加氢裂化热高分液位虚高引起联锁的原因分析及对策

韩鸿哲，杨 苗

(1.中国石油长庆石化公司，陕西 咸阳 712000；2.西安石油大学，陕西 西安 710065)

加氢裂化热高分液位虚高引起联锁的原因分析及对策

韩鸿哲1，2，杨 苗1

(1.中国石油长庆石化公司，陕西 咸阳 712000；2.西安石油大学，陕西 西安 710065)

加氢裂化装置是中国石油长庆石化公司危险级别最高的装置，是在高温、高压、临氢和有毒介质环境下操作的，其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。介绍了加氢裂化装置热高分系统的仪表配置、控制回路和联锁组成。通过分析热高分液位故障现象，结合液位测量原理，总结出了发生液位虚高的原因。针对该问题提出了改进措施和防范方案，并制定了紧急状态下的应急处理程序和定期强制维护的方案，在实践中取得了较好的效果。

加氢裂化；热高分；液位虚高；对策

中国石油长庆石化公司的120×104t/a加氢裂化装置是2007年建成投产的一套新装置。该装置以重柴油和减压蜡油为原料，采用全循环流程操作，最大限度生产航煤及柴油，副产液化气、轻石脑油和重石脑油；采用一次通过流程操作时，在生产中间馏分油的同时，生产尾油，可以为乙烯项目提供裂解原料。采用加氢裂化技术不但可以提高原油的深加工能力，还可有效提高产品质量，改善产品结构，增强对市场的应变能力。

加氢裂化装置是在高温、高压、临氢和有毒介质环境下操作的，尤其反应部分是在高温、高氢分压下操作的，而且加氢反应为放热反应，在热量排出的过程中易产生温升，严重时造成“飞温”，使催化剂和设备遭到损坏，甚至造成人员伤亡和重大经济损失；因此，使用一套完整可靠的安全仪表系统(Safety Instrumentation System，SIS)是至关重要的[1]。本文着眼于该装置热高分设备联锁设置，深入分析故障发生原因，并在现有条件下提出加强维护，制定了紧急状态下应采取的措施。

1 加氢裂化热高分工艺流程、仪表及联锁介绍

1.1 热高分工艺流程及安全因素介绍

加氢裂化装置是将石油中的重馏分减压蜡油在高温、高氢分压和催化剂共同作用下与氢气发生化学反应，生成组分轻、品质高的产品。反应产物经换热降温后进入热高压分离器，顶部流出物(主要是氢气)经高压空冷冷却后，进入循环氢压缩机，底部流出物(各类油品)进入热低分分离器，低分底部液体进入分馏部分进行分离，得到所需产品。热高分部分工艺流程[2]如图1所示。

图1 热高分工艺流程图

由于热高分操作压力为10.6 MPa，热低分操作压力为2.0 MPa，因此热高分的液位控制就很重要，一旦抽空，高压就会窜到低压，引起泄漏或爆炸。为了保证高压不会窜到低压，设计时在低点设置了热高分液位低低三取二联锁。该3台仪表为液位开关，动作灵敏，可靠性高，能有效实现保护目标。如果热高分液位过高，液体窜入冷高分，则会影响冷高分分离效果，进而使液体窜入压缩机，引起压缩机故障。

1.2 热高分仪表及联锁介绍

1)3台液位开关LISLL53106A/B/C。液位开关是采用进口Magnator浮球式液位开关，动作灵敏，可靠性高，用作SIS系统三取二的动作条件。该3台液位开关安装于差压液位计量程H的20%位置，一旦3个条件中的2个或3个同时满足条件(即检测到液位达到20%H位置)，联锁即输出执行信号，控制快速切断阀XCV53105，保证热高分不被抽空，不会发生窜压事故。

2)2台差压液位计LT53105A/B。差压液位计采用正负引线差压的原理测量液位，与LV53105A/B组成控制回路，控制热高分液位在合适的设定点，日常操作时A/B液位和调节阀可以切换。

3)1台快速切断阀XCV53105。用于在紧急情况下或热高分液位低低时的联锁执行，切断出口，保证高压不会窜到热低分，造成低压设备泄漏或损坏，发生燃烧和爆炸等危险故障。

4)2台调节阀LV53105A/B。用于通过与LT53105A/B组成控制回路，调节液位LT53105A/B。

5)SIS系统热高分仪表联锁关系图。热高分SIS系统仪表联锁关系图如图2所示。LASLL53106A/B/C组成三选二联锁条件，切断阀XCV53105作为紧急情况下切断排出物料。

图2 热高分SIS系统仪表联锁关系图

2 热高分液位虚高发生现象及分析

2.1 热高分液位联锁事件记录

2011年5月22日下午2点11分，热高分液位开关LSALL53106A/B/C三取二联锁动作，引起切断阀XCV53105切断，而此时液位LT53105A/B指示46%。

2.2 热高分联锁事件检查分析

联锁动作后，仪表、系统人员进厂检查。经确认，系统正常，液位开关动作正常，切断阀动作正常，此时可证明实际液位达到液位开关动作点，也就是LT53105A/B实际液位值已到达20%；但此时LT53105A/B指示液位为46%，说明其示值为假液位值，出现了液位虚高现象。下述结合液位测量原理分析液位虚高的原因。

2.2.1 热高分差压液位计测量原理

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。

仪表的测量量程ΔP为：

ΔP=ρ介gH

(1)

当实际液位为0时，计算得出仪表的负迁移值P为：

P=P+-P-=ρ隔gh-ρ隔g(H+h)=-ρ隔gH

(2)

仪表测量的指示液位值L为：

(3)

式中，ρ介是介质密度，在装置操作稳定状态下可以认为恒定；ρ隔是隔离液密度，为定值；g是重力加速度；L是仪表测量的指示液位值，变化范围为0～H；P是负迁移，为定值；P+和P-分别是仪表正、负两侧的压力；ΔP是仪表量程，为定值[3]；ΔP实测是仪表实测的差压值；H是设备的安装高度，即仪表的测量高度；h是仪表安装位置与仪表正压取压口的距离，为定值。

当实际液位为L1时，仪表实测差压值为：

ΔP实测=P+-P-=(ρ介gL1+ρ隔gh)-
(ρ隔gH+ρ隔gh)=ρ介gL1-ρ隔gH

(4)

式中，L1是罐内介质的实际液位。

2.2.2 热高分液位故障分析及改进意见

从式3可以看出，仪表指示液位值L仅与ΔP实测相关。当实际液位为L1时，ΔP实测与ρ介gL1-ρ隔gH的值相关。由于工艺介质密度不变，可变的只有仪表负压引线内的隔离液密度和高度值，从式4可以看出，ΔP实测与负压管内隔离液的实际密度ρ隔和高度H有关。

由于介质密度比隔离液密度小，所以当介质油窜入隔离管内会导致隔离管内隔离液密度ρ隔减小；另一方面，隔离液性质不稳定，部分挥发，导致负压引线没有被隔离液充满，负压引线内隔离液实际高度H也会减小，隔离液密度和隔离液高度同时减小，就会引起实测差压值(负值)变大。由于变送器量程和负迁移是根据相关参数的计算值，已设定到变送器中，所以此时液位示值就会虚高，即事故发生时实际液位仅到20%，而变送器指示液位为46%。

通过分析可以看出，液位虚高主要和隔离液的性质有关，如果所选隔离液的物理性质稳定，与被测介质不相容，也不易挥发，那么负压引线的测量压力就相对比较稳定，液位指示值就不会虚高。以往采用密度为0.85 g/cm3的透平油为隔离液，但因为透平油在高温环境下性质不稳定，容易出现乳化和挥发现象，导致负压引线压力损失，从而引起液位指示虚高。经过查阅相关资料，了解隔离液的性质，本文选择用硅油(密度为0.97 g/cm3作为隔离液，硅油的物理化学性质都很稳定，尤其是在高温情况下也比较稳定。经过试验，效果确实不错，以往十几天就要打一次隔离液，现在半年才需要打一次，大大降低了维护强度，同时也减少了影响装置正常操作的次数[4]。

3 热高分液位自保情况下应急方案

虽然对该液位仪表做了相当的改进，但是由于装置操作和环境温度等不可控因素的变化，会引起该液位表出现虚假液位，而引起热高联锁动作，影响工艺操作；所以一旦出现故障，还应有一套应急处置程序，这样就可以做到万无一失。

3.1 紧急情况下的应急处理方案

如果发生热高分液位LISLL53106A/B/C三取二联锁动作，而此时液位LT53105A/B指示正常控制范围内(工艺控制点，如65%、55%)，那么此时即可判断为LT53105A/B指示虚高，实际液位已经到达20%，运用速算法(自保时的LT53105A/B的指示值-20%=虚高偏差值)即可算出虚高的偏差值，工艺人员只需要在原来的液位控制点加上虚高偏差值作为新的液位控制点，进行临时手动操作，并立即通知仪表人员，对LT53105A/B分别打隔离液，进行强制维护。

按照热高分工艺流程图，具体操作步骤如下：1)运用速算法计算控制点，待液位上升至新的控制点附近，手动强制打开联锁阀XCV53105；2)通知仪表人员对LT53105A/B进行强制保养；3)根据LT53105的指示值手动控制调节阀LT53105A/B，使其保持在控制点附近；4)仪表人员接到维修指令，立即赶赴现场，填好作业票，与工艺沟通将要打隔离液的液位计切出控制回路；5)关闭已切出液位计正负压取压阀1和1′，打开放空阀3和3′，排放引线内液体(排液时一定要注意安全，站在上风口，慢开排污阀，用排污桶接排放物)；6)排凝完全后，将手压泵连至负压排凝口，关闭负压引线阀2′，打开变送器三阀组平衡阀及正负压阀，经过变送器给正压引线打隔离液；7)打开顶部排放阀5，当顶部排放口有液体流出时，微微开启正压排污阀，排放隔离液，直到无气泡排出，流出液流动稳定，关闭正压排污阀3，继续给正压引线打压，上部排放口有液体再次排出时，关闭排放阀5，继续用手压泵打压，憋压到>5.0 MPa，微微打开上部排放阀排出气泡，这样反复3次即可，最后一次憋压后，关闭正负压引线平衡阀4，关闭变送器三阀组；8)打开负压引线阀2′，用同样的方法给负压引线打隔离液，最后一次憋压后，迅速关闭负压引线排污阀3′；9)确认所有排放阀全部关死后，打开正负压取压阀1和1′，并投用差压液位计；10)观察液位指示，若指示稳定，无较大波动，则说明该表维护后正常；11)2台液位计都维护正常后交工艺投用；12)工艺投用液位后，观察运行1 h，投用联锁。

上述步骤1～步骤3和步骤12由工艺人员操作，步骤4～步骤11由仪表人员操作。

3.2 热高分液位的维护建议

热高分、热低分把加氢裂化装置分为高压及低压两部分，所以热高分是关系装置安全的重要节点，维护好热高分仪表是日常维护的重点工作。具体检查总结如下：1)日常巡检检查LT53105A/B伴热是否正常，防止仪表冻凝引起联锁；2)观察示值是否在工艺控制点附近，2台仪表指示有无较大偏差，如果偏差较大就应强制维护；3)实践证明，采用硅油后该液位可正常指示2个月以上，而工艺操作波动和非计划停工都会引起该液位指示不准，所以为了确保装置安全，建议每月进行一次强制维护；4)检查仪表防爆胶泥是否有脱落，防止水侵入损坏仪表而引起事故；5)检查调节阀及自保阀气路是否正常；6)对现场联锁执行机构XCV53105进行自保阀试验， 确保在紧急状态下阀动作正常。

4 结语

加氢裂化装置是本公司危险级别最高的装置，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。本文通过分析热高分液位故障现象，结合液位测量原理，总结了发生液位虚高的原因，对仪表测量系统进行了改进，确定了定期强制维护的方案，取得了较好的效果。同时，本文针对液位可能发生的虚高故障，制定了应急处置方案，希望在第一时间做到正确、有效地处理故障，保证装置的安全、平稳运行。

[1] 韩崇仁. 加氢裂化工艺与工程[M]. 北京：中国石化出版社, 2001.

[2] 聂华,李卫,首晓洁,等.差压式液位计取压方法的研究[J].石油工程建设,2010(1):137-138.

[3] 胡忠泽.差压法测量液位问题探讨[J].石油化工自动化,2001(6):60-61,63.

[4] 左国庆，明赐东.自动化仪表故障处理[M].北京：化学工业出版社，2003.

责任编辑郑练

TheInterlockReasonAnalysisofArousetheHighLiquidoftheHydrogenationCrackTurnsHotHighPressureSeparationMachineisDeceitfulandMaketheCountermeasure

HAN Hongzhe1,2, YANG Miao2

(1.PetroChina Changqing Petrochemical Company, Xianyang 712000, China; 2.Xi’an Petroleum Institute, Xi’an 710065, China)

The hydrogenation crack turns device is the most dangerous one in PetroChina Changqing Petrochemical Company, and it is operated in the heat, high pressure, face hydrogen and poison to lie quality environment, so the state of device is directly relate to device of safety and production of smoothly progress. This text introduces hydrogenation to split masquerade to place hot the gauge of the high mark system allocation, control the back track and ally lock constitute. Througb an analytical hot high mark in liquid breakdown phenomenon, combined liquid diagraph principle, tally up the reason of high living liquid. To the problem, the measure is propesed to improve and guard against a project, and draw up support of project of emergency when meeting an emergency and handling procedure and periodically compulsorily. Obtain better effect in the fulfillment.

the hydrogenation crack turns, hot high pressure separation machine, the deceitfully high liquid, countermeasure

TE 966

:B

韩鸿哲(1980-)，男，工程师，在职硕士研究生，主要从事加氢裂化、连续重整等装置仪表自动化的维护和管理等方面的研究。

2015-03-06