摘 要: 終聚釜是聚酯裝置關(guān)鍵設(shè)備之一，終聚釜采用接觸式雙端面液位變送器。運(yùn)行時(shí)必須外供清潔阻封液，外供阻封液的溫度、壓力不穩(wěn)定會(huì)導(dǎo)致液位變送器發(fā)生泄漏故障。將初始液位變送器輔助系統(tǒng)改為現(xiàn)在的密封油站后，阻封液溫度、壓力等運(yùn)行情況改善，提高了液位變送器運(yùn)行可靠性。
終聚釜是聚酯裝置關(guān)鍵設(shè)備之一，終聚釜能否安全穩(wěn)定運(yùn)行在很大程度上取決于液位變送器裝置的安全可靠性，終聚釜運(yùn)行可靠性決定聚酯裝置能否長(zhǎng)期、連續(xù)、穩(wěn)定、可靠運(yùn)行。
我公司有一套 900 t /d 聚酯生產(chǎn)裝置，設(shè)計(jì)采用一套酯化線配二套縮聚生產(chǎn)線工藝。其中兩臺(tái)臥式帶有鼠籠式攪拌器的終聚釜，每臺(tái)鼠籠式攪拌器由兩根外置短軸支撐，每根短軸配置一套液位變送器。液位變送器為波紋管連接的背靠背、帶壓接觸式雙端面液位變送器。
1 終聚釜液位變送器裝置簡(jiǎn)介
終聚釜雙端面液位變送器結(jié)構(gòu)見(jiàn)圖 1，具體工況如下:
水平安裝;
設(shè)計(jì)溫度: 300 ℃ ;
設(shè)計(jì)壓力: 真空/ + 0． 1 MPa;
密封介質(zhì): 聚酯熔體;
操作壓力: 0． 1 MPa;
操作溫度: 285 ～ 300 ℃ ;
沖洗方案: PLAN 54
阻封液: 乙二醇( EG) ;
沖洗液壓力: max． 0． 2 MPa;
轉(zhuǎn)速: 1． 5 ～ 6 r/min。
該液位變送器適用于較長(zhǎng)的攪拌軸、高溫工況及溫度變化較大的臥式反應(yīng)釜。在密封殼體外配置金屬波紋管作為膨脹節(jié)，金屬波紋管通過(guò)法蘭與釜體連接，金屬波紋管承受攪拌軸軸向延伸，避免由液位變送器件承受和補(bǔ)償攪拌軸產(chǎn)生的較大熱位移，同時(shí)金屬波紋管可以承受攪拌軸的徑向擺動(dòng)。
液位變送器運(yùn)行的穩(wěn)定性、可靠性主要取決于密封端面油膜溫度。雙端面液位變送器工作時(shí)必須從外部引入與被密封介質(zhì)相容的密封流體，通常稱(chēng)作阻封液( 或緩沖液) 。初始設(shè)置的釜用液位變送器輔助系統(tǒng)是為了給液位變送器提供清潔、冷卻、帶壓的阻封液，其主要功能是對(duì)密封端面的進(jìn)行潤(rùn)滑冷卻、平衡密封液的壓力，以改善密封端面間的運(yùn)行條件，使液位變送器能夠長(zhǎng)期、穩(wěn)定、可靠地運(yùn)行。
2 初始配置的密封輔助系統(tǒng)存在缺陷
液位變送器初始配置 PLAN 54 沖洗冷卻方案。當(dāng)時(shí)為了考慮配置成本，沒(méi)有采用液位變送器制造商提供的密封輔助系統(tǒng)，而是由生產(chǎn)裝置提供新鮮 EG用來(lái)沖洗、冷卻液位變送器，流程見(jiàn)圖 2。阻封液 EG與生產(chǎn)用 EG 共用同一臺(tái)輸送泵提供，泵出口主管道直徑為 DN150，阻封液主管徑為 DN40，阻封液主管裝配自力式調(diào)節(jié)閥，穩(wěn)定進(jìn)入液位變送器系統(tǒng)的阻封液壓力，阻封液進(jìn)入液位變送器管道管徑為 DN20。每臺(tái)釜用液位變送器進(jìn)口安裝有手閥，出口裝配流量計(jì)、壓力表、溫度表和手閥，每臺(tái)液位變送器可以單好隔斷。
初始密封輔助系統(tǒng)存在以下缺陷:
1) 阻封液 EG 與生產(chǎn)用 EG 共用同一臺(tái)輸送泵，在生產(chǎn)過(guò)程中需要經(jīng)常配制添加劑，配制添加劑需用 EG 流量約為 20 m3 /h，生產(chǎn)穩(wěn)定、連續(xù)消耗 EG約為13 m3 /h，4 臺(tái)液位變送器( 2S -A/2S -B /3S -A/3S - B) 阻封液流量約為 2 m3 /h，在配制添加劑過(guò)程中，阻封液 EG 流量、壓力受影響很大，經(jīng)常導(dǎo)致阻封液EG 壓力、流量接近低報(bào)值。
2) 在生產(chǎn)裝置停機(jī)時(shí)，終聚釜操作溫度一般在約 290 ℃，終聚釜須依靠通氮?dú)饨禍兀ǔＲ鬁囟?le;60 ℃才能停阻封液 EG，需要 2 ～ 3 天時(shí)間，這段時(shí)間消耗大量新鮮 EG，EG 只能當(dāng)作廢料處理，增加了生產(chǎn)車(chē)間的生產(chǎn)成本。
3) 受電網(wǎng)故障影響，一旦 EG 輸送泵斷電，釜用液位變送器處于無(wú)冷卻狀態(tài)。在原新鮮 EG 輸送泵配置 UPS 電源( 不間斷電源) 后，對(duì)外電網(wǎng)晃電有一定的改善，但當(dāng)外電網(wǎng)斷電時(shí)，仍會(huì)造成停供阻封液EG 的情況。
曾發(fā)生 1 起因外電網(wǎng)斷電導(dǎo)致液位變送器泄漏故障，發(fā)生 2 起因阻封液壓力流量低導(dǎo)致的液位變送器泄漏故障。
對(duì)于接觸式濕密封，維持密封腔壓力穩(wěn)定有利于保持足夠的汽化壓力裕量，可防止介質(zhì)流體在端面處局部汽化，有利于保護(hù)密封端面，反之，則會(huì)損壞密封端面。其中控制阻封液循環(huán)量是關(guān)鍵因素。密封腔熱量不及時(shí)帶走，液位變送器端面溫度過(guò)高會(huì)引起密封端面間油膜的氣化，使密封端面磨損，造成密封失效; 溫度升高也會(huì)使密封環(huán)變形，當(dāng)密封環(huán)所受熱應(yīng)力超過(guò)材料許用應(yīng)力時(shí)，密封件將發(fā)生永久變形破壞，造成密封端面接觸狀態(tài)的改變; 甚至因溫度變化引起熱沖擊和熱裂。 4) 運(yùn)轉(zhuǎn)過(guò)程能耗較高。
3 改造方案
針對(duì)初始密封輔助系統(tǒng)的不足，提出改造成密封油站的方案，方案如下:
密封油站內(nèi)部增加配置潤(rùn)滑油泵、冷卻器、油箱等設(shè)備。這種方案的優(yōu)勢(shì)在于 EG( 密封油) 可反復(fù)循環(huán)使用，直到不能滿(mǎn)足沖洗、冷卻要求后才更換新鮮 EG，隔離液循環(huán)動(dòng)力強(qiáng)，循環(huán)流量較大，溫度進(jìn)一步降低且可控，密封運(yùn)行環(huán)境進(jìn)一步改善。但密封油系統(tǒng)造價(jià)較高，對(duì)于單臺(tái)釜用液位變送器來(lái)說(shuō)性?xún)r(jià)比不高，密封油站循環(huán)冷卻方案可同時(shí)配置多個(gè)釜用液位變送器。
3． 1 密封油站工作原理
密封油站主要包括密封油箱、蓄能器、油泵、換熱器、自力式調(diào)壓閥、過(guò)濾器及隨機(jī)儀表，并集成在同一底座內(nèi); 每臺(tái)密封沖洗支路上配置壓力表、壓力變送器、手動(dòng)切斷閥、單向閥和轉(zhuǎn)子流量計(jì)，［1］詳見(jiàn)圖 3。
密封油經(jīng)油泵增壓后，送至各個(gè)高溫釜用液位變送器，系統(tǒng)的供油壓力通過(guò)自力式調(diào)節(jié)閥( PCV1) 調(diào) 節(jié)，每個(gè)密封腔內(nèi)的密封油壓力通過(guò)支路手閥進(jìn)行調(diào)節(jié)。
密封油站設(shè)計(jì)shou先應(yīng)核算沖洗冷卻流量，根據(jù)沖洗流量來(lái)確定油箱容積，油箱容積一般為流量數(shù)值的 8 ～ 10 倍，空間允許盡量做大些。液壓元件選擇的通徑尺寸，應(yīng)不小于核算的管路通徑。為安全可靠，一般配置 2 臺(tái)油泵，可使用一臺(tái)備用一臺(tái)，檢修時(shí)可切換使用。配置 1 μm 精過(guò)濾器，避免雜質(zhì)進(jìn)入密封腔。增設(shè)空氣冷卻器，氣溫低時(shí)可替代循環(huán)冷卻水。密封油選用清潔 EG。
3． 2 改造實(shí)施
在原有密封輔助系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，增加配置密封油站，控制原理見(jiàn)圖 3。密封油站增加設(shè)備如下:儲(chǔ)液罐一臺(tái)( 利舊) ，容積 4 m3 /工作容積 3． 2 m3，裝配有低液位、高液位開(kāi)關(guān)，儲(chǔ)液罐安裝高度約3 m。
計(jì)量泵 2 臺(tái)，配置 G35 -1 單螺桿泵，流量 5 m3 / h，功率 2． 2 kW，配置變頻器，利于流量調(diào)節(jié)( 經(jīng)核算，4 臺(tái)液位變送器沖洗流量合計(jì)≥1． 98 m3 /h) ，為防止外 電 網(wǎng) 斷 電 停 泵，將電機(jī)并入現(xiàn)有 UPS 電 源系統(tǒng)。增設(shè)自制過(guò)濾器，材料選用 304 不銹鋼，裝配聚丙烯濾芯。
增設(shè)自制空氣冷卻器，材料選用 304 不銹鋼。
管路管徑選取 DN40，材質(zhì)選 用 304 不 銹 鋼， SH10S 壁厚系列，總長(zhǎng) 150 m。
3． 3 密封泄漏判斷
當(dāng)巡檢人員觀察到油箱液位降低，或系統(tǒng)檢測(cè)到油箱低液位報(bào)警時(shí)，可確定多臺(tái)釜用液位變送器中有密封泄漏。操作人員可通過(guò)每臺(tái)液位變送器的回油流量與回油壓力判斷是否存在泄漏，通過(guò)泵轉(zhuǎn)速與回油總量可以估算泄漏量，決定是否需停機(jī)檢修。
3． 4 改造效果
2014 年對(duì)釜用液位變送器輔助系統(tǒng)改造后，密封油站已經(jīng)穩(wěn)定運(yùn)行 4 年，阻封液回流壓力、流量穩(wěn)定，進(jìn)口和出口的溫度差≤8 ℃。消除因裝置 EG 需求量波動(dòng)和裝置停機(jī)對(duì)釜用液位變送器的影響，提高了釜用液位變送器運(yùn)行的穩(wěn)定性、可靠性; 也解決了裝置停工過(guò)程中乙二醇耗量過(guò)大的問(wèn)題; 同時(shí)還降低了裝置的公用工程消耗，與原輔助系統(tǒng)相比較，密封油站運(yùn)行每年節(jié)約用電約 5 萬(wàn) kW·h。
4 結(jié) 論
密封油站循環(huán)冷卻方案可配置多個(gè)釜用機(jī)封，此方案已在石油化工行業(yè)的關(guān)鍵攪拌設(shè)備上廣泛應(yīng)用。Plan54 密封沖洗方案及密封油站的配套應(yīng)用，對(duì)聚酯裝置多臺(tái)釜用液位變送器和高溫油泵群液位變送器沖洗冷卻輔助系統(tǒng)是一個(gè)經(jīng)濟(jì)、可靠的選擇。
