煉廠(chǎng)硫酸法烷基化裝置的各種儀表選型設計論述

摘 要 ：隨著(zhù)國家汽油標準的進(jìn)一步提高，各煉廠(chǎng)相繼新建烷基化裝置。硫酸法烷基化裝置采用濃硫酸做催化劑，工藝介質(zhì)含不同

濃度的硫酸。硫酸腐蝕是影響該裝置安全、長(cháng)周期運行的主要因素。上海自動(dòng)化儀表結合某烷基化裝置的設計實(shí)例，主要列舉了該裝置含酸介質(zhì)不同類(lèi)型儀表材質(zhì)的選擇，希望能為同行提供借鑒和參考。

引言

目前，全球燃料清潔化的總趨勢是汽油向低硫、低烯烴、低芳烴、低苯發(fā)展?！盾?chē)用汽油》（GB 17930-2016）已于 2016 年 12月 23 日發(fā)布，汽油標準的提高，煉化企業(yè)需相應調整汽油池調和組分，限制催化加氫汽油、芳烴調和比例，降低車(chē)用汽油烯烴、芳烴

含量。烷基化工藝可以將異丁烷和 C4 烯烴通過(guò)反應生成高辛烷值烷基化油，該產(chǎn)品特點(diǎn)有：零芳烴、零笨、零烯烴、低硫、低蒸汽壓，RON和 MON 不僅絕對值高而且差距小，同時(shí)烷基化油具有良好的穩定性和低毒性，無(wú)腐蝕，便于儲存和運輸，是高辛烷值汽油的理想調和組分?；谏鲜?，烷基化裝置成為煉廠(chǎng)提高汽油產(chǎn)品質(zhì)量，優(yōu)化產(chǎn)品結構，提高經(jīng)濟效益的迫切需要。本文將結合烷基化裝置的特點(diǎn)及實(shí)際應用經(jīng)驗，通過(guò)對耐硫酸材料的分析，結合工程經(jīng)驗，介紹溫度、壓力、流量、液位及閥門(mén)等儀表選型原則及安裝注意事項。

1 硫酸法烷基化裝置特點(diǎn)

硫酸法烷基化工藝主要有 DuPont 公司 Stratco 烷基化技術(shù)、Exxon Mobil Research and Engineering（EMRE）公司自動(dòng)制冷技術(shù)和 Lummus 公司 CDAlky 低溫烷基化技術(shù)，反應原理均是異丁烷和 C4 烯烴在 98%（wt）濃硫酸催化劑的作用下，反應生產(chǎn)高辛烷值烷基化油，副產(chǎn)正丁烷、異丁烷、丙烷和燃料氣。本文以 Lummus 公司 CDAlky 低溫烷基化技術(shù)為例，流程主要包括：選擇性加氫、烷基化反應、壓縮制冷、反應物分餾、酸排放系統等部分。由于采用濃硫酸做催化劑，烷基化反應部分、酸排放系統等部分含硫酸介質(zhì)的儀表材質(zhì)均需充分考慮腐蝕性要求。

2 耐硫酸介質(zhì)材料分析

不同的材料在不同濃度或溫度的硫酸中顯示出不同的耐蝕性，彼此之間沒(méi)有相同的規律。因此，耐硫酸材料的選用必須以試驗和經(jīng)

驗為基礎。George.A.Nelson 首先根據大量的實(shí)驗資料和工廠(chǎng)的使用經(jīng)驗繪制了耐硫酸材料選用圖。他把硫酸的濃度 - 溫度狀態(tài)圖（常壓沸點(diǎn)以下）劃分成 10 個(gè)區域，各區內腐蝕率≤ 0.5mm/ 年的材料用表列出。本裝置含酸介質(zhì)操作溫度低于 50℃，做催化劑的濃硫酸濃度在 98%（wt）左右，但過(guò)程介質(zhì)含酸濃度不一，結合 George.A.Nelson 的材料選用圖和材料表，結合不同儀表設備常用材料及以往工程經(jīng)驗，選取以下材質(zhì)作為含硫酸介質(zhì)儀表設備材質(zhì)。

1）ALLOY20/UNS N08020（0Cr20Ni35Mo3Cu4Nb）：

一種鉻鎳鉬銅固溶強化型鐵鎳基合金，專(zhuān)門(mén)發(fā)展用于硫酸中的合金。表示 ALLOY20 在硫酸中的等腐蝕圖，可看出它在 50℃以下，在整個(gè)硫酸濃度范圍內都有較好的耐蝕性 [1]。其熱加工、冷加工及焊接性能均優(yōu)良，并且也容易鑄造成形。

2）哈氏合金 B\C ：主要成分為鎳 - 鉬合金 \ 鎳鉻鉬合 金， 目 前 廣 泛 使 用 的 有 N10665(B-2)、N10276(C-276)、N06022(C-22)。在氧化和還原兩氛圍狀態(tài)中，對大多數腐蝕介質(zhì)具有優(yōu)異的耐腐蝕性能。圖 2、圖 3 表示哈氏合金B、C 在硫酸中的等腐蝕圖，可看出它們在 50℃以下，在整個(gè)硫酸濃度范圍內都有較好的耐蝕性。

3）鉭：鉭金屬材料的耐腐蝕性能可同玻璃相比美 [2]。在 200℃以下，在整個(gè)硫酸濃度范圍內鉭都有較好的耐蝕性。但由于其價(jià)格昂貴，一般只用于壓力儀表膜片。

3 儀表選型

3.1 溫度測量?jì)x表選型

對于含酸介質(zhì)，溫度儀表（雙金屬溫度計、熱電偶、熱電阻）應重點(diǎn)注意接液部件材質(zhì)的選擇，溫度計套管直接與工藝介質(zhì)接觸插入深度位于管道直徑的 1/3 ～ 1/2 處。受介質(zhì)沖刷和腐蝕較嚴重，本項目選用 ALLOY 20 作為外套管及法蘭材質(zhì)，墊片作為接液部件，也需考慮硫酸腐蝕，本項目墊片材質(zhì)采用 ALLOY20+PTFE。

3.2 壓力測量?jì)x表選型

壓力測量?jì)x表，包括壓力表、壓力和差壓變送器。對于含酸介質(zhì)，首選隔膜式，以減少接液部件。綜合介質(zhì)的腐蝕性、經(jīng)濟性以及常用膜片材料等因素，本項目壓力儀表膜片及接液部件材質(zhì)選用鉭合金，法蘭不接液，材質(zhì)選用 316L，墊片材質(zhì)采用ALLOY20+PTFE，配沖洗環(huán)，材質(zhì)為 ALLOY20。

3.3 流量測量?jì)x表選型

對于需要精確計量或需同時(shí)測量密度的場(chǎng)合，本項目采用質(zhì)量流量計。從腐蝕性和實(shí)用性考慮，對于含酸介質(zhì)，本項目質(zhì)量流量計測量管及法蘭材質(zhì)采用哈氏合金 B/C。不需要精確計量場(chǎng)合，對于含酸介質(zhì)，本項目首選電磁流量計。電磁流量計襯里采用 PTFE 或PFA，從根本上解決了酸性介質(zhì)腐蝕問(wèn)題，經(jīng)濟合理。需要注意其它接液部件材質(zhì)，本項目電極材質(zhì)選用鉭，接地環(huán)材質(zhì)選用ALLOY20。節流裝置：節流件材質(zhì)采用 ALLOY20，法蘭和取壓管材質(zhì)同管道材質(zhì)。

3.4 液位測量?jì)x表選型

對于含酸介質(zhì)，液位就地指示均采用磁浮子液位計。遠傳首選雙法蘭液位變送器，測量范圍較小時(shí)，選用浮筒液位變送器。中和池采用導波雷達液位計，硫酸罐采用高頻雷達液位計。

綜合腐蝕性、經(jīng)濟性以及液位儀表常用材料等因素，本項目液位儀表材質(zhì)選擇如下：

磁浮子液位計：本體及接液部件、浮子、法蘭、排污閥、放空閥及短節等材質(zhì)均采用 316 內襯 PTFE 或 PFA。浮筒液位變送器：本體及接液部件、法蘭、排污閥、放空閥及短節等材質(zhì)均采用碳鋼內襯 PTFE 或 PFA，浮子材質(zhì)采用 ALLOY20。

雙 法 蘭 差 壓 液 位 變 送 器：膜 片 及 接 液 部 件 材 質(zhì)為 鉭 合 金， 法 蘭 不 接 液， 材 質(zhì) 為 316L, 墊 片 材 質(zhì) 采 用ALLOY20+PTFE，配沖洗環(huán)，材質(zhì)為 ALLOY20。導波雷達液位計：導波桿材質(zhì)—316+PTFE ；法蘭材質(zhì)—316+PTFE。高 頻 雷 達 液位 計：天 線(xiàn) 形 式 — 平 板 式；材 質(zhì) —316+PEEK ；法蘭材質(zhì)—316+PEEK。

3.5 控制閥選型

對 于 含 酸 介 質(zhì) 調 節 閥， 首 選 GLOBE 閥。 當 管 道 材質(zhì)為 ALLOY20 和 316L 時(shí)，調節閥閥體及閥蓋材質(zhì)采用A351-CN7M，閥芯、閥座、閥桿材質(zhì)采用 ALLOY20，填料材質(zhì)采用 V 型聚四氟乙烯；當管道材質(zhì)為 20# 時(shí)，閥體及閥蓋材質(zhì)采用 A351-CF8M，閥芯、閥座、閥桿材質(zhì)采用ALLOY20，填料材質(zhì)采用 V 型聚四氟乙烯。對于含酸介質(zhì)切斷閥，當管道口徑≥ DN300 時(shí)，采用蝶閥；當管道口徑＜ DN300 時(shí)，采用球閥，材質(zhì)選擇原則同調節閥。

3.6 PH計選型

烷基化裝置中，脫氣廢水、含油污水、酸堿密閉排放等均排至中和池，為保持中和池內污水 PH 值達到排放標準，在中和池設 2 個(gè) PH計，1 個(gè)用于控制注酸或注堿量，1 個(gè)用于指示報警；另外，在污水泵出口管線(xiàn)也設置 1個(gè) PH 計用于聯(lián)鎖。當 PH 值超標時(shí)，聯(lián)鎖關(guān)閉外排管道切斷閥，污水返回中和池。在中和池上的 PH 計采用投入式支架，探頭材質(zhì)采用 PVDF，法蘭材質(zhì)采用 316+PVDF ；在管道上的 PH 計采用流通池式安裝，流通池和連接法蘭材質(zhì)采用 316L，與工藝管道材質(zhì)一致，探頭材質(zhì)采用ALLOY20。

4 儀表安裝注意事項

以下注意事項針對含酸介質(zhì)儀表安裝。

1）采用 ALLOY20 節流裝置，本項目均采用徑距水平取壓，取壓短管規格：?60.3×3.91，材質(zhì)：ALLOY20。一次取壓閥為 DN50 法蘭閘閥，材質(zhì)：ALLOY20。配雙法蘭差壓變送器，膜片及接液部件材質(zhì)選用鉭合金，法蘭不接液，材質(zhì)選用 316L, 墊片材質(zhì)采ALLOY20+PTFE，配沖洗環(huán)，材質(zhì)為 ALLOY20，與沖洗環(huán)連接的短節、截止閥、管帽等材質(zhì)均為 ALLOY20。

2）磁浮子液位計、浮筒液位變送器上接沖洗油系統，由配管專(zhuān)業(yè)接至儀表管嘴處，下接密閉排放系統，與配管專(zhuān)業(yè)分界面為放凝閥后法蘭。

3）雙法蘭差壓液位變送器接沖洗油系統，由配管專(zhuān)業(yè)接至沖洗環(huán)與排凝閥之間。

4）本項目含酸介質(zhì)儀表（壓力表、壓力變送器、差壓變送器、差壓流量變送器、磁浮子液位計、浮筒液位計、雙法蘭差壓變送器）采用電伴熱，維持溫度 5℃～ 10℃。電伴熱系統由防爆配電箱、電力電纜、防爆開(kāi)關(guān)、接線(xiàn)盒、自限溫電伴熱帶及其附件組成。本項目設 4 個(gè)配電箱，共102 個(gè)伴熱點(diǎn)。

5 結束語(yǔ)

硫酸的腐蝕速率與硫酸的濃度、溫度、流速和流動(dòng)狀態(tài)均有關(guān) [3]，上海自動(dòng)化儀表在進(jìn)行儀表選型和安裝時(shí)，要綜合考慮各方面的因素。如操作狀態(tài)下工藝參數、開(kāi)停工時(shí)工藝參數、非正常狀態(tài)下工藝參數、介質(zhì)組成、環(huán)境溫度等，確保裝置安全、長(cháng)周期運行。