引言

英威達（Ｉｎｖｉｓｔａ）的聚酯轉力中，工藝熱源依賴于３．５ｋｇ／ｃｍ２（Ｇ）的氣相熱媒，這種熱媒是聯(lián)苯－聯(lián)苯醚共熔共沸混合物，液相熱媒經(jīng)熱媒爐加熱后在熱媒閃蒸罐內(nèi)減壓閃蒸產(chǎn)出穩(wěn)定的氣相熱媒，閃蒸罐提供了流體迅速氣化和氣液分離所需的合理閃蒸空間。熱媒氣相總管溫度、壓力是該工段對聚酯工段的保障工藝指標，液位監(jiān)控是該工藝段關鍵的操作控制工藝參數(shù)，是影響氣相熱媒溫度、壓力指標穩(wěn)定，防止冒管、帶液的重要影響因素。

 

本文主要分析了熱媒閃蒸罐內(nèi)流體的物理特性與運動特性，總結了熱媒閃蒸罐液位儀表的選型、安裝注意事項及操作使用經(jīng)驗，分析了導致熱媒閃蒸罐液位測量不穩(wěn)定及其他高溫熱媒凝液罐液位儀表氣蝕損壞的原因并基于故障原因提出了改善措施。

 

１熱媒閃蒸工藝特點

熱媒閃蒸的主要特點是液相熱媒進液口設計在熱媒閃蒸立罐切線方向，液相熱媒進罐壓力設計為６．５ｋｇ／ｃｍ２（Ｇ），閃蒸壓力為３．５ｋｇ／ｃｍ２（Ｇ）。液相熱媒切線進料的方式利用了離心力提高氣液分離效果，液相飽和熱媒在進入閃蒸罐減壓后，閃蒸出的氣相與液相利用重力分離，也可以加設絲網(wǎng)或擋板撞擊以提高分離效率。閃蒸罐的進料口管徑及定位尺寸應遵循工藝氣－液分離器設計規(guī)范的設計計算要求，進料口徑須與管道同口徑，進料口中心線向上至筒體上部切線?。ǎ保脖锻搀w直徑＋１／２進料口直徑）或（９００ｍｍ＋１／２進料口直徑），二選一時必須取二者計算后的較大值，進料口中心線向下至液相zui高液位可取（４５０～６００ｍｍ＋１／２進料口直徑）［１］。

 

熱媒閃蒸罐的設計壓力為６．０ｋｇ／ｃｍ２（Ｇ）、設計溫度３７５℃、操作壓力３．５ｋｇ／ｃｍ２（Ｇ）、操作溫度３３７℃，設備及儀表還應耐受停車后的極端真空工況。本文中熱媒是聯(lián)苯＆聯(lián)苯醚混合配置的共溶共沸混合物，質量比是２６．５∶７３．５，市場上常選用兩個廠家的產(chǎn)品，分別是道康寧的品牌Ｄｏｗｔｈｅｒｍ　Ａ和首諾的品牌ＴＨＥＲＭＩＮＯＬ?ＶＰ－１，該類別導熱油具備熱穩(wěn)定性好、高溫時飽和蒸汽壓力低、液相黏度較低、凝固點溫度１２℃，氣相的適用溫度范圍為２５７～４００℃等特性。

 

２熱媒閃蒸罐液位儀表設計方案及選型

熱媒閃蒸罐的操作工況具有高溫、低壓、耐真空的特點。聯(lián)苯－聯(lián)苯醚熱媒具有毒性與易燃特性，熱媒罐的液位儀表總體選型原則是遠傳液位計選型遠傳雙法蘭液位變送器，就地液位計選型磁翻板液位計，液位報警開關通過在磁翻板液位計上擴展干簧管式浮子感應開關。液位儀表選型要滿足高溫熱媒的苛刻工況，優(yōu)化選型與優(yōu)化安裝方案是后期儀表可靠穩(wěn)定運行的必要條件。本文根據(jù)設計與生產(chǎn)實踐經(jīng)驗總結如下重要的設計選型原則：

（１）耐高溫與防凝固，基于康泰斯江陰澄高聚酯瓶片項目實踐，液位變送器選用ＡＢＢ品牌２６６ＤＲＨ系列液位變送器，配套ＷＩＫＡ專供Ｓ２６ＲＡ系列密封組件。

（２）熱媒閃蒸罐的操作溫度是３３７℃，設計溫度達３７５℃，高壓側膜片材質選擇ＡＩＳＩ　３１６ＳＳ。密封件及毛細管填充液必須考慮選擇能耐高溫、耐真空、工作溫度壓力區(qū)域寬的硅油。根據(jù)以往的項目實踐，有三種硅油在備選范圍內(nèi)，分別是ＷＩＫＡ耐高溫型號ＫＮ３２、道康寧的ＤＣ７０４與ＤＣ７０４高溫硅油。本文匯總了三種高溫硅油的溫壓工作性能曲線，如圖１所示。對比圖中硅油工作溫壓曲線（曲線左側區(qū)域為硅油的工作區(qū)域），可以明顯得出ＫＮ３２硅油的高溫、真空應用溫度范圍與壓力范圍均要優(yōu)于ＤＣ７０４和ＤＣ７０５硅油，其中ＫＮ３２高溫硅油的zui低溫度限值為－２５℃，優(yōu)于７０４硅油的０℃及７０５硅油２０℃，后兩者在南方均需要考慮伴熱。

 

（３）液位計負壓側一般處于罐體的氣相空間，密封組件膜片應考慮耐受熱媒中的微量氯離子腐蝕，低壓側膜片材質常升級考慮哈氏合金Ｃ－２７６。

（４）高壓側的液相熱媒在冷態(tài)時表現(xiàn)出高黏度特性，應選擇延伸式法蘭密封組件，確保密封膜片平面與設備內(nèi)側平齊。

 

（５）磁翻板液位計應根據(jù)設計操作溫度選型耐高溫型號，磁性浮球及磁翻柱都應能適應熱媒閃蒸罐的高溫工況及停車后可能產(chǎn)生的負壓工況。

 

３熱媒罐液位儀表應用故障分析

熱媒系統(tǒng)液位儀表在運行過程中常出現(xiàn)磁翻板液位計失效、浮子及筒體遭腐蝕泄漏、雙法蘭液位計膜片腐蝕破損的嚴重故障，嚴重影響生產(chǎn)穩(wěn)定和裝置安全。下文主要從磁翻板液位計失效和液位儀表接液部件腐蝕兩個方面分析故障原因及總結故障解決方案。

 

３．１磁翻板浮子液面跟隨失效故障分析

磁翻板能夠在開車初期的低負荷階段正常進行指示，但熱媒循環(huán)量提升到一定負荷后磁翻板液位計將失效，其刻度標尺一直顯示zui低液位，可以確認此時磁浮球處于磁翻板液位計筒體底端。磁翻板液位計是利用連通器原理測量的液位儀表，連通器原理是“幾個底部互相連通的容器，注入同一種液體，在液體不流動時連通器內(nèi)各容器的液面總是保持在同一水平面上”。連通器測量的首要條件是液體是靜止不流動的。前面分析過熱媒閃蒸系統(tǒng)特殊的工藝特點，液相熱媒是罐體切線進料，這不可避免地引起了閃蒸罐內(nèi)液相熱媒的強烈旋轉并產(chǎn)生漩渦流。根據(jù)伯努利原理zui為著名的推論“等高流動時，流速大，壓力就小”。在閃蒸罐內(nèi)的液相熱媒旋轉速度顯著高于磁翻板液位計連通器內(nèi)的靜止液相熱媒，這就導致在磁翻板液位計下連通邊界面處的壓力不平衡，磁翻板側的液注靜壓要高于閃蒸罐側的液相熱媒動壓，此壓力差zui終會導致磁翻板筒體內(nèi)的液相流入熱媒閃蒸罐內(nèi)，從而引起連通器測量失效。

通過上文的故障原因分析，本文提出了如下改進措施：

（１）磁翻板液位計上連通口設備內(nèi)側增設弧形擋板，弧形擋板焊接覆蓋在上液位連通口上方，防止切線方向進入的液相熱媒旋轉流體灌入磁翻板液位計上口并導致浮子波動。該措施還可以防止過飽和液相熱媒進入磁翻板筒體后導致的氣蝕現(xiàn)象。

（２）設計時考慮提高磁翻板上連通口的高度，確保上部連通口連接的是罐體氣相熱媒。

（３）確保磁翻板液位計的下連通口處于靜止或流動速度較低的液面內(nèi)。熱媒閃蒸罐的底部直接連接在熱媒循環(huán)泵入口，工藝在設計時已經(jīng)考慮過要避免液相渦流裹挾氣體進入熱媒循環(huán)泵入口，因此在熱媒閃蒸罐底部設置有垂直“十”字擋板－防渦流擋板。放渦流擋板能消除液體渦流，使防渦流擋板內(nèi)液面處于相對穩(wěn)定的工況。磁翻板液位計下連通口應開在熱媒閃蒸罐底部防渦流擋板下，確保下連通口插在防渦流擋板的流體穩(wěn)定區(qū)。

 

３．２翻板液位計筒體及浮球破損故障分析

浙江新鳳鳴聚酯項目發(fā)生過熱媒罐體上的磁翻板液位計破損泄漏險情，除了浮球破損失真外，還數(shù)次發(fā)生磁翻板筒體破裂導致的高溫有毒、易燃的熱媒泄漏，造成環(huán)境污染和操作安全隱患。本文總結后發(fā)現(xiàn)，破損的磁翻板液位計均安裝于操作溫度較高的熱媒冷凝罐１８１２－Ｔ０１、１８１２－Ｔ０２和熱媒閃蒸罐，查詢ＤＣＳ中熱媒罐操作壓力歷史記錄，發(fā)現(xiàn)故障儀表所處罐體均出現(xiàn)過操作壓力低于飽和蒸汽壓力的工況，推測氣蝕應是造成液位儀表破損失效的主要原因。當設備操作壓力低于飽和蒸汽壓力時，液相熱媒內(nèi)會產(chǎn)生氣泡并在液相與金屬的接觸界面處破裂并產(chǎn)生氣蝕，一般認為氣泡的形成、生長及潰滅過程中的氣泡沖擊波機制與微射流機制是造成材料機械損傷的根本原因［２］。避免氣蝕現(xiàn)象產(chǎn)生必須精細調(diào)整工藝設備的操作條件，避免設備容器氣相壓力低于液相熱的飽和蒸汽壓力。

 

４結論

康泰斯的聚酯業(yè)主一直反饋熱媒閃蒸罐、熱媒冷凝液儲罐等的雙法蘭液位計和磁翻板液位計故障多發(fā)，裝置運行一段時間后總會出現(xiàn)雙法蘭液位計的接液膜片、磁翻板的浮子、磁翻板筒體等被腐蝕，磁翻板液位計也常常檢測不穩(wěn)定。過去一直認為是熱媒內(nèi)的氯離子含量過高引起的化學腐蝕引起的，我們將儀表接液部件材質更換為哈氏合金Ｃ－２７６，但腐蝕引起的破損問題依然沒有得到改善。磁翻板液位計測量不穩(wěn)定的問題在江陰澄高１?。罚埃埃簦渚埘テ科椖恐袕氐妆┞?，該項目工藝產(chǎn)能在經(jīng)過２倍放大后，熱媒閃蒸罐只是相應提高了進液口高度，設備本體尺寸并沒有同步放大，磁翻板液位計常在熱媒系統(tǒng)開車負荷提高后徹底不能工作，現(xiàn)場檢查后確認故障時磁翻板筒體內(nèi)無熱媒，這是導致磁翻板液位計不能工作的主要原因。

 

儀表的故障常常是安裝設計不合理或工藝設備操作不正確導致的，完美的儀表測量方案從來就不是儀表單個專業(yè)知識所能涵蓋的，儀表專業(yè)確定選型和安裝方案還應綜合考慮收集工藝、設備、管道等方面的信息，了解工藝設備工作原理、理解工藝介質物性等。