测量轻烯烃混合气超声波流量计故障案例

(一)基本情况

1.装置名称

某煤制烯烃工厂MTO装置(甲醇制烯烃装置)于2010年8月投产使用。每年可用180万强度吨甲醇(折纯)生产60万吨轻烯烃类产品(乙烯+丙烯)。

2.工况简介

轻烯烃混合气自水洗塔去烯烃分离装置:操作温度为40℃;操作压力为0.045MPa。水洗塔DCS控制流程如图1-44所示。

3.仪表情况

MTO装置去烯烃分离单元气体流量160FT2114，插入式超声波流量计;厂家为GE;规格为DN900;量程为0~90000Nm³/h;型号为GF868-12EX-20A14000;精度为±1%;介质为轻烯烃混合气(甲烷、乙烷、乙烯、丙烯、丙烷、氧化物);投用日期为2010年8月8日。

(二)故障描述及处理过程

1.故障前工艺情况

设计MTO装置水洗塔出口反应气正常流量为65138Nm³/h，介质成分包含乙烯、丙烯、丁烯等小分子烯烃，故障前装置运行平稳。

2.故障现象详细描述

装置满负荷运行一个月以上时，反应气流量测量值波动较大，测量不稳定，出现测量值指示零等故障现象，变送器显示面板出现E1报警(查阅说明书提示声波强度低，现场出现故障时可查看面板显示的上下游探头声波强度和流速变化情况:上下游探头声波强度正常在50~70之间，一般情况上游探头声波强度为66,下游探头声波强度为62，出现蜡状物时声波强度低于50;产品气流速变化正常为16m/s左右，故障时流速为0或在0~16m/s之间波动)。故障时产品气流速DCS历史趋势如图1-45所示。

3.影响范围

MTO装置上下游装置产品气流量计一直波动导致工艺不能有效监测轻烯烃混合气流量数据。

4.仪表及系统处理过程

因产品气流量计设备管线无跨线，不可以停用，只能在线维修，根据GF868超声波流量计插人式探头结构形式(图1-46)，采用隔离阀和密封管的形式，以达到在线插拔维修的目的。在探头拆装时进行如下安全拆装保护:

(1)准备工作:在法兰面和套管表面做好标记;准备2个空气呼吸器和2台便携式气体检测报警仪;准备2个3"150LB内外环缠绕垫片，与工艺管道法兰连接使用;准备2套防爆扳手及螺丝刀。

(2)探头带压取出作业流程:

①松开探头外端法兰与填料函法兰螺栓，同时检测泄漏(观察10min)。若有泄漏，立即上紧螺栓。

②将探头向外抽出直至其内端限位螺栓被填料函挡住抽不动为止，同时检测泄漏(观察5min)。若有泄漏，立即还原探头，上紧探头外端法兰与填料函法兰螺栓。

③ 确认无泄漏后，完全关闭隔离阀。

④松开填料函与隔离阀连接法兰上的螺栓，取下探头和填料函组件，同时检测泄漏，取出过程中若有泄漏，立即上紧螺栓。

如图1-47所示，在探头端部氧化物结蜡严重，清除表面蜡状氧化物后，进行回装，回装后重新投用指示正常。

5.故障性质

这是由探头结蜡使声波强度信号降低造成的检测失效，属于流量计设计选型故障。

(三)故障原因分析

1.故障前仪表可靠性评价

仪表刚安装投用后流量指示正常，装置满负荷运行一个月以上时，反应气流量测量值波动较大，测量不稳定，出现测量值指示零等故障现象。

2.失效分析

(1)工艺介质中包含乙烯、丙烯、丁烯等小分子烯烃，容易结蜡，面板出现E1报警，根据流量计说明书相关内容，结合工艺介质情况，初步断定为探头结蜡，因以前运行稳定，排除编程故障，结合流速和声波强度进行断定。

(2)定期维修保养周期过长，由于冬季和夏季生产运行负荷不一样，需调整冬季和夏季保养周期。冬季运行负荷较高时，建议2个月检查清理一次，夏季运行负荷低时，建议3个月检查清理一次。根据流速和声波强度检测情况以及维护情况调整清理保养周期。

3.直接原因

探头上有污垢或探头结蜡，探头发射接收不了信号是本次故障的直接原因。

4.间接原因

设计人员对流量计探头测量原理和工艺介质含蜡会造成探头失效特性不了解，未能评估出该设计选型会造成测量失效的隐患风险。设计选型不当是本次故障的间接原因。

(四)防范措施及建议

1.经验总结

应该定期检查与保养关键仪表，及时关注工艺过程发生的变化。由于该仪表测量去烯烃分离装置轻烯烃混合气，测量管道较大，工艺介质含有氧化物易结蜡，考虑后期维护,超声波流量计符合该工况;有部分其他厂家同类型装置该部位改为用文丘里管进行测量，但存在部分弊端，如采用精度难以保证的文丘里管，直管段选取要求较高，后期无法维护;建议继续采用气体式超声波流量计，如厂家技术可满足在探头端部增加反吹装置，那么维护人员可定期反吹，减少在线拆装探头的频次，更好地进行该位置流量测量。

2.防范措施

定期检查、清理探头表面污垢和蜡状物，防止探头结蜡影响测量，尤其在冬季和高负荷运行情况下，工艺介质氧化物增加(由于维护装置冬季和夏季生产运行负荷不一样，需调整冬季和夏季保养周期，冬季运行负荷较高时，建议2个月检查清理一次，夏季运行负荷低,建议3个月检查清理一次，根据维护情况适当调整)。

3.改进建议

(1)利用大检修的机会对有可能造成工艺波动的关键仪表进行下线检查，有问题及时处理。对工艺参数及时采样分析，若参数发生变化，则有可能对仪表测量造成影响，要及时解决。

(2)委托设计人员重新选型，采用其他类型的流量计。

(五)知识拓展

超声波流量计接线端子处20倍信号放大器对测量也非常重要，如GE厂家的GF868型超声波火炬气流量计接线端子处信号放大器故障，也可能会造成流量频繁波动。由于信号放大属于电子元器件，寿命周期短，若出现E1，E2，E3周期跳变，清理探头污垢后声波强度还是较低的情况，建议更换20信信号放大器，依据目前企业运行经验，7年更换一次。根据超声波流量计原理，其他厂家测量气体超声波流量计探头信号放大器建议在厂家给定寿命期内进行比对检查和更换。

注：本文摘自仪表圈编辑的《仪表问答》，感谢仪表圈的团队！