煤化工MTO 三旋系统流量变送器故障分析与解决

景宇富，何晓靓

（1.中国神华煤制油化工有限公司榆林化工分公司，陕西 榆林 719000；2.西安西电电力电容器有限责任公司，陕西 西安 710082）

煤化工是一种以煤炭为工业原料，经过一系列物理化学反应，生产出合格化工产品，其关键技术是MTO，即从甲醇到烯烃反应气[1]。该技术一直掌握在外国人手中，但通过国内科研工作者不懈努力，目前已经形成具有我国自主知识产权的60万t·a-1MTO装置。本文以某国有大型煤化工企业为依托，详细分析了MTO 装置仪表维护中反应气三旋系统差压流量变送器故障原因，提出了合理的解决方法，现场应用后取得了满意的结果。

1 故障分析

MTO 装置反应气三级旋风分离系统中，工艺发现测量反应气流量的差压变送器示值经常出现急速波动后显示最大值，且保持不变，导致无法准确观察到整个工艺流程的实时工况。仪表工检查变送器后发现引压管堵塞，通过打压泵打压确定为负压侧引压管堵塞。一般流量变送器根据管线需要安装在不同高度上，此处差压流量变送器安装在8m 平台上，引压管线没有伴热，通过采样分析发现反应气中除了烃类外，还存在少量水蒸汽和废催化剂，当蒸汽遇冷凝结后与废催化剂结合，并在压力作用下结为固体，随着固体的积累堵塞引压管，导致变送器正负差压的变化，促使测量值发生波动坏死，工艺无法进行测量。

2 解决方案

2.1 传统方案

为了避免反应气中的水蒸汽凝结，在引压管线旁增加伴热管线，保持反应气引压管中一个稳定的温度，避免水蒸汽遇冷凝结，进而与废催化剂结合凝固。考察现场管线的布置情况，发现堵塞处往往发生在引压管转角≤90°的地方，这就需要对整个引压管线进行技术改造，使引压管转角达到施工要求的最佳角度120°。这样可以从技术角度彻底解决差压变送器引压管的堵塞问题，但是在现有运行装置上增加伴热管线将会给施工带来一定的难度，而且在施工中更不允许采取动火作业，除非等到装置大检修期间或提前停车检修，那么将会给企业的正常生产造成巨大影响和损失，所以采用这种方法是行不通的。

2.2 增加反吹风方案

考虑到反应气主管线中的压力在95kPa 左右，属于低压段工况，可以引进一种安全介质气体给差压流量变送器的引压管施加一个反向稍高压压力，促使引压管内的水蒸汽和废催化剂颗粒回流到主管道中。结合MTO 现场工艺情况，氮气作为一种安全介质气体，不参与反应过程，只是一种中间气体，用于管线吹扫和置换，并且氮气管线已经分布在装置的各个角落。在整个MTO 装置中，氮气管线中压力保持在150kPa 左右，高于反应气主管线内压力，因此反吹风装置以氮气为安全介质是可行的。

2.3 反吹风的原理

在差压变送器的使用过程中，为了测量的需要在管道中设置了截流装置用于取压，通过引压管将所测介质引入差压变送器里，并在差压变送器的2个膜盒中形成差压，进而可以通过组态实现测量不同的参数如压力﹑流量﹑液位等[2]。由于引压管的存在，随着装置周围环境因素的变化，易发生引压管中介质凝结和沉积的问题，久而久之形成管线堵塞。根据差压变送器的测量原理，其中△P=P+-P-，再根据流量Q 与压差ΔP 的关系式：，可以计算出流量值（k 值根据不同介质来确定），这里的开方运算可以在DCS 中组态计算，也可以在变送器里通过现场操作器直接组态来计算。增加的反吹风装置的差压变送器原理为：反吹风的压力为P，其差压△P′为：△P′=(P+-P′)-(P--P′)=P+-P′-P-+P′=P+-P-=△P。由此可见，增加反吹风装置后差压△P′与未加前差压△P 相等，这也证明增加反吹风装置后不会影响原有仪表的测量值。

3 现场应用

经过三级旋风分离器后的介质主要以反应气为主，一些催化剂及废催化剂被分离出去，但是少量积累在差压流量变送器引压管中的积液及废催化剂导致引压管堵塞，致使差压变送器显示满量程（这里差压变送器差压△P 范围为0～4kPa，对应的体积流量Q 范围为0～15000 Nm3·h-1），此时的变送器已经基本丧失测量气体流量的功能，表1 所示为现场差压流量变送器负压侧堵塞时正压侧﹑负压侧﹑差压及流量的测量值。表2 所示为增加反吹风装置后变送器对应参数的变化值，其中明显看出原本发生堵塞的负压侧引压管压力示值随正压侧引压管压力的变化而变化，差压△P 与流量Q 关系满足（根据流量系数﹑流体的膨胀校正系数﹑孔板孔径及介质密度计算出系数图1所示为故障排除前后变送器参数变化曲线，短虚线所示为故障变送器△P 与Q 的变化曲线，可以发现在△P 的变化过程中，Q 迅速从0 Nm3·h-1变到15000 Nm3·h-1，说明变送器负压侧的堵塞导致整个变送器无法实时反馈管道内的流量值；实线描述的是增加反吹风装置后变送器△P 与Q 的变化曲线，随着△P 的递增，Q 以幂函数曲线接近变送器的最大示值，说明增加反吹风装置后差压变送器的正负侧引压管没有发生堵塞情况；长虚线是该差压流量变送器的最大示值曲线，也是保护变送器正常工作的警戒线。

表1 故障变送器参数

图1 故障排除前后变送器参数变化曲线

4 结论

差压变送器是目前化工企业应用最为广泛的一种化工仪表，引压管堵塞问题则一直是困扰仪表工程师的一道难题。本文通过对比传统解决方案的优缺点，从中汲取经验教训，就地取材，充分利用MTO现场装置N2资源，提出以N2为安全介质气体增加反吹风装置解决差压变送器引压管堵塞的方案，经过反吹风原理分析，论证了该方案的可行性，并通过现场投用数据分析进一步验证其正确性，得出以下结论：

1）利用安全介质气体作为反吹风的风源对于化工反应过程不造成影响，是安全的；

2）现场实时数据分析发现变送器差压不受反吹风的影响，仅与正负侧压力相关；

3）通过生产运行检验，反吹风装置对于解决低压段工况工作的气体堵塞问题是十分可靠的。

[1] 吴秀章.煤制低碳烯烃工艺与工程[M].北京：化学工业出版社，2014.

[2] EMERSON Process Management. Rosemount 3051 Pressure Transmitter with 4～20mA HART and 1～5Vdc Low Power Protocol[M]. Rev HA, December 2010.

[3] 朱炳兴，王森.仪表工试题集：现场仪表分册(第2 版) [M].北京：化学工业出版社，2002.