精馏成品塔液位故障及改进

(一)基本情况

1.生产装置及工艺简介

某连续甲苯氧化装置，以甲苯为原料加入催化剂并通风，生成苯甲酸粗品，经成品塔精馏后成苯甲酸，副产品为苄酯、苯甲醛。装置于2015年8月投产，年产20万吨苯甲酸，是目前国内**的苯甲酸生产装置。

2.回路及仪表简介

精馏成品塔设置1台双法兰差压变送器(LT-012601B)测量液位和利用2台单法兰压力变送器(LT-012601A)的差值显示液位，同时设置高低位音叉液位控制开关，测量介质为液态苯甲酸、液态苄酯，介质易结晶;工作温度为220~250℃;工作压力为-0.09MPa。LT-012601B双法兰差压变送器，后来改造为同轴导波雷达液位计，进行压差和雷达(改进)测量，量程为0~4.2m。

用2台法兰取压压力变送器的差值显示液位:

LT-012601A(计算)=[PT-012601A(下部压力)-PT-012601B(上部压力)]x介质密度

(二)故障描述及处理过程

1.故障前工艺情况

成品塔在原设计时采用了两套差压变送器和高低位音叉液位控制开关，一套为双法兰差压变送器，用于测量液位并控制高沸出料阀门;另一套为两台单法兰压力变送器，用于测压差计算液位，供工艺人员参考;高低位音叉液位控制开关作报警提示，当液位低于低位音叉液位时联，停成品循环泵和高沸泵。开工之初两套装置工作正常，其中LT-012601B双法兰差压变送器自动控制成品塔高沸出料阀门。

2.故障现象详细描述

半年后两套装置测量值开始出现偏差，达到1~2m，液位历史趋势波动不同步。查看历史趋势发现LT-012601B(双法兰差压变送器)液位历史趋势呈细密大幅度锯齿状，因此无法用LT-012601B控制高沸出料阀门。LT-012601A(计算)液位历史趋势走势平稳。根据故障现象,判断LT-012601B取压口堵塞或损坏。检查发现仪表夹套保温正常，拆LT-012601B发现取压口未堵，但其正压室膜片鼓胀变形破裂，硅油已漏，没有明显的腐蚀迹象，更换备用差压变送器液位恢复正常。使用一段时间后故障依旧，差压变送器再次损坏。因连续工艺暂时不能停车维修，只能用更换差压变送器的方式维持生产。

3.故障影响范围

因连续工艺，液位波动太大无法自动控制高沸出料阀门，只能人工手动控制，这直接导致连续工艺生产受限，影响产品质量和产量。频繁更换差压变送器不能从根本上解决问题，且增加了维护成本。

4.仪表及系统处理过程

2018年大修期间对成品塔的工艺装置和控制策略进行了改进。

(1)工艺装置。成品回流罐的容积由4m加大到10m’。

(2)控制策略。利用成品回流罐LR-012603液位来控制成品出料阀门LV-012603。由原成品塔LT-012601B(双法兰差压变送器)液位控制高沸出料阀门改成由高沸出料流量FR-012606控制高沸出料阀门(FV-012606)，如图1-38所示。

对成品塔液位仪表也进行了改造，拆掉原双法兰差压变送器。利用单法兰压力变送器两取压口外接了一个测量筒(带保温夹套)。测量筒下部加装排污变送器阀，并接到成品塔循环物料管道上，避免测量筒堵塞，保证测量的精度。测量筒上部接同轴导波雷达液位计(GDGW55系列同轴式，厂家古大)。另外，单法兰压力变送器保留了差压的测量方式，但为确保可靠性也换成了两台罗斯蒙特3051系列的单法兰压力变送器，保留高低位音叉及安全联锁不变。液位仪表改造如图1-39所示。

改进后的成品塔在开车后工作稳定，两套液位显示值相差30~40cm，液位变化波动趋势相同，如图1-40所示。

目前两套液位仪表已使用3年，工作稳定，证明改造是成功有效的。

5.故障性质

这是一起仪表选型不当造成的测量故障。

(三)故障原因分析

1.故障前仪表可靠性评价

单从双法兰差压变送器本身质量来看是没有问题的，但从双法兰差压变送器使用的工艺环境来分析存在明显的使用不当。如图1-41所示为常用隔离液的使用温度压力曲线。从隔离液高温硅油DC704的工作范围曲线来看，在工作压力是正压时，使用温度范围是-40~232℃，负压工况时，随着压力的减小，所适应的最低工作温度不变，但是，最高工作温从232℃开始递减。实际使用场景中过程介质的工作压力为-0.09MPa，工作温度为220~250℃，虽然有些厂家的高温硅油在高真空条件下工作温度可以达到300℃，满足差压变送器的使用，但笔者认为从本测量环境的工作温度和压力参数看，这样的工况条件下差压变送器始终工作在一个极限状态。从以上分析看，本工作条件下双法兰差压变送器并不是**择。

2.故障失效分析

(1)主要原因:从拆下来的损坏的双法兰差压变送器分析，造成差压变送器正压室膜片鼓胀变形破裂的直接原因是高真空、高温环境下差压变送器毛细管内高温硅油膨胀。膜片撕裂损坏，导致差压变送器损坏，测量失效，以致该液位控制回路失效。

(2)次要原因:原工艺设备成品回流罐容积过小，当进料波动大时缓冲能力不够，导致液位波动大时出料阀门控制效果不好。

(3)管理原因:本工作条件下，其温度(220~250℃)和压力(负压-0.09MPa)均超出双法兰差压变送器隔离液的使用耐受工作范围。不应采用双法兰差压变送器进行液位测量，应选用其他测量原理的液位测量仪表。另外，两种相同的测量方式容易产生共因失效，建议从设计的可用性考虑，两套液位测量仪表宜采用两种不同的测量方式，以提高可用性。

(四)防范措施及建议

1.经验教训

仪表选型很关键，在测量方式和安全方面要充分考虑实际工况条件，设计院和单位工艺、仪表技术人员要多沟通交流，从实际出发保证仪表的安全可靠性。应根据工艺介质条件，选择合适的测量原理，选用满足工作介质条件的测量仪表。对于负压环境，法兰取压易造成膜盒形变不恢复，要做好仪表的设计前期管理，对设计选型进行审核和评估论证。

2.防范措施

成品塔液位改用同轴导波雷达液位计测量后，加强巡查。重点检查仪表测量筒保温夹套及排污阀门，防止测量筒内物料结晶堵塞造成测量不准。

3.持续改进

2015年前，成品塔制造工艺属于间歇工艺，2015年搬迁后新的连续工艺流程和控制策略都有很多不完善之处，目前来看以上液位测量和工艺的一些改进具有很明显的效果。仪表是工艺的“眼睛”，只有在生产实践中慢慢摸索，不断总结改进完善，精益求精地做好仪表，才能更好地服务于工艺。

注：本文摘自仪表圈编辑的《仪表问答》，感谢仪表圈的团队！