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1、中子料位计在延迟焦化装置的应用张金先摘要 延迟焦化装置扩能改造后，焦炭塔利旧，塔的处理负荷增大，生焦高度增加，采用“一塔两点”的方法安装中子料位计，便于及时监测塔的料位，避免油气管线结焦，保证了安全生产，同时还减少了消泡剂的消耗。关键词 延迟焦化装置 中子料位计 空高 焦高 消泡剂 1 前言2002年3月份对延迟焦化装置进行了扩能改造，委托洛阳化工设计院设计，采用“可灵活调节循环比”的先进工艺，在大部分设备利旧的基础上，使装置的处理能力由原来的800kt/a改造为100kt/a。改造过程中，除了对气压机进行了较大的改造以及分馏塔塔盘由原来浮阀更换为箭型塔盘外，其它设备基本利旧。该装置由两炉四塔
2、组成两个系列，采用24小时生焦周期。扩能后处理量增大，生焦周期不变，原料为中东原油的减压渣油，焦炭收率为31%、真密度为1.408，设计生焦高度由16m变为21.7m，焦炭层以上的空高比原来减少了，为了防止泡沫层冲出塔顶引起大油气管线和分馏塔结焦，需要安装监测焦炭塔料位的中子料位计，以便操作人员及时采取措施，确保安全操作。2 中子料位计的基本原理中子料位计系统一般由中子源、慢中子探测器、放大成型电路、微机数据处理系统、显示输出系统构成。注入塔内的渣油，主要由碳、氢两种元素构成。中子源发出的快中子穿过塔壁，与塔壁内的原子核相互作用。通过弹性散射，快中子很快损失自己的能量，逐步被“慢化”。这些被“
3、慢化”的中子有一定几率扩散到塔壁之外，被安装在塔壁外的只对慢中子灵敏的探测器接收。根据有关专家计算和实验证明，探测器接收到的慢中子通量，与塔内物料密度有着密切关系。测量这些慢中子通量及其随时间的相对变化，则可有效地确定塔内物料相对密度的大小及其变化，判定物料状态是油气、泡沫、还是焦碳。表1：物料密度与慢中子通量的关系物料状态总密度（g/cm3）H/C原子比考虑多项因素后在相关区域内慢中子相对通量数量重量气体0.0030.0322/11/616泡沫0.0320.7220.7/11/61/18660焦碳0.721.100.7/11/186090水1.02/11/8901003 中子料位计的安装4.
4、857m焦炭塔的直径6m，总高31.06m，下锥体积为95m3，其中各部分的高度见图1。对于中子料位计的安装，上海石化采用“一塔三点”，而镇海炼化采用“一塔两点”，通过对比，结合我们的实际情况，在实用及节省投资的前提下，认为采用“一塔两点”较合适。将它们分别安装在离塔底18.98m（A点）和22.42m（B点）处。同时，消泡剂除保留原来塔底四通阀前的注入点外，又增加了一个塔顶的注入点，流程见图2。由于生焦高度在21.7m左右，正常情况下焦炭的高度是在两个中子料位计之间的，当泡沫层到达A点时，注入消泡剂，降低泡沫层高度，当泡沫层到达B点时，根据估算的泡沫上升速度（因为在等径柱体内，泡沫的上升速度
5、近似匀速），采取相应的安全防范措施。此外，还可根据从进料到A点有显示时的时间长短，决定是否提前采取降量的措施，保证24h生焦周期。焦炭塔部分流图AB4 应用效果及效益改造后，焦炭塔生焦过程的控制主动了，消泡剂的使用也有针对性了。4月中旬，处理高残炭值原料的生产情况见表2。表2 改造后高残炭值原料的生产情况日期处理量t原料残炭%原料密度g/cm2焦高m汽油%柴油%焦碳%蜡油%液化气%干气%10287018.50.995220.0520.0411.93132.70429.26321.3211.6583.12315325420.21.00021.121.912.07531.91626.94024.0
6、851.763.22426311412.90.976716.817.113.37734.920.92624.9812.2463.57028324914.90.980616.215.114.52534.88420.56724.2791.6584.088从表2可见，4月10日和15日的生产状况非常危险，所以，安装中子料位计后，可大大提高焦炭塔的使用率，在高负荷生产的状态下也确保了生产安全。7月下旬，由于油种性质较重、残炭较大，而且进装置的半沥青也增多，导致焦高空前变高，运行情况见表3。表3 7月的生产情况日期原料 密度原料残碳半沥青量A点到泡沫时间B点到泡沫时间空高，米7月19日0.987814.
7、4%45T-101/1，19：30未到达11.27月22日1.004417.8%136T-101/2，17：0021：007.47月23日1.005217.2%151T-101/1，15：3020：307.67月25日1.003618.3%151T-101/3，10：3015：008.6从表3可知，7月19日属于正常，7月22日A点比19日早了2个半小时，可估算出泡沫的上升速度u=(22.42-18.98)/(21-17)=0.86m/h,所以可推算出到23：00切换四通阀时泡沫层已达到2425m，非常接近焦炭塔顶封头区，封头区是变速区，气体、泡沫到达后将加速，很容易导致夹带，因此必须立即降量
8、，并且提前半小时切换四通阀。同样，23日和25日我们也采取了不同程度的降量措施。另外，改造前，一天24h都往焦炭塔里注销泡剂，削泡剂注入量按0.03kg/t来计算，一天就要0.033000=90kg,而现在每天只需要0.0362.511=20.625kg，如果削泡剂按7万元/t计算，则每年节约成本为（90-20.625）24800071000=161.875万元。5 中子料位计与DCS历史趋势的配合使用目前中子料位计和DCS所提供的趋势图结合使用，图3是2002年9月13日焦炭塔（T-101/1）A、B两点的历史趋势图。从图3（a）可看出，T-101/1在16：20时A点中子料位计（DR110
9、1A）开始有信号，根据中子料位计的原理，在测量通量百分比达到6%60%时就出现泡沫层了，所以可知16：20时A就达到泡沫层了，如果焦炭塔锥型底部按实际高度的三分之一计算的话，则可估算出泡沫层到达A点的平均速度VA=（18.98-2/34.857）/（16.33+1）=0.908m/h。 （a） （b）图3 T-101/1中子料位计历史趋势图 从图3（b）可看出，到9月13日22：10时，泡沫层到达T-101/1的B点，即DR1101B开始有信号，而此时DR1101A的测量值约60%，所以可以得知在A点已经是焦炭了。在17：3018：00之间T-101/1已经注入消泡剂，因此可以估算泡沫层从A点
10、到达B点的平均速度VB=（22.42-18.98）/（22.17-16.33）=0.590m/h，按此速度到23：00切换四通阀时，泡沫层到达的高度为h=22.42+（23-22.17）*0.59=22.9米，可以保证安全生产。从图3（b）仍可看出到23：00切换四通阀时B点仍然是泡沫层（DR1101B在点G最大值为40%），随着冷焦的进行测量值也在下降，由此也可推测焦炭塔的焦碳层在A、B两点之间，即空高在7.6米11米之间，而实际上是8.8米，这也印证了中子料位计的测量结果。6 结语a. 中子料位计的安装，方便了操作，提高了设备的使用率，确保生产安全。b. 采用“一塔两点”的安装方法，可满足本装置生产的需要。c. 中子料位计与DCS历史趋势配合使用，可提高估算炮沫层上升速度的准确度。参考文献1、中石化广州分公司100104t/a延迟焦化装置扩能改造设计提纲 洛阳院 2000.2、刘运昌等 98全国核仪器应用学术会议交流材料 1998.8.20 3、程之光 .重油加工技术 作者简介：张金先，男，1998年毕业于天津大学化学工程与工艺专业，现任焦化工艺员，助理工程师。
