这将会增大冻堵的概率。 部分蒸汽伴热管线由于疏水器堵死或管线较长而导致伴热效果不佳，伴热管线容易冻堵。

2.3.1 仪表根部伴热

仪表根部取压管及根部阀为DN75 mm，原设计采用ϕ12 mm×1.5 mm的伴热管在仪表根部阀外侧伴热， 管口较粗， 加之蒸汽伴热效果不佳，经常出现冻堵现象，因此把根部阀换成了带夹套伴热的截止阀，蒸汽伴热管更改为DN20 mm，重新整改蒸汽伴热后， 伴热效果明显提高。 但是，蒸汽伴热温度较高，可能会影响仪表测量的准确性。

2.3.2 水封管线伴热

水封管线为DN800 mm， 伴热面积较大，而且， 水封管内的液体介质长期处于静止状态，受冬季极寒天气影响， 水封管线内容易出现冻堵。 冬季气温较低时， 若水封管线的保温措施存在缺陷， 在寒风的影响下， 也容易发生局部不热的情况， 导致水封管内出现异常， 影响液位测量。

3 处理措施

3.1 准确设置仪表的测量范围

水封管液位变送器负压侧法兰安装位置与放空气进洗涤塔的管线中心在同一条水平线上，但是，因为放空气进气管线为DN800 mm，现场安装管道规格为ϕ813.0 mm×9.53 mm， 当往水封管线补液时，液位永远不会达到100%，因为实际液位无法达到液位计的负压侧法兰，将直接沿着放空气进气管线流入洗涤塔。

因此， 满液位的实际高度应该为1020-813/2+9.53=623.03 mm，该高度与设计理论高度1 000 mm存在很大的偏差。 根据实际满液位高度， 通过HART475或手操器对变送器LRV和URV两个参数进行读写， 达到设置变送器测量上下限的目的。 修改液位变送器上的测量上限后仪表指示正常。

3.2 降低夹套阀伴热蒸汽的温度

冬季运行时， 水封管液位长期显示在30%左右，补水测试液位变送器显示逐渐增大，当液位显示超过100%时，洗涤塔的液位显示也在逐渐变大，说明水封管液位显示正常，且水封管内补水已经溢流至洗涤塔。 但是一旦补水停止，水封管的液位将缓慢下降， 大约2 h后又降至30%左右，如图2所示。

图2 冬季补液后的液位测量趋势记录

现场检查蒸汽夹套阀温度过高，相当于在不断地加热夹套阀中的测量介质，降低了测量介质的密度，尤其是正相液体介质的密度。 当补液时，液体虽仍在加热，但是持续补液，测量介质的温度变化较小，因此补液时液位测量正常，打开部分保温，关小蒸汽夹套阀的伴热截止阀后液位显示正常。

3.3 水封管线的防冻处理

加强对水封管的伴热管理，采取对水封管线周围多角度伴热，增加伴热辐射面积。 同时，对水封管外侧重新保温，增强保温效果，避免水封管内出现冻堵或水封表面出现结冰现象，为仪表准确测量创造良好条件。

4 结束语

针对双法兰液位变送器的测量，结合现场实际安装位置， 对仪表测量范围进行准确设置，从而确保测量数据真实、有效。 对于公司所处的地理位置，介质在冬季的防冻措施是对设备维护人员的一大考验，稍有疏忽或调节不及时，将会对测量设备或运行设备造成较大的损失。

夹套阀内伴热蒸汽的温度过高，通过调节夹套伴热蒸汽截止阀的开度来控制伴热蒸汽流量，以达到调节伴热温度的目的。 但是，在冬季漫长的北方，气温变化范围较大，截止阀关得太小，可能会导致伴热出现冻堵，开得过大，将影响仪表的准确测量，蒸汽截止阀的开度要根据气温的变化及时调整。 鉴于此种情况，也可以选用温度较低的蒸汽对夹套阀伴热。