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新聞詳情

煉廠硫酸法烷基化裝置的各種儀表選型設計論述

來源:上海自動化儀表作者:上海自動化儀表網址:http://www.sparkcofencing.com

摘 要 :隨著國家汽油標準的進一步提高,各煉廠相繼新建烷基化裝置。硫酸法烷基化裝置采用濃硫酸做催化劑,工藝介質含不同

濃度的硫酸。硫酸腐蝕是影響該裝置安全、長周期運行的主要因素。上海自動化儀表結合某烷基化裝置的設計實例,主要列舉了該裝置含酸介質不同類型儀表材質的選擇,希望能為同行提供借鑒和參考。


引言

目前,全球燃料清潔化的總趨勢是汽油向低硫、低烯烴、低芳烴、低苯發展?!盾囉闷汀罚℅B 17930-2016)已于 2016 年 12月 23 日發布,汽油標準的提高,煉化企業需相應調整汽油池調和組分,限制催化加氫汽油、芳烴調和比例,降低車用汽油烯烴、芳烴

含量。烷基化工藝可以將異丁烷和 C4 烯烴通過反應生成高辛烷值烷基化油,該產品特點有:零芳烴、零笨、零烯烴、低硫、低蒸汽壓,RON和 MON 不僅絕對值高而且差距小,同時烷基化油具有良好的穩定性和低毒性,無腐蝕,便于儲存和運輸,是高辛烷值汽油的理想調和組分?;谏鲜?,烷基化裝置成為煉廠提高汽油產品質量,優化產品結構,提高經濟效益的迫切需要。本文將結合烷基化裝置的特點及實際應用經驗,通過對耐硫酸材料的分析,結合工程經驗,介紹溫度、壓力、流量、液位及閥門等儀表選型原則及安裝注意事項。


1 硫酸法烷基化裝置特點

硫酸法烷基化工藝主要有 DuPont 公司 Stratco 烷基化技術、Exxon Mobil Research and Engineering(EMRE)公司自動制冷技術和 Lummus 公司 CDAlky 低溫烷基化技術,反應原理均是異丁烷和 C4 烯烴在 98%(wt)濃硫酸催化劑的作用下,反應生產高辛烷值烷基化油,副產正丁烷、異丁烷、丙烷和燃料氣。本文以 Lummus 公司 CDAlky 低溫烷基化技術為例,流程主要包括:選擇性加氫、烷基化反應、壓縮制冷、反應物分餾、酸排放系統等部分。由于采用濃硫酸做催化劑,烷基化反應部分、酸排放系統等部分含硫酸介質的儀表材質均需充分考慮腐蝕性要求。


2 耐硫酸介質材料分析

不同的材料在不同濃度或溫度的硫酸中顯示出不同的耐蝕性,彼此之間沒有相同的規律。因此,耐硫酸材料的選用必須以試驗和經

驗為基礎。George.A.Nelson 首先根據大量的實驗資料和工廠的使用經驗繪制了耐硫酸材料選用圖。他把硫酸的濃度 - 溫度狀態圖(常壓沸點以下)劃分成 10 個區域,各區內腐蝕率≤ 0.5mm/ 年的材料用表列出。本裝置含酸介質操作溫度低于 50℃,做催化劑的濃硫酸濃度在 98%(wt)左右,但過程介質含酸濃度不一,結合 George.A.Nelson 的材料選用圖和材料表,結合不同儀表設備常用材料及以往工程經驗,選取以下材質作為含硫酸介質儀表設備材質。


1)ALLOY20/UNS N08020(0Cr20Ni35Mo3Cu4Nb):

一種鉻鎳鉬銅固溶強化型鐵鎳基合金,專門發展用于硫酸中的合金。表示 ALLOY20 在硫酸中的等腐蝕圖,可看出它在 50℃以下,在整個硫酸濃度范圍內都有較好的耐蝕性 [1]。其熱加工、冷加工及焊接性能均優良,并且也容易鑄造成形。


2)哈氏合金 B\C :主要成分為鎳 - 鉬合金 \ 鎳鉻鉬合 金, 目 前 廣 泛 使 用 的 有 N10665(B-2)、N10276(C-276)、N06022(C-22)。在氧化和還原兩氛圍狀態中,對大多數腐蝕介質具有優異的耐腐蝕性能。圖 2、圖 3 表示哈氏合金B、C 在硫酸中的等腐蝕圖,可看出它們在 50℃以下,在整個硫酸濃度范圍內都有較好的耐蝕性。


3)鉭:鉭金屬材料的耐腐蝕性能可同玻璃相比美 [2]。在 200℃以下,在整個硫酸濃度范圍內鉭都有較好的耐蝕性。但由于其價格昂貴,一般只用于壓力儀表膜片。


3 儀表選型

3.1 溫度測量儀表選型

對于含酸介質,溫度儀表(雙金屬溫度計、熱電偶、熱電阻)應重點注意接液部件材質的選擇,溫度計套管直接與工藝介質接觸插入深度位于管道直徑的 1/3 ~ 1/2 處。受介質沖刷和腐蝕較嚴重,本項目選用 ALLOY 20 作為外套管及法蘭材質,墊片作為接液部件,也需考慮硫酸腐蝕,本項目墊片材質采用 ALLOY20+PTFE。


3.2 壓力測量儀表選型

壓力測量儀表,包括壓力表、壓力和差壓變送器。對于含酸介質,首選隔膜式,以減少接液部件。綜合介質的腐蝕性、經濟性以及常用膜片材料等因素,本項目壓力儀表膜片及接液部件材質選用鉭合金,法蘭不接液,材質選用 316L,墊片材質采用ALLOY20+PTFE,配沖洗環,材質為 ALLOY20。


3.3 流量測量儀表選型

對于需要精確計量或需同時測量密度的場合,本項目采用質量流量計。從腐蝕性和實用性考慮,對于含酸介質,本項目質量流量計測量管及法蘭材質采用哈氏合金 B/C。不需要精確計量場合,對于含酸介質,本項目首選電磁流量計。電磁流量計襯里采用 PTFE 或PFA,從根本上解決了酸性介質腐蝕問題,經濟合理。需要注意其它接液部件材質,本項目電極材質選用鉭,接地環材質選用ALLOY20。節流裝置:節流件材質采用 ALLOY20,法蘭和取壓管材質同管道材質。



3.4 液位測量儀表選型

對于含酸介質,液位就地指示均采用磁浮子液位計。遠傳首選雙法蘭液位變送器,測量范圍較小時,選用浮筒液位變送器。中和池采用導波雷達液位計,硫酸罐采用高頻雷達液位計。


綜合腐蝕性、經濟性以及液位儀表常用材料等因素,本項目液位儀表材質選擇如下:

磁浮子液位計:本體及接液部件、浮子、法蘭、排污閥、放空閥及短節等材質均采用 316 內襯 PTFE 或 PFA。浮筒液位變送器:本體及接液部件、法蘭、排污閥、放空閥及短節等材質均采用碳鋼內襯 PTFE 或 PFA,浮子材質采用 ALLOY20。


雙 法 蘭 差 壓 液 位 變 送 器:膜 片 及 接 液 部 件 材 質為 鉭 合 金, 法 蘭 不 接 液, 材 質 為 316L, 墊 片 材 質 采 用ALLOY20+PTFE,配沖洗環,材質為 ALLOY20。導波雷達液位計:導波桿材質—316+PTFE ;法蘭材質—316+PTFE。高 頻 雷 達 液位 計:天 線 形 式 — 平 板 式;材 質 —316+PEEK ;法蘭材質—316+PEEK。


3.5 控制閥選型


對 于 含 酸 介 質 調 節 閥, 首 選 GLOBE 閥。 當 管 道 材質為 ALLOY20 和 316L 時,調節閥閥體及閥蓋材質采用A351-CN7M,閥芯、閥座、閥桿材質采用 ALLOY20,填料材質采用 V 型聚四氟乙烯;當管道材質為 20# 時,閥體及閥蓋材質采用 A351-CF8M,閥芯、閥座、閥桿材質采用ALLOY20,填料材質采用 V 型聚四氟乙烯。對于含酸介質切斷閥,當管道口徑≥ DN300 時,采用蝶閥;當管道口徑< DN300 時,采用球閥,材質選擇原則同調節閥。


3.6 PH計選型

烷基化裝置中,脫氣廢水、含油污水、酸堿密閉排放等均排至中和池,為保持中和池內污水 PH 值達到排放標準,在中和池設 2 個 PH計,1 個用于控制注酸或注堿量,1 個用于指示報警;另外,在污水泵出口管線也設置 1個 PH 計用于聯鎖。當 PH 值超標時,聯鎖關閉外排管道切斷閥,污水返回中和池。在中和池上的 PH 計采用投入式支架,探頭材質采用 PVDF,法蘭材質采用 316+PVDF ;在管道上的 PH 計采用流通池式安裝,流通池和連接法蘭材質采用 316L,與工藝管道材質一致,探頭材質采用ALLOY20。


4 儀表安裝注意事項

以下注意事項針對含酸介質儀表安裝。

1)采用 ALLOY20 節流裝置,本項目均采用徑距水平取壓,取壓短管規格:?60.3×3.91,材質:ALLOY20。一次取壓閥為 DN50 法蘭閘閥,材質:ALLOY20。配雙法蘭差壓變送器,膜片及接液部件材質選用鉭合金,法蘭不接液,材質選用 316L, 墊片材質采ALLOY20+PTFE,配沖洗環,材質為 ALLOY20,與沖洗環連接的短節、截止閥、管帽等材質均為 ALLOY20。


2)磁浮子液位計、浮筒液位變送器上接沖洗油系統,由配管專業接至儀表管嘴處,下接密閉排放系統,與配管專業分界面為放凝閥后法蘭。


3)雙法蘭差壓液位變送器接沖洗油系統,由配管專業接至沖洗環與排凝閥之間。


4)本項目含酸介質儀表(壓力表、壓力變送器、差壓變送器、差壓流量變送器、磁浮子液位計、浮筒液位計、雙法蘭差壓變送器)采用電伴熱,維持溫度 5℃~ 10℃。電伴熱系統由防爆配電箱、電力電纜、防爆開關、接線盒、自限溫電伴熱帶及其附件組成。本項目設 4 個配電箱,共102 個伴熱點。


5 結束語

硫酸的腐蝕速率與硫酸的濃度、溫度、流速和流動狀態均有關 [3],上海自動化儀表在進行儀表選型和安裝時,要綜合考慮各方面的因素。如操作狀態下工藝參數、開停工時工藝參數、非正常狀態下工藝參數、介質組成、環境溫度等,確保裝置安全、長周期運行。