西門子雷達液位計在上海賽科聚苯乙烯裝置上的成功應用

2020-12-08 電子產品世界

上海賽科石化有限責任公司（簡稱：SECCO）位於上海化學工業園區，是目前中國最大的合資石化公司，是英國BP、中石化和上海石化三家公司聯合投資27億美金建立的項目。除了90萬噸/年乙烯裂解裝置外，項目還包括產能60萬噸/年的全密度PE裝置、25萬噸/年的PP裝置、50萬噸/年的芳烴裝置、50萬噸/年的苯乙烯單體（EB/SM）裝置、26萬噸/年的丙烯腈(ACN)裝置、30萬噸/年的PS裝置和9萬噸/年的丁二烯裝置、兩套合資裝置。上海賽科10套裝置都擁有全球同類工廠中最大的生產能力，石油化工產品的年產量可以達到230萬噸。


圖一：上海賽科30萬噸聚苯乙烯裝置

其中，賽科30萬噸/年聚苯乙烯(簡稱：PS)裝置採用英國BP公司的聚苯乙烯專利技術，是目前全球最大的PS裝置。

遇到的難題

採用最穩定可靠的過程測量儀表是提高裝置生產能力、產品質量、有效控制生產成本的關鍵環節之一。

如何穩定可靠地測量PS脫揮罐上(Devolatilization,簡稱DV)熔融狀態下的聚苯乙烯液位，這個難題在PS工藝等塑料熔融物化工領域中一直都沒有得到很好地解決。在過去曾經運用多種液位測量技術，但都沒有得到理想地效果。這個工藝點的液位測量的主要特點是：過程溫度在260℃左右，含有少量的水汽，負壓，測量介質呈熔融狀，並具有很強的粘附性。聚苯乙烯在常溫下的介電常數為2.8，在高溫狀態下介電常數會降地更小。整個過程罐高5.8米，直徑約3米，進料口位於裝置的側面上方（如圖二）。


圖二：PS脫揮罐結構圖

根據原設計中採用了雷達液位計作為該裝置(DV)的液位解決方案。在使用原設計推薦的雷達液位計，我們很快發現，這種採用脈衝方式的雷達液位計測量數據極不穩定，波動非常大(見圖三)。造成的直接後果是：產品品質下降，甚至無法達到合格標準，被迫停車多次，造成巨大的經濟損失。液位計廠商也非常重視這一問題，多次派工程師到現場調試儀表，但始終不能解決問題。在經過了多達20多次的反覆調試之後，最後該廠商放棄了努力：雷達液位計的回波信號過於微弱，無法解決這一難題。


圖三：原先的雷達液位計測量數據DSC歷史曲線圖

為了保證生產質量，解決這個工藝點的液位測量難題，我們向很多世界著名的液位計廠商尋求解決方案。這些液位計廠商也都非常積極地配合我們，有的甚至專門邀請了國外的液位專家考察現場並提供了定製的解決方案：安裝導波管，導波管採用雙層結構設計，管中間層通熱油來保持介質的高溫狀態以防止介質聚合堵塞管道。我們在對這些方案進行了討論評估後，認為設計過於複雜，實現的難度非常大，而且存在安全隱患：一旦管體洩漏，將造成重大生產責任事故，因此最後棄用了該方案。

一時間，在這一問題上無法找到理想的答案，產品質量依然無法有效的控制。

解決方案

偶然的機會，我們看到了發表在「化工自動化儀表」雜誌上的《Siemens雷達液位計在複雜工況中的測量試驗》一文。我們試著聯繫了西門子中國有限公司過程儀表及分析儀器部(簡稱: 西門子PI)，西門子PI馬上研究了我們的應用工況，並提出了他們的解決方案—Sitrans LR400雷達液位計。令我們吃驚的是，西門子PI的解決方案非常簡單，基本上沒有提出任何安裝要求。在沒有更好的方案的情況下，我們提出了試用的要求。西門子PI在最短的時間內滿足了我們的要求，並很快他們送來了儀表— Sitrans LR400高溫型雷達液位計，同時安排了經驗豐富的技術服務工程師來為我們調試。

經介紹我們了解了Sitrans LR400的技術特點：

四線制的設計，保證雷達液位計發射的能量最大化；
連續調頻(FMCW)的微波測量原理大大提高了儀表的測量可靠性；
24GHz高頻微波信號，極大地提高了信噪比；
高溫型的設計，能夠使用在高達250℃的過程應用中，完全能滿足我們的要求；
由於其獨特的設計原理，使它能夠測量最小至1.5介電常數的介質；
最小至9°的波束角(通常微波的發射頻率越高，波束角可以做得越小)，可以有效地避開罐內和罐壁的各種幹擾；
獨特的喇叭天線及附件設計，可以有效地防止聚合物的粘附影響；
專利的聲智能回波處理技術，擁有全球超過50萬臺物位儀表的現場應用經驗積累，是世界上最早推出、最強大的物位測量回波處理技術；
簡單易用，但功能強大的Labview和PDM調試軟體提供了參數設置、記錄回波圖形、故障診斷、各種不同類型的回波幹擾的處理等強大的功能；
提供了本安防爆的紅外線手操器作為調試工具，使調試工作變得安全、快速而簡單。


圖四：Sitrans LR400在DV2裝置上的使用

使用效果

在經過簡單的安裝和調試後，Sitrans LR400開始在現場的工作。通過西門子雷達液位計的調試軟體，我們驚喜地看到LR400的回波圖形比原先的雷達液位計的回波圖形要強的多（如圖五）。


圖五：原先的雷達液位計和Sitrans LR400的回波圖形比較
註：左圖為原先的雷達液位計回波圖形；右圖為LR400的回波圖形

為了慎重起見，在西門子PI的配合下，我們進行了長達一個多月的現場試用。在試用期間，該儀表基本未經任何改動和設置。最終的結果顯示，LR400穩定可靠的表現出乎我們的意料，非常令人滿意。根據測試結果，經過討論決定，採用Sitrans LR400作為PS裝置的液位測量解決方案來替換原來的雷達液位計。解決了這一難題，對我們提高工藝的控制精度、改善產品質量、降低生產成本帶來明顯的益處。

通過這次和西門子PI的合作，使我們了解到了西門子雷達液位計產品的優良的性能，也感受到了西門子PI認真嚴謹的工作理念、專業的技術服務能力和積極熱情的服務態度。

參考文獻：
1、西門子（中國）有限公司. Sitrans LR400 雷達物（液）位計操作手冊. 2005.2
2、黃波. Siemens雷達液位計在複雜工況中的測量試驗.化工自動化儀表.2005.8

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