加氢精密分馏装置反应器温度检测设计优化

刘衍钊，高彩霞

(1.中海油石化工程有限公司，山东 青岛 266101；2.山东世通国际认证有限公司，山东 青岛 266101)

1 研究背景

某加氢精密分馏装置是一套对加氢反应温度检测精度和控制稳定性要求极高的生产装置，反应温度的变化或波动将直接影响到最终产品的质量，并且加氢反应器的操作温度约400℃，操作压力高达Class2500，因此不仅需要保证温度检测仪表的测量性能，也对其安全性和可维护性提出了更高的要求。

加氢反应器温度检测仪表目前已比较成熟，每种仪表的特点以及其适用范围和所能达到的效果均有所不同，因此需要针对装置的工艺特性和操作工况进行合理选型和方案优化。

2 温度检测仪表特点综述

加氢反应器温度检测仪表主要以热电偶为主，根据其安装分布方式一般分为单点热电偶、多点热电偶[1]和柔性铠装热电偶等。其中：

单点热电偶价格便宜，安装方便，不需要在反应器内预设保护管，插入深度一般在反应器直径的30%左右。但为均匀检测反应器床层温度，需要在床层同一高度上按一定角度平均开口3～4个，开口数量较多，不适于高压大型设备，也无法准确检测到中心位置温度；并且热电偶成套保护套管受催化剂挤压力较大，很容易发生弯曲断裂，造成泄漏，具有较大的安全隐患。

多点热电偶分为轴向和径向安装方式，轴向安装受长度限制仅适用于小型反应器，径向安装则是在床层某一高度预设一根保护管，沿直径贯穿整个反应器，多点热电偶不需自带套管，通过自压式贴紧保护管内壁，一般选用3～4个检测点沿反应器直径均匀分布[2]，有效的解决了单点热电偶无法检测中心温度以及容易泄露的问题，安全性能相对较高。但预设的保护管对于温度检测的响应时间会造成较大的影响，并且检测点较少并呈直线分布，无法精确检测同一高度上床层的均匀温度。

表1 三种热电偶的相对特点表

柔性铠装热电偶对各点热电偶采用独立的铠管保护，具有较好韧性和抗压能力，可以在反应器中随意分布，长度和数量均可根据需要进行调整，对于同一床层仅需要一个开口，大大降低了反应器开口数量。由于铠装热电偶不需要保护套管，对温度的响应速度优于普通热电偶，非常适用于对温度控制有要求的场合。但铠装热电偶数量较多，且共用一个法兰口，一旦其中一支发生断裂泄漏，也会影响到其他热电偶，因此必须配置二次密封和泄漏监测装置。柔性铠装热电偶需要在反应器内预置安装支架，安装较为困难，并且不易维护更换[3]，同时高昂的使用成本也是制约其广泛应用的重要因素之一。

表1列出了三种热电偶的相对特点，可以更直观的看出其优势和不足。

3 反应器温度检测设计优化

本精密分馏装置反应介质由加氢反应器顶部入口进入，在上中下三段床层与催化剂充分接触并发生催化反应，反应温度升高可以提升脱硫效果，但是温度过高又会导致油品燃烧性能下降[4]，甚至出现飞温现象。为控制反应温度，在中段和下段床层上部通入急冷氢，确保每段床层的入口温度满足工艺要求。

结合精密分馏装置加氢反应器的工艺特性和几种热电偶的使用特点，针对常规的加氢反应器温度检测的仪表选型和检测控制方案进行设计优化：

(1)该精密分馏装置反应器压力等级为Class2500，发生泄漏的危险程度非常高，因此应避免设备开口过多以及套管断裂的隐患，不适于选用单点式热电偶。

(2)反应器上段床层的中部和上部反应相对稳定，温度变化小，选用三支热电偶即可满足温度检测需求，能够有效降低成本，提高安全性，上部与中部热电偶套管成垂直敷设，可相互弥补检测范围的不足。

(3)反应器上段床层的下部存在反应剧烈引发超温甚至飞温的风险，需均匀检测该床层各分布区域的温度，并选取具有代表性的3个测点进行三取二联锁保护，避免发生危险和事故。因此选用柔性铠装多点热电偶沿反应器1/2直径的圆周均布设置6点，并在中心处设置2点做冗余配置，既减少了检测盲点，又增加了测点冗余，降低了铠装热电偶某测点损坏不易更换带来的困扰，提高了可靠性。

(4)反应器中段床层的上部温度检测用于调节急冷氢通入量，是反应器温度稳定控制的关键，对温度检测的响应速度和检测范围都有较高的要求，选用柔性铠装多点热电偶能够更迅速均匀地检测该段床层中心以及周边区域的各分布点温度，为更加精确的展示该床层的平均温度，柔性铠装热电偶共设置7点，中心处设置1点，同时沿1/2直径的圆周均布设置6点。通过在控制系统中计算出该7点温度的平均值来控制通入急冷氢的流量，采用串级控制方案调节急冷氢流量，能够提高温度变化的反馈速度，减少外部干扰，达到快速稳定的调节效果[5]。

(5)反应器中段床层的中部温度检测无控制要求，温度变化也相对稳定，只要均匀的检测出该床层的温度分布状态，避免局部高温即可，仍选用柔性铠装热电偶沿1/2直径的圆周均布设置6点。中段床层下部与上段床层下部的工况类似，因此温度检测方案也相同。

(6)由于反应器上段床层下部和中段床层均选用了柔性铠装热电偶，因此可共用同一热电偶开口，减少了设备开口，并节省了二次密封和检漏系统，极大的提高安全性能并降低了使用成本。

(7)反应器下段床层的工况与中段床层基本相同，区别在于下段床层的下部柔性铠装热电偶位于设备底部，在操作和维护时容易发生意外的损坏，因此为其增设检测点，沿1/2直径的圆周均布设置8点，中心处设置2点，避免其损坏后维修不便的问题。

优化设计后的精密分馏装置加氢反应器温度检测流程图如图1所示。

图1 优化设计的精密分馏装置加氢反应器温度检测流程图

该优化方案兼顾了检测性能、安全、维护方便和成本等多方面因素，在优先确保温度检测范围、精度和响应速度的前提下，根据选用的热电偶类型特点取长补短，针对各床层特点合理确定热电偶数量和分布，对危险区域增加冗余配置，配合对急冷氢流量的串级控制方案，切实有效的提升了精密分馏装置反应器温度检测和控制效果，提高了装置的产品收益和安全可靠性，并在一定程度上节省了使用成本。

4 结束语

通过对精密分馏装置加氢反应器的温度检测方案进行全面的优化设计，使装置的生产性能和安全性能得到了全面的提升，也为后期的生产操作维护提供了便捷，解决了柔性铠装热电偶维护困难的问题，对于同类生产装置的设计应用具有重要的参考价值和指导意义。