溶剂脱碳组合装置仪表技术改造

朱桂霞

（中海油（青岛）重质油加工工程技术研究中心有限公司，山东青岛266500）

中海油青岛研究中心50 kt/a新型重油脱碳组合装置为国内首套满足C3/C5两种不同溶剂的脱碳组合工艺试验装置，在2010年3月份完成建设，5月份进行了第一次试生产，11月份顺利完成丙烷（C3）溶剂开工试验，2011年5月份完成戊烷（C5）溶剂的试生产工作，实现了国内首套溶剂脱碳组合工艺装置的工业生产，2011年10月，对加拿大的油砂沥青加工。该装置运行取得的操作数据达到并优于设计要求。

该装置为试验性装置，设计能力为50 kt/a；工艺流程由溶剂抽提、胶质沉降、溶剂超临界回收、闪蒸回收、气体回收等五部分组成；主要承担渣油改制、高等级润滑油组分分离、沥青降蜡工艺试验任务；产品为脱沥青油、胶质、脱油沥青。

1 难点分析

由于是试验装置，数据的提取比较重要，因而对仪表的测量要求非常严格，尤其是关键部位，要求仪表及时、准确地反映操作工况，实时、准确地进行计量。从加工原料、加工规模到产品，最大的难点在于原料多变、介质黏稠、流量小、界位测量密度差过小。因此，传统的、普通的仪表设备很难满足工艺生产的要求。

2 装置运行过程中出现的仪表问题及原因分析

初次设计，根据不同工况的具体参数，流量测量分别采用不同类型的流量计。黏稠介质主要选用双转子流量计；公用工程主要采用涡街、孔板流量计等；液位测量，大量程场合采用双法兰液位计，小量程场合采用磁致伸缩液位计及浮球液位计。但是在第一次的开工过程中，就暴露出了以下仪表测量方面的问题：

1）双转子流量计基本不能测量，经过反复拆卸清洗、投运，也不能正常指示，因而无法获取准确计量数据指导生产。而且产品量太少，无法通过罐区检尺进行物料标定，直接影响到了装置的控制。

2）抽提塔、胶质沉降塔界位浮筒界位计时好时坏，状态不稳定，达不到连续测量的目的。溶剂切水罐的界位计由于介质是含油污水，易脏，导致浮球粘在测量杆上，活动失灵，需要经常拆卸清洗。

3）高压溶剂线原来没有设计压力调节，调节不够及时、准确。抽提塔中部和下部的热电偶插深不够，测得萃取温度与操作指标有误差。

出现以上问题，主要原因是：1）由于国内没有同等规模的装置，许多设计数据只是一些理论数据，根据这些数据选出来的仪表并不适合目前的工况；2）工艺介质黏稠、流量小、口径小，流量一般在3 t/h左右，有时不到1 t/h，管径DN 15～DN25，大部分为DN 15，而且有些工况产品外送不连续；3）安装空间有限，导致管径急剧缩颈，最小的为DN 15，这对黏稠介质来说都是不利的测量因素。

3 仪表技术改造方案及效果

3.1 流量仪表的改造

流量仪表直接关系到进出装置的物料平衡、操作负荷及装置的控制质量。该装置原设计为双转子流量计。由于双转子是纯机械机构，内部齿轮啮合紧密，因此管线里有少量杂质或介质凝固、结焦，齿轮都会卡住，从而变送器无输出，并且一旦拆卸清理，沥青及溶剂在环境温度下急剧凝固；即使在加热状态下清理干净，回装后，前后直管段残存介质处于不流通状态，仪表仍然无法测量。

针对开工时出现的问题，双转子流量计不适合目前工况，需进行改型更换，选取既能测量小流量，又能适应原料变化、介质黏稠，量程比大的仪表。经过计算论证，同时从质量、性能价格比和寿命周期费用等方面综合考虑，先后排除了转子流量计、超声波流量计、靶式流量计、楔式流量计等选型［1］，进行了下述改造并选择合适的测量仪表：

1）对于生产过程的中间物料，由于不需要准确计量，根据其负荷、介质特点（介质的黏度、温度），选用了精度、价格相对较低的仪表。而对于进出装置物料测量则选用了质量流量计。

2）在抽提塔底部出口线（介质为沥青、溶剂）选用了孔板［2］，取压系统增加隔离液。

3）在胶质沉降塔底部出口线（介质为胶质、溶剂）选用双曲面平衡流量计［3－4］，管道式法兰连接，以增大其取压点的口径，取消原来双转子流量计的安装阀组，直接选取直管段安装，防止黏稠介质堵塞取压点，并采用双法兰变送器。整个安装位置移至换热器后，测量温度由180℃降为140℃。

4）原料缓冲罐入口 （介质为减压渣油）同样选用了双曲面平衡流量计［3－4］，取消原来双转子流量计的安装阀组，直接选取直管段安装。

5）原料进装置 （介质为减压渣油）选用了分体式质量流量计［5－6］。安装位置移至换热器后，测量温度由90℃升为150～170℃，降低了黏度，增加了介质流动性。

6）沥青出装置 （介质为沥青）和脱沥青油出装置（介质为脱沥青油）选用了质量流量计CMF系列［5－6］，高温分体，带伴热夹套。

7）胶质出装置（介质为胶质，即脱油沥青）选用了质量流量计［5－6］，带保温夹套。

虽然质量流量计和平衡流量计都不要求前后直管段［1］，但还需做到管径变化平稳过渡，防止急剧缩颈。因此，尽量选取空间大、振动小、安装环境好的位置。传感器的安装应保证液体满管，以便密度降低时对测量精确度的影响。

在投用的时候，为避免管道中杂质进入流量计，使用前，可先用一段直管代替流量计，对管道进行清洗，然后回装流量计；其次需要先投用伴热，伴热线要与工艺分开，独立控制，以防工艺管线为了节能降耗，关闭伴热。而仪表经过一系列的安装阀组，中间节点比较多，且管径比所在工艺管线细，因此需保持伴热畅通以保证流体的流动状态。

3.2 液位/界位仪表的改造

在整个工艺流程中，比较重要的液位/界位控制有：抽提塔的液位/界位、胶质沉降塔液位/界位、溶剂切水罐液位/界位等，这些指标的控制直接关系到装置的安全运行和产品质量。

3.2.1 抽提塔界位计改造

设计阶段，经过调查国内同类装置，抽提塔、胶质沉降塔界位一般都选取内浮筒界位计［8－9］，但在使用过程中，内浮筒界位计不能满足测量要求。因此，为保证正常测量，在保留原有浮筒的基础上又增加了1套膜片插入式双法兰界位计。根据开工时出现的问题，对抽提塔内浮筒界位计（该处测量的是溶剂和沥青的界位）进行了改造，如图1所示：浮筒原吊杆长度为250 mm，量程为1 500 mm；现将吊杆长度改为650 mm，量程不变。

图1 抽提塔内浮筒界位计改造示意

加长吊杆的目的，就是避免满量程时沥青进入测量口（未改造前满量程离测量口250 mm，即原来吊杆的长度），导致杠杆黏稠，测量失灵。改造后，离原来测量口650 mm时，界位满量程，工艺可以及时调整操作，不至于沥青界位过高。如果界位过高，易操作混相，但界位也不能过低，否则影响萃取效果，且造成中压系统负荷增加，能耗增加。

改造后，第二次开工，浮筒界位计测量比较正常，但由于是内浮筒，一旦出现测量误差，无法校验，而双法兰界位计表现良好。两次开工，证明了双法兰界位计更适合该工况。而且双法兰界位计要选取膜片插入式，取消一次阀，直接安装。膜片深入塔内，保证了介质（沥青）的温度不至于黏稠、堵塞。另外，双法兰界位计的取压法兰需要作加厚保温处理，以保证测量效果。

3.2.2 切水罐界位测量的改造

切水罐界位计测量溶剂、污水，如果界位过高，溶剂带水，造成机泵超电流，烧坏电机；过低，溶剂切水带溶剂，易引起溶剂泄漏。原设计为磁致伸缩界位计，其计浮球的质量根据所测界位的两种介质密度计算，且还需满足2.5 MPa左右的操作压力。目前满足该工况的浮球国内无法加工，需国外定制，增加了运行成本，延长了维护周期。而且轻介质为C3和C5，一旦介质密度改变，浮球的质量需改变，才能正常测量。另外，由于介质是含油污水，易脏，导致浮球粘在测量杆上，活动失灵，需经常拆卸清洗。针对该情况，用智能双法兰界位计代替磁致伸缩界位计，智能双法兰界位计零点、量程可随时在线调整，使用灵活，工作稳定。如C3/C5溶剂转换时，可随时调整介质参数，使用效果良好，而且大大减少了维护量。

3.3 其他参数改造

在仪表四大测量参数中，流量、物位测量过程复杂，仪表设备种类繁多，受工况的影响较大，而温度、压力测量过程相对简单，仪表设备种类相对单一。因此，在对装置关键部位的流量、界位测量进行技术改造的同时，对一些压力和温度点也进行了改造，适度增加了一些温度以及压力测量点，便于整个过程的监控，例如高压溶剂线原没有设计压力调节，根据第一次开工的经验，增加了控制调节回路［10］，保证了压力的实时、连续监控以防止高压串低压现象发生，保证安全生产；对抽提塔中部和下部的热电偶插深进行了改造［8－9］，由600 mm改为750 mm，以便更有效地检测该点温度。

3.4 加工油砂沥青

2011年10月，该公司对加拿大的油砂沥青进行加工试验，由于提前考虑了其介质的特殊性，改造后的仪表运行很稳定。此外，由于油砂沥青含硫较高，为了安全生产，适当增加了部分有毒气体报警仪。

4 结束语

经过几次开工，针对丙烷（C3）、戊烷（C5）两种溶剂性质不同的特点和国内首例使用戊烷作为溶剂进行工业化试验的工况，仪表设备根据加工负荷、溶剂比、萃取温度等关键参数进行技术改造，最终试验成功，丙烷临界溶剂回收率达到90.9%，戊烷溶剂临界回收率达到88%，达到国内先进水平，特别是戊烷装置的开工运行，填补了国内溶脱工艺工业化生产装置的技术空白，同时也为完成溶剂脱碳装置各项工业化试验提供了技术支持，为国内同行、同类装置仪表选型提供了经验。

［1］ 王树清，乐嘉谦.自动化与仪表工程师手册［M］北京：化学工业出版社，2010.

［2］ 淮清，王建中.流量测量节流装置设计手册［M］.北京：化学工业出版社，2005.

［3］ 于杰，俞旭波.多孔平衡节流装置设计选用［J］.石油化工自动化，2009，45（01）：20-22.

［4］ 马宝祥.平衡流量计的性能分析［J］.石油化工自动化，2009，45（03）；64-65.

［5］ 胡子伯.科里奥利质量流量计的应用及性能评定［J］.计量与测试技术，2001（04）：9-10.

［6］ 梁宝国.科里奥利质量流量计在石化企业的应用［J］.中国科技信息，2011（20）：61-62.

［7］ 中国石化集团洛阳石油化工工程公司.SH/T3104—2000石油化工仪表安装设计规范［S］.北京：中国石化出版社，2000.

［8］ 中国石化集团北京石油化工工程公司.SH3005—1999石油化工自动化仪表选型设计规范［S］.北京：中国石化出版社，1999.

［9］ 中国寰球化学工程公司，中国五环化学工程公司.HG/T20507—2000自动化仪表选型设计规定［S］.北京：化学工业出版社，2000.

［10］ 陆德民，张振基，黄步余 .石油化工自动控制设计手册［M］.3版.北京：化学工业出版社，2000.