丙烯酰胺二车间T2311液位计异常波动原因分析

梁彤

摘 要：化工法丙烯酰胺装置反应液进入浓缩系统前在缓冲罐内进行液位缓冲，其目的是保证反应系统压力稳定以及反应液持续进入浓缩系统。所以缓冲罐的压力、液位控制要求必须稳定。缓冲罐液位计采用单法兰式液位计，测量被测介质的压力，将测量结果转换为4-20mA.DC信号输出、转换为液位指示；利用分程控制系统稳定缓冲罐的压力，以达到稳定压力、液位的目的。

关键词：单法兰变送器、分程控制、串级控制、液位、压力、压差、压力平衡；

1. 前言

每个反应器内的反应液都经烛式过滤器流出，从R-2313中排出。反应液经S-2311(反应液过滤器：2μ×70根)除去泄漏的催化剂后，贮存在T-2311(缓冲罐)中。反应液经T-2311分配环进入，将罐内壁淋湿，防止在罐内壁聚合；另一方面T-2311起缓冲作用，保持浓缩工序平稳进料；T-2311压力用0.70MPa氮气控制在0.15～0.25MPa，压力由PICA2316(T-2311放空)调节。

随反应液夹带出来的惰性气体等，经控制阀（PICA2316B）进到E-2312。未冷凝的气体进到D-2321，用脱盐水吸收丙烯腈。氮气送到T-2311液位计的平衡管中，以防止平衡管中冷凝丙烯腈而引起虚假液位指示。

T-2311压力经PICA2316A/B控制，T-2311内的反应液送到浓缩工序。用FICA2321控制流率，以保持T-2311的液位。

T2311为水合法丙烯酰胺装置反应液缓冲罐。其作用是将0.3mPa、90℃反应液向7kPa浓缩系统连续、平稳输送。T2311为立式圆柱、9.5M³的容器。控制参数分别为压力控制、液位控制以及流量控制。三组控制数据相互制约、相互影响。其中压力控制系统采用的是分程控制；液位与流量控制采用的是串级控制。控制回路较为复杂。因此反应液要稳定、连续向浓缩系统送料，必须保证三组控制参数的精准、稳定。

2. T2311压力、液位、流量控制方式

T2311控制流程图见图1。从流程图上看出，压力控制分别为PICA-A加压时打开、PICA-B泄压时打开，属分程控制；LICA为液位控制，采用的单发兰液位计测量；FICA为流量控制，控制外输流量；LICA与FICA组成串级控制，达到T2311液位稳定的目的。

图1T2311压力液位控制系统

2.1T2311压力控制

对于T2311压力控制器输出同时送给PICA-A和PICA-B，两个阀门并联使用，都是气开阀，在控制信号的不同区间从全开到全关，走完整个行程。在生产实际应用过程中，当T2311内部压力升高时，PICA-B打开；内压降低时PICA-A打开，控制对象都是T2311内部压力，测量点均为PT点，实现变量转换、输送。高温气相通过放空线泄放至放空系统。由于放空线较长，气相会被冷凝，冷凝后的液体附着在管壁，易形成聚合物而堵塞放空线，因此放空线设有热水夹套，目的防止气体冷凝。此处需要注意的是PT点的位置，现场实际安装位置是在放空线接近控制阀处，控制阀与容器相距约10于米的距离。

2.2T2311液位控制

T2311液位测量采用的是单发兰式液位计。单发兰液位计的原理是通过液体的密度计压力的变化而计算当前液体的高度。特点是：法兰式安装，过载能力强，稳定性好，抗干扰能力强，精度高等。测量原理基于P=ρgh，根据容器内部压力测量得知实际压力，ρ为重力加速度近似值为9.8；h即为测量的实际值。因此可以转换为h=P/gh。

理想状态下，反应液稳定、持续进入容器，同时持续向后续工段输送，在压力、流量绝对稳定情况下，液位可以实现稳定控制。实际生产过程中由于负荷调整、公用工程波动、程序间歇运转，导致容器内压力变化，单发兰液位计由于测量参数压力变化，使得液位随之变化，通过调整仪表PID实现减小压力波动造成液位的波动。单发兰液位计投用时引压管通入氮气，防止高温气相由于温度变化产生冷凝液，进入到膜盒，引起虚假显示，造成波动。

2.3T2311输出流量控制

T2311输出流量控制是通过控制阀与流量计组成的控制单元进行调整。为单一回路。然而简单的流量控制只能对流量进行准确控制，不能实现缓冲罐的液位稳定控制，这时采用了串级控制。

串级控制系统是两只调节器串联起来，其中一个调节器的输出作为另一个调节器的设定值系统。

3. T2311液位持续波动分析

丙烯酰胺二车间在2010年开工后运行较为平稳，2013年出现T2311液位波动现象，多次调整PID没有理想效果，2016年检修对T2311单发兰液位计更换一台新表，水运期间未见异常，开工后液位仍是频繁波动。液位计随着时间的推进，变得极不稳定，甚至在2017年11月出现完全失灵状态。

T2311相关工艺参数LICA2319、FICA2321波动异常，同时T2311压力PICA2316阀门频繁开关，工艺参数无法实现稳定控制。

通过观察，液位波动原因并非液位计本身故障，而是缓冲罐T2311压力测量点压力波动较大，可能存在放空线有不通畅的管段，此管段应该发生在缓冲罐放空管口至压力测量点处，且未完全堵塞。假设放空管线存在堵塞现象，造成容器内压力与测量点存在差值ΔP,根据测量公式h=P/gh，压力变化引起液位计输出的变化。如果液位完全失控，造成缓冲罐内没有液体，会造成反应系统、浓缩系统直接相连，反应系统压力突变，浓缩系统真空破坏，严重的会导致装置停工。

T2311为9.5 M³的立式圆柱容器，放空管线为DN40管线，约10m，体积约为0.05 M³。假设T2311放空管线轻微堵塞，PT压力测量点测量的是管线内压力，并非容器内真实压力，二者压力存在压力差。控制阀根据压力检测点测得的压力，进行分程控制。而放空管线未曾全部堵死，放空线的体积相对于缓冲罐的体积相比相差悬殊，约为缓冲罐的0.05%。无论压力调节阀是A或B动作，都测得的是放空管线内的压力。放空线内的压力与容器内压力不得同步，始终存在压力差，缓冲罐与放空线在压差作用下不断试图平衡压力，使得测量点压力频繁变化，造成压力调节阀频繁开关。压力控制阀每次动作哪怕是微小动作都会引起管线内压力变化，从而压力传感器时刻传递变化值。

由于压力的不稳定，液位计体现在上下频繁波动，此时作为串级调整的流量控制，受液位变化的影响，一次扰动，二次扰动不断频繁出现，流量也随之出现大幅波动。

因此，如果要对T2311进行稳定控制，必须保证压力、液位、流量稳定控制。三者都不能出现长时间，持续波动现象。T2311液位计和流量计都换过新表，仍不能解决液位波动问题。经过分析，认为T2311放空线某管段有不通畅现象。堵塞的管路制约压力测量点与缓冲罐内的压力平衡，致使液位计大幅波动。2019年检修期间，重点对T2311放空线检查，结果发现缓冲罐放空管口有堵塞现象，：

通过对放空管口与管线的清理，清除堵塞物。放空线与缓冲罐压力基本平衡，压力趋于稳定，液位趋于稳定，液体液平稳输出。解决了T2311液位持续波动问题。

通过图可见，液位与流量大部分时间是稳定的。虽有波动属反应器内物料转移时造成的压力波动，此时压力波动能真实反映缓冲罐内的压力变化，压力调节阀能够完成压力参数的调整，使得压力、液位、流量稳定控制。

4. 结论

T2311作为连接反应系统与浓缩系统的关键设备，所以集成了分程控制与串级控制手段。目的是保证反应液持续、稳定的向浓缩系统输送物料。压力、液位、流量任何一参数都要准确、稳定的控制。同时三者互相制约，相互作用。任何一参数都不能脱离其他参数独立完成T2311的安全、稳定控制。

通过对T2311放空线的处理，发现放空管线内壁较为粗糙，由于反应液的特殊性质，在公用工程变化较大情况下，液位突变，易在管壁残留，久而久之形成聚合物，堵塞管线。在实际生产中严格执行操作卡，及时应对突发事件，尤其不能使液体达到放空管处。有条件的情况下需对放空线内壁进行光滑处理，防止气相冷凝后在管壁附着而形成聚合物。同时，员工加强巡检，通过对T2311视镜观察内部情况；对液位计的返吹氮气流量监控，防止冷凝液进入到引压管而引起虚假显示，造成液位不准现象。

通过对放空管口与管线的清理，清除堵塞物。放空线与缓冲罐压力基本平衡，压力趋于稳定，液位趋于稳定，液体液平稳输出。解决了T2311液位持续波动问题。最主要的是，堵塞的堵塞现象不及时处理，出现完全堵塞的情况，液位将无法控制，稍一疏忽，导致反应系统与浓缩系统直接相通，后果将是装置大面积瘫痪，甚至停工。

参考文献

1、5万吨/年丙烯酰胺二套装置操作规程