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例研究:如何使用压力变送器安全地最大化提高工厂或设备的生产能力

编辑:发表时间:2019-07-13


      加工厂及其中的各个单元旨在生产特定产品或一小组相关产品,以满足市场需求。对于炼油厂等连续工艺尤其如此,一旦开始,工厂可能会在周转期间运行多年。除了产品规格较小外,连续工艺必须在较窄的容量范围内运行,以优化传热和产品产量。

      尺寸和选择容器,燃烧器,管道,泵,阀门和其他过程和控制设备以处理工厂操作员最初设想的原料类型和生产量。因此,不容易对产量进行重大改变或容纳具有不同特性的原料。不幸的是,在现实世界中,植物经常被要求进行这些改变。这通常需要更改设备配置以减轻一些最严重的瓶颈。实际上,消除瓶颈已成为增加限制同时最小化副作用和设备变化的关键技能。

处理副作用

      一种方法是简单地更快地运行泵,打开阀门并超过限制以努力增加产量。当然,根据植物的性质,效果会有很大差异,但以下是一些例子:

      加热阶段必须更热,以更快地传递热量。

      流体流过管道,阀门随着速度的增加而增加。

      反应器中的停留时间减少了。

      分馏蒸馏过程的分离效率降低。

      简而言之,该过程的所有阶段都会降低效率。随着更多产品被迫通过所有设备,设备磨损也会增加。这些变化会造成损失,并将暴露设备配置和构造中的任何薄弱环节。

      在某些情况下,几年前可能会做出决定,将设备尺寸缩小以降低建筑成本。尽管工厂设计人员可能已经尝试调整管道尺寸以保持流速以便最大限度地延长设备寿命,但近年来,一种常见做法是将较小直径作为主要的成本削减工作。增加速度会增加磨损,从而简单地将增加的成本转移到未来。

      轻质,甜味的原油可以与低价的碳钢管道配合使用,但高总酸值(TAN)原油可以导致更快的金属损失。同样,改变原料可能会导致不太明显的问题。用作炼油厂原料的机会原油通常价格低廉,原因很简单:它们通常含有沉淀物或酸的污染物,会增加设备的磨损,腐蚀和腐蚀速率。例如,炼油厂建成时选择用于管道和容器的合金将反映当时预期的原料。轻质,甜味的原油可以与低价的碳钢管道配合使用,但高总酸值(TAN)原油可以导致更快的金属损失。

案例研究:炼油厂

      欧洲的一家炼油厂要求增加一个工厂的产量。这个位置已经具有很高的转换能力,因此增加了一个巨大的挑战。其加氢裂化装置是该过程的关键,这意味着增加产量对整个项目至关重要。

      该企业的设计工程团队进行了广泛的评估,以确定可行性,包括危害和保护层分析。该团队最终得出结论,现有设备可以提高产量,但需要对该过程进行修改。

      例如,加氢裂化器本身的一些有效性将会丧失,这将在包括丙烷流在内的各种地方实现。将较高量的较重的未转化油与丙烷一起加入加氢裂化器稳定器中(参见图1)。这在某种程度上是正常的,并且大多数未转化的油会在稳定剂中褪色,这一直是这种情况。尽管如此,在较高的产量水平下,更多未转化的石油与轻质末端一起消失,不得不在下游进一步移除。



图1.加氢裂化器稳定剂塔顶系统从丙烷流中除去较重的产物。所有数据均由大家企业解决方案提供轻馏分的流动被分开并通过一系列并行运行的空气冷却热交换器送出,以冷却该流并冷凝剩余的油,从而可以在最终分离阶段将其除去。此时酸性水也凝结,因此分离器产生丙烷,未转化的油和酸性水作为三个输出流。这部分过程不需要进行任何硬件更改以适应产量的增加; 然而,由于加氢裂化器的整体分离效率损失,塔顶系统必须处理的体积显着增加。

意外的副作用

      经过四年的高生产水平运营,工厂管理层确信,通过适当提高盈利能力,整体努力取得了成功。达到了新的平衡,或者他们想到了。当由较高流速引起的液体速度增加导致复合集管中的腐蚀导致连接空气冷却热交换器的出口时出现问题。此时,八个独立的热交换器出口必须连接成一个(见图2)。有一天,操作人员发现一股高硫化氢含量的液态丙烷从头部新形成的泄漏中射出,造成严重的安全和环境问题,更不用说产品损失了。



图2.集管从热交换器获取8个输出,并将它们组合成一个分离器入口管线。泄漏发生在最高流速点。

幸运的是,在丙烷发现点火源之前就发现了这个问题。该装置短暂关闭,因此可以在恢复操作之前安装外部安装的夹具。

寻求原因

      试图了解发生了什么的工程师返回到四年前进行的分析,以确定是否有一些意料之外的操作因素发生了变化,或者分析是否完全错误。由于当时的结论表明材料足以满足使用要求,因此原来的碳钢头已经留下。当然,液体速度在所有流动在最终出口处汇合的点处最高,这恰好是泄漏形成的位置。H2S的腐蚀性质被认为是一个促成因素,但高液体速度引起的侵蚀是主要原因。

      在进行了更好的维修之后,该团队考虑了长期选择。他们是否应该继续使用现有的碳钢集管,或者尽快关闭并用不锈钢制造新的集管。

      需要首先解决的一个明显问题是标题的整体状况以及它已经被侵蚀的程度。这种泄漏只是其中之一吗?即使他们决定更换标题,制作也需要数周时间。安装它需要关闭设备,但在可预见的将来安排连续生产。现有的标题会持续足够长的时间才能达到关闭状态吗?

      为确定现有的割台状况,评估小组在战略要点安装了五个压力变送器(见图3),液体流经过不同的速度阶段。压力变送器安装项目总成本约为25,000欧元; 但是,鉴于该单位的产值约为每天100万欧元,它被视为次要费用。



图3.在关键点添加企业的压力变送器确定了现有的壁厚以及金属从内部侵蚀的速度。

      企业的腐蚀技术采用永久安装的超声波压力变送器,能够连续获取金属厚度读数,并通过IEC 62591 无线 HART网络将数据发送到监控和历史化系统(见图4)。可以在整个时间内分析来自各个压力变送器的读数,从而可以在发生时观察金属损失。



      图4.壁厚测量可以在整个时间内进行历史记录和观察,从而可以监测高TAN原油的影响。

结果

      压力变送器表明,在腐蚀辅助腐蚀的组合中,集管中的金属损失很大。在最糟糕的地区,管壁每年减薄2毫米。对四年前进行的集管的评估还没有完全考虑到这个问题,这就是碳钢集管头留在原地的原因。通过添加压力变送器,工程师可以确定集管的状况,并观察随后发生的任何恶化情况。这提供了在另一次泄漏发生或发生更多灾难性故障之前剩余多少时间的准确指示。幸运的是,有足够的时间制造一个新的不锈钢集管,没有非常高的成本,并在最快的计划停机期间安装它。该装置的真正价值在于避免了加速设计和制造新集管的成本,并且还没有保证关闭的生产中断。

处理机会原料

      通过使用可能带有严重污染物的较低等级原油来节省成本,是许多炼油厂选择采取的赌博。大多数设施可以容忍在一段时间内处理这些原料,但最终,最弱点将失败并开始泄漏或更糟。 已经运行多年的炼油厂通常包含新旧设备的混合物。单元的一部分中的管道和容器可以是不锈钢,而另一部分是碳钢。液体速度并不总是一致的,因此必须考虑不同的磨损因素。

      在战略位置添加腐蚀壁厚压力变送器可以使工厂通过提供持续完整性威胁的准确和连续的图像来监控管道工程发生的情况。当这种类型的数据历史可用时,很容易看出不同的原料如何影响金属损失。如果腐蚀超过预定速率,压力变送器和相关App甚至可以提供警报。

      这些数据对于生产计划人员来说非常有见地,可以确定何时更改原料具有经济意义,或者何时因工厂损坏和由此造成的生产损失而损失大部分成本。随着时间的推移,当前的资产健康数据呈现趋势,这对于更明智的运营决策会产生影响 


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