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焦化厂焦仓使用URT雷达料位计可行性报告

2019-11-21 15:53:12  

摘要:延迟焦化工艺被认为是进行渣油深加工的重要手段。近几年来,延迟焦化加工工艺不断进步,国内外延迟焦化装置数量及加工能力不断增加。为发挥设备利用率,最大限度提高装置加工量,充分利用焦炭塔的有效空间是最为经济、直接的手段,而最关键的问题就是准确监控焦炭塔的料位。从y射线连续科位计的应用前景、系统构成、测量原理以及现场应用等方面,介绍天津石化2号延迟焦化装置y射线连续料位计在监测焦炭塔料位高度方面的应用。现场应用方面,从安全挖掘焦炭塔潜能,提高处理量;适时注入消泡剂,降低三剂消耗量;有效监测泡沫层变化,提高焦炭塔操作的安全性;自动测量焦炭塔焦高,降低劳动强度四个方面,阐述了y射线连续科位计的应用效果。应用实践表明,使用y射线连续料位计,能够有效控制焦炭塔的安全空高,通过监测泡沫层的高度变化,能够合理利用焦炭塔的有效空间,提高焦炭塔的利用率,降低消泡剂的注入量,提高装置加工负荷。

1前言

随着炼厂加工原油不断向重质化、劣质化发展,渣油轻质化的重要性更加凸显。延迟焦化装置是加工渣油的主要装置,延迟焦化工艺被认为是进行渣油深加工的重要手段。近几年来,延迟焦化加工工艺不断进步,国内外延迟焦化装置数量及加工能力不断增加。探索提高延迟焦化生产工艺水平,充分发挥设备利用率,最大限度地提高延迟焦化装置加工量的努力一直没有间断。其中,充分利用焦炭塔的有效空间是最经济、最直接的手段,而最关键的问题就是准确监控焦炭塔的料位。

焦炭塔是延迟焦化装置生产过程中的关键设备,焦炭塔的料位控制不仅是提高设备利用率的重要手段,而且事关延迟焦化装置的平稳操作和长周期运行。对于固定容积的焦炭塔来说,处理量越大,焦炭塔内的气体量就越大,焦炭塔的空塔线速就越大,泡沫层的高度就越高。焦炭塔泡沫层过高带来的直接后果,是焦炭塔雾沫夹带严重,把来不及沉降下的焦粉带到分馏塔内,进入分留塔底部后,又经过加热炉管,焦粉在炉管内形成结焦因子,加剧辐射炉管的结焦,进而形成恶性循环。携带的大量焦粉不仅导致焦炭塔顶油汽线的结焦倾向加大,而且由于其不断在分馏塔底沉积,堵塞过滤器,进而导致分留塔底和进料段严重结焦,甚至造成加热炉管结焦,严重影响延迟焦化装置的安稳长满优运行。

对于焦炭塔的设备利用率,焦炭塔的安全空高所占据的空间是无法进行利用的。所谓安全空高,是指塔顶切线离热态泡沫层顶部的距离,目前国内焦炭塔安全空高一般控制在6~8mu。焦炭塔的安全操作就是要严格控制安全空高。国内延迟焦化装置控制焦炭塔料位的主要方式,是通过注入消泡剂来控制泡沫层高度,通过点式料位计监控生焦塔的料位。目前,使用消泡剂控制泡沫层高度已经成为比较成熟的技术,而检测泡沫层的高度是焦炭塔料位监控的关键。多年来,选用合理的焦炭塔料位检测仪表一直是延迟焦化装置自控设计仪表选型的难题,也是延迟焦化装置生产控制的难点之一。天津石化2号延迟焦化装置,设计加工能力为2.3Mt/a,焦炭塔直径为9m,切线高度为26m,采用LB440型y射线连续料位计检测焦炭塔料位高度。自2009年12月开工至今,该料位计有效监控焦炭塔内的料位高度,准确检测焦炭塔的实际空高,使

得安全空高降至4~5m,为最大限度地提高渣油处理量,安全经济地控制消泡剂的注入时间和注入量提供了依据,克服了以前延迟焦化装置不能稳定连续检测焦炭塔料位的弊端,实现了超大处理量生产。而且,在除焦设备出现故障期间,由于能及时有效地监控和预测泡沫层高度,通过调整装置处理量,可以避免加热炉的分炉操作。

2连续料位计的系统构成及应用

2.1连续料位计的系统构成

连续料位计系统由带屏蔽容器的y射线放射源(Cs-137)、闪烁计数器探头(探测器)、信号处理主机等设备构成(见图1)。

image.png

2.2连续料位计的测量原理放射源和探测器分别安装于被测焦炭塔的两侧,当焦炭塔内物料上升或下降时,探测器所接收的射线通量随之减弱或增强,探测器将射线信号转换成电脉冲信号并传送至处理机,处理机根据一定的数学模型计算出相应的料位高度a。

如图2所示,y射线从放射源出来时,射线强度为I,射线经塔内部到达探测器时强度为I,则:

image.png

式中:u为被测介质对选定放射源射线的质量吸收系数,cm2/g;对于Cs-137放射源而言,u约等于0.066;p为介质密度,g/cm2;d为焦炭塔内径,cm;e为常数,约等于3;K为介质对y射线的衰减倍数。

该装置焦炭塔内径为9m,探测器总高为8m,射线通过塔内部到达探测器(见图2)。设水、焦油、稀泡、密度如下l:

image.png

image.png

所以说水和焦油到达的位置,完全将y射线吸收完。稀泡对射线的吸收倍数大约为20倍,即20个射线从放射源出来,只有1个射线到达探测器,所以稀泡到达的位置,大部分y射线已被吸收。

从以上叙述可知,只要稀泡到达的位置,y射线就被吸收,到达探测器的射线量也随之减少。所以说y探测器可以实时监测塔内料位的变化。只要稀泡层升高,探测器接收到的射线就减少,y射线料位计显示料位值就变大;反之,则料位数值减小。如塔内没有料位时,即所有射线均到达探测器,y射线料位计到达低限;如塔内稀泡层将绝大部分射线吸收,即只有很少射线到达探测器,y射线料位计到达高限。简而言之,射线料位测量系统是利用物料阻挡射线原理,直接反映实际料位。泡沫层的密度变化:油层以上是重泡沫层,重泡沫以上是轻泡沫层。虽然泡沫层的密度较小,但焦炭塔的直径很大,塔内的泡沫层足以挡住射线,料位越高,挡住的射线越多,探头接收的射线就越少,二次仪表显示的料位也就越高。消泡时,泡沫层逐渐降低,探头接收越多,仪表显示的料位也相应逐渐降低,当料位显示不再降低时,仪表显示的就是油层的料位。

因此,连续料位计测量的结果能够直接反映焦炭塔内物料的高度,且测量结果不受其他工艺条件(如温度、压力、流量等)的影响。由于物理原因的限制,连续测量不能直接区分油层和泡沫层,但可以很容易的从仪表输出数据和曲线中显示出来。由图3可见:曲线①位置显示泡沫低于测量范围,曲线②位置显示泡沫升到测量范围,加消泡剂后立刻降下来。这个过程反复数次,直到曲线①不再回到曲线③“空位”。这说明此时油位已高于连续测量范围的下限。此后,曲线④位置表明,泡沫高度和油位明显显示在历史趋势的曲线上。一旦油位升到曲线⑤高点,焦炭塔的进料就要切换。

image.png

2.3连续料位计的应用

2.3.1安全挖掘焦炭塔潜能,提高处理量y射线连续料位计主要用于焦炭塔生产的后期,由于该装置焦炭塔高近40m,所以无需从焦炭塔的底部开始测量,通常只要监测整个塔的中上部的泡沫和焦油料位,就可有效缩短加料时间,同时消泡剂的需要量也可减到最少。

在焦炭塔生产后期,当泡沫层上升到测量范围时,连续料位计测量系统会显示出其料位(见图4)。

由于料位在19.916~27.916m之间,正常情况下焦炭高度会在两个数值之间。当泡沫层到达料位范围内,则注入消泡剂,降低泡沫层高度,使之重新回到19.916m以下,随着生产进料的不断推进,泡沫层再次逐渐升高,重新进入料位范围,上升的数值变化完全能够准确测量出来。当泡沫层到达27.916m安全空高上限时,进入料位开关报警段,此开关用于给出报警信号。报警点高度为28.916m,此处的安全空高为4m,一般情况下要求料位严禁超越报警点高度。料位在达到这个高度之前,焦炭塔就必须开始切换,以保证泡沫不会被带入油气线。

在正常生产中,特别是满负荷或超负荷生产情况下,一般要求从固定位置(如25m高度)开始连续不断地适量注入消泡剂,使泡沫不产生或产生很少,便可获得最大的加料速度。这样既可大大缩短生产周期,又能大幅提高装置处理量。

2.3.2适时注入消泡剂,降低三剂消耗量通过DCS记录的料位趋势,可以知道泡沫层的降低情况。当泡沫降低到预期的测量位置后,就可停止或减少加注消泡剂。特别是在低处理量和低生焦率情况下,可对泡沫层高度进行监控,控制泡沫不溢出,这种情况下可以不注入消泡剂。

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通过对沫层高度的监控,可以准确计算出泡沫层达到报警点的时间,按照生产周期的安排就可以不注入消泡剂,从而大大降低消泡剂的使用量。如图5所示,13:00(监测点1)料位显示高度为20.70m,15:00(监测点2)料位显示为22.70m,平均每小时焦炭料位升高1.0m,按照生产周期的安排,两塔切换的时间是18:30,据此计算出,到18:30计算料位为26.20m,而实际料位测量结果显示,18:30实际料位为26.30m,计算结果与实际料位相差很小,在这种生产条件下,焦炭塔不需要注入消泡剂,从而有效降低了三剂消耗量。

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2.3.3监测泡沫层变化,提高焦炭塔操作安全性在装置生产中,经常遇到原料性质的突然变化和一些生产操作波动,如炉出口温度降低、反应压力降低等,造成泡沫层高度急剧变化,从而引起焦炭塔冲塔,使得大量焦粉通过油气携带进入分馏塔。通过y射线连续料位计,能够准确监测泡沫上升速度,并根据变化情况,采取相应的安全防范措施,如提高炉出口温度,提高反应压力,提高消泡剂注入量,或提前采取降低处理量等措施,以保证焦炭塔生焦的安全。

2.3.4自动测量焦炭塔焦高,降低劳动强度y射线连续料位计用于焦炭塔焦高的测量,完全可以替代人工测量,特别是在焦高大于20m以上时,测量值非常准确。

3结语

y射线连续料位计自2009年12月在天津石化2号延迟焦化装置投运以来,通过监示DCS,随时掌握塔内工况,操作方便、简单。通过连续料位计与DCS历史趋势结合使用,可以准确计算出泡沫层的上升速度,为处理除焦设备问题提供了准确的时间预测。实践证明,首次使用y射线连续料位计,对焦炭塔料位进行大范围连续监控是成功的。

y射线连续料位计的应用,使焦炭塔空高比国内同类装置缩小2m,提高了设备的利用率及装置的处理能力,增加了经济效益,确保了装置的生产

安全。与此同时,最大限度地节省了消泡剂,且采用“料位开关+连续测量”的安装方法,也进一步保障了装置的安全生产。y射线连续料位计与消泡剂的使用,为装置进一步缩短生焦周期,即由24h缩短到20h,甚至18h,提供了技术保障。

参考文献:

[1]邱乾尾,姜金国,彭利果.中子料位计在焦炭塔的应用[J].科技传播,2011,3(1):141-143.

[2]上海市计量测试技术研究院.JG934-1998y射线料位计检定规程[S].北京:国家质量技术监督局,1998.

[3]塑国华.延迟焦化工艺与工程[M].北京:中国石化出版社,2008,452.

[4]杨敬.y射线料位计在焦炭塔的应用J]炼油化工自动化,1997,48(6):15-18.

[5]胡云涛.连续料位计在延迟焦化装置的工业应用

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