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摘要：以某苯乙烯裝置儀表選型及安裝實例為背景，針對苯乙烯介質易聚合，易堵，粘度大等特點，分析和探討了苯乙烯裝置儀表選型和應用。并對不同參數的測量解決方案（如：采用帶吹掃差壓變送器和伽瑪射線液位計測量液位，采用科里奧利質量流量計和熱式質量流量計檢測流量等）進行了分析比較。

關鍵詞：苯乙烯裝置；聚合；儀表選型；溫度測量；液位測量；流量測量

苯乙烯（SM）是重要的基本有機化工原料，主要用于生產聚苯乙烯樹脂（PS）、丁苯橡膠和丁苯膠乳（SBR/SBR膠乳）、離子交換樹脂等化工產品。此外，還可用于制藥、染料、農藥等行業，用途十分廣泛。近年來，隨著橡膠下游相關行業的蓬勃發展，特別是汽車輪胎工業的飛速發展，橡膠等消費量呈現出跳躍式增長，苯乙烯的需求量也飛速發展。我國苯乙烯生產能力遠不能滿足市場的需求，缺口較大，因此，各企業要求新建或擴建苯乙烯裝置的愿望迫切。由于測控儀表對苯乙烯裝置安全、穩定生產起著關鍵作用，非常有必要研究針對苯乙烯裝置特點的現場儀表的合理選型和應用。本文以某化工廠苯乙烯裝置為例，對苯乙烯裝置的儀表選型特點和實際應用做簡要的分析和探討。

1裝置工藝特點及物料特性

乙苯絕熱脫氫制苯乙烯裝置，主要由乙苯脫氫反應系統、苯乙烯分離精制系統和輔助系統組成”。乙苯脫氫反應是在催化劑和水蒸氣存在的情況下，乙苯發生選擇性脫氫反應，生成苯乙烯粗產品，然后進行精餾分離等一系列加工處理，最終產出裝置的主產品-苯乙烯。

苯乙烯裝置的生產中具有高溫反應、負壓精餾的特點，涉及的主要物料有干氣、苯、乙苯、苯乙烯、尾氣、阻聚劑等，大多數為易燃、易爆物質；阻聚劑DNBP為劇毒類，芳烴物料有中等毒性：其中，苯對人體毒害最為嚴重。因此，如何結合裝置工況特點和工藝物料特性合理進行儀表選型是使裝置能安全、可靠、穩定運行的基本保證，也是做好自控設計的重要基礎。以下筆者將結合工況要求和物料特殊性，重點針對溫度、流量、液位等儀表在選型、，設置方面的考慮以分析介紹。

2采用可靠的溫度檢測，確保脫氫反應的正常進行

脫氫反應為吸熱反應，乙苯的平衡轉化率隨著反應溫度的升高而增加。在乙苯脫氫反應過程中，溫度是苯乙烯裝置脫氫反應的重要測量指標之一。脫氫反應器是在高溫下操作，且反應初期、末期的溫度、及聯鎖溫度之間的變化不大，要確保精確地測量溫度，測溫元件的選擇是一個十分關鍵的要素。在溫度元件的設計選型中以下三個方面需特別注意：

（1）選用高精度的測溫元件。溫度元件的測量精度有A、B級，對于高溫情況下，選用符合IEC標準高精度的K型、R型鎧裝絕緣型熱電偶溫度計。在設計中，確保選擇精度高、質量好的測溫元件，排除因元件的精度誤差造成測量誤差。

（2）在多點熱電偶的結構上，針對反應器設備自帶溫度計套管的情況，配置靠壁彈簧機構，以確保溫度的響應時間。

（3）在溫度計套管的材料選用上，按不同的管道材料等級，根據高溫的情況，并考慮高溫材料的價格因素，分別選用耐熱不銹鋼304HSS選用Incoloy800HT，剛玉等特殊材質。既保證儀表測量使用的可靠性，又滿足節約費用的要求。

3合理選擇流量儀表，確保不同物料流量的正確測量

苯乙烯是一種熱敏性物質，極易自聚，隨溫度、濃度升高及停留時間的延長，自聚速率增快，粘度不斷增加，減慢其流動速度。根據裝置的介質特性，為保證測量控制的正確性、有效性和可靠性，在流量儀表的設計時，我們注重從以下幾個方面進行合理的選型：

（1）對苯乙烯、焦油等易聚合、高粘度的介質，如在精餾工段，苯乙烯焦油液粘度大，選用了楔形流量計、質量流量計。楔形流量計采用差壓原理測量流量，其檢測元件為V形，與孔板比，有更低的水久壓力損失。

（2）對苯、阻聚劑DNBP等有毒有害介質化工物料的流量測量，在設計中盡量考慮選用渦街流量計等管道式流量儀表，減少導壓管泄漏及排放。以防止苯、阻聚劑DNBP等有毒有害介質泄漏對人體造成傷害，對環境帶來污染。

（3）對烴化尾氣和燃料氣的計量，通常情況下，與其他液體流量計量一樣選用了科里奧利質量流量計。即利用科里奧利原理來直接測量流體流過的質量。科里奧利原理測量液體有很高的測量準確度，很高的重復性，且不需要直管段，但是，測量氣體，選型還是要非常慎重。用科里奧利原理測量氣體要求氣體壓力大（氫氣測量時要幾十公斤壓力），流速不能過低也不能過高（一般低于當地音速的0.5馬赫（1馬赫≈340m/s））。如果用科里奧利原理測量低壓低流速氣體，不僅測量精度差，可測量程比小，重復性也差，且零點不穩定，特別是管道的震動對表的影響較大：壓損較大；價格昂貴。

本裝置烴化尾氣、燃料氣的測量計量，從計量精度，價格等方面考慮，選用了可直接測量氣體質量流量的熱式質量流量計。

熱式質量流量計利用熱傳導原理，即流動中的流體與熱源之間熱量交換關系來測量流量，采用恒溫差或恒功率法，對氣體精確測量。熱式質量流量計只能用在氣體，利用各種氣體對熱的傳導和吸收能力的不同，測量從發熱到感應之間的熱量傳遞或者熱能損失來對應流速。

該流量計精度高，靈敏度高，量程比較寬，價格低、尤其適合用于大管徑（直徑可為十多米）燃料氣體的貿易計量。其壓力損失極小，可在線插拔清洗，傳感器不易堵塞，安裝維護量小。缺點是響應時間通常為2~5$，若應用于控制系統不能選用響應時間長的儀表。科里奧利流量計與恒溫差原理熱式質量流量計在氣體流量測量的比較見表1。

4選擇合理的檢測方案，解決易堵問題

由于苯乙烯易聚合為不可溶苯乙烯，為防止因聚合而堵塞管道，對苯乙烯等易聚合介質的測量一般采用以下解決方案：

（1）在壓力檢測上，對苯乙烯塔、儲緣頂部等氣相壓力的測量，采用膜片密封法蘭式壓力表和壓力變送器，帶吹掃和沖洗環的方案。苯乙烯塔釜的壓力測量，引壓管采用氮氣吹掃的方式，以防止管線因聚合堵塞而影響測量。

（2）在調節閥的選用上，采用如V型球閥等無死區結構的調節閥，以防止在調節閥死區形成物料積聚聚合引起閥門無法動作而造成調節失靈。

（3）對苯乙烯塔釜的液位測量一般有兩種解決方案。一是帶吹掃和沖洗液位測量方案。液位測量采用差壓變送器，用氮氣吹掃引壓管線，氮氣吹掃口設置盡量不留死角，以防止因聚合而造成管線堵塞，吹掃氮氣通過穩流調壓閥使得進入變送器正負壓室的氮氣壓力恒定一致，確保液位的正確測量。該方法的優點是：測量較穩定、可靠，價格便宜。

另有一解決方案是采用非接觸式的伽馬射線液位計。伽馬射線液位計是利用能量衰減來測量液位。發射源（鈷60或者銫137）放在一個注鉛的鋼制密封源罐內，源罐放在容器的一側，一個棒狀的閃爍式探頭裝在容器的另一側。伽馬能量從源罐射出，穿過容器壁和物料上層空間到達探頭。當物料的液位增加時，到達探頭的能量減少。此種測量方案其獨特的優點是不接觸測量，降低自聚可能。它能對高溫、高壓密封容器或管道內的腐蝕、高粘度、劇毒性的固、液態介質進行料位測量，采用放射源，標定好以后幾乎可以做到免維護，無移動組件，測量穩定，精度高，運行可靠。但是這種儀表使用時應在儀表周圍采用防護措施，以防止射線對人體的傷害，且價格較貴。

目前，苯乙烯塔釜易聚合介質液位的測量，以上兩種方法都分別有采用。用戶可綜合考慮投資合理、運行穩定、維護方便等因素，選用合適的測量方案。本裝置采用普通差壓液位變送器帶吹掃方式來測量液位。

5結束語

一套裝置的自控設計是一項系統工程。儀表、控制系統及安全保護系統的可靠性和先進性都與裝置產品的質量、產量、能耗以及裝置的安全生產有著密不可分的聯系。但實際應用中最容易出問題的是儀表，因此，儀表選型顯得尤為重要。儀表選型首先要考慮到測量的準確性、合理性、可靠性，其次要考慮用戶使用、維護的方便。各種儀表選型方案各有利弊，合理選用可以穩定、可靠地監控整個裝置的生產運行。并為優化裝置操作、消除生產隱患、降低能耗、提高生產效率，長周期安全穩定運行提供保證。