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PTA装置中仪表的选用特点


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Pharmaceutical & Engineering Design 2008, 29(6)

医药工程设计

自控技术应用

PTA 装置中仪表的选用特点
肖海荣
( 中国石化集团上海工程有限公司,上海 200120) 摘要 关键词 PTA(精对苯二甲酸)装置内醋酸腐蚀性强,介质多为浆料、粉料,其仪表选用较为特殊。对此将多个装置的 一些成功应用经验提出供大家参考。 PTA;强腐蚀;浆料;粉料 文献标识码: A 文章编号: 1008-455X(2008) 06-0038-03

中图分类号: TQ056.1

Features of Selecting Instruments Used in PTA Plant
Xiao Hairong
(SINOPEC Shanghai Engineering Co., Ltd Shanghai, 200120) Abstract: In Pure Terephthalic Acid Plant, most of the fluids exist in slurry and powder style, and in which acetic acid has strong corrosion. Thus, there are special requirements for selection of instruments. Some successful practical experiences in several plants were presented in this article. Keywords: PTA; strong corrosion; slurry; powder

随着中国的不断发展、西部开发的深入,国内 的 PTA 缺口也越来越大,因此近几年国内连着上了 好多套 PTA 装置。 由于 PTA 装置建造成本相对较低, 装置也相对独立,因此除了大型国企,不少民营资 本也赶上发展的潮流。以前的 PTA 装置技术都以 引进为主,近两年随着国内各大研究和设计单位对 PTA 装置技术的深入研究,国产化技术也随之发展, 现在国内正准备上以自主开发技术为主的 PTA 装置。 PTA 装置介质腐蚀性高、多为浆料、粉料,仪表选 择有其特殊性,仪表的选型直接关系到装置的安全 生产、 平稳运行, 因此如何对仪表正确选型极为重要。 笔者通过参与几个 PTA 装置的设计,对于其中的仪 表选用总结了几点经验,供大家参考。 1 材料选择 PTA 装置原料中有醋酸介质在内,并伴随流程 一直存在于工艺介质中。由于醋酸腐蚀性较强,尤
收稿日期:2008-09-18 作者简介:肖海荣(1975-),男,工程师。主要从事石化、化工装 置的控制系统及仪表设计工作。 Tel:021-58366600-2853 E-mail: xiaohairong@ssec.com.cn

其在高温下更甚,故 PTA 装置对于仪表材料要求较 高,应用的材料从低碳不锈钢 304L、316L、双相钢、 哈氏合金 C(Hastelloy C)到钛材(Ti)应有尽有。 鉴于仪表特材费用特别贵,所以如何选择恰当的材 料就非常重要,既要保证仪表的正常使用周期,又 能尽可能的将投资降低。下面就对各种材料的应用 作简单分析: 1.1 钛( Ti)材 钛材是 PTA 装置仪表要求最高的材料,主要用 于醋酸含量较高的场合。由于纯钛材相对较软,不 利于正常使用,故在易磨损的场合仪表材质如果采 用钛材通常都做渗氮硬化处理。而钛材的质量也直 接影响仪表的寿命精度等,某些厂商甚至对于钛材 里面的含铁量以及含氢量都有极高要求,以保证仪 表的质量及寿命。由于钛材较贵,故某些场合可根 据实际情况灵活应用。例如,温度计套管材质如采 用钛材,则法兰可以做成活套法兰,与工艺介质接 触面采用钛材,外部则可以用不锈钢代替,以降低 成本。又如压力仪表的引压管,由于工艺介质引出 后温度自然降低,酸性介质的腐蚀性也随之降低, 所以某些场合在钛材管道上的压力仪表引压管可以

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不完全参照管道等级表,采用低碳不锈钢或其它材 料代替。 1.2 哈氏合金 C(Hastelloy C) 哈氏合金 C(Hastelloy C)在 PTA 装置内的应 用也较多。一些高温高压浆料管道或高温高压设备 上的温度计套管材质就可以采用哈氏合金 C276。另 外,电磁流量计的电极材质、变送器的膜片材质等 都可以根据情况采用哈氏合金 C。虽然管道材质要 求仅为低碳不锈钢,但精制的第一结晶器入口角阀 由于其重要性,本体材质也采用哈氏合金 C 以增加 可靠性及延长使用寿命。 1.3 双相不锈钢 所谓双相不锈钢是奥氏体和铁素体组成的二相 的不锈钢,耐特殊介质侵蚀性强,如 PTA 中的醋酸 介质。随着双相不锈钢的不断发展和在化工领域越 来越成熟的应用,从上世纪 90 年代中期起 2205 型 双相不锈钢以其优越的耐腐蚀性能、良好的焊接性 能被大量应用于 PTA 技术,在仪表的应用上也是如 此。在腐蚀性较强的介质中,一些特殊的仪表内件 广泛采用了 2205 双相不锈钢, 甚至部分取代了钛材。 如精制区的一些调节角阀,阀体采用低碳不锈钢, 而阀门内件则采用 2205 双相不锈钢,不仅增加了阀 门的耐腐蚀性,延长了使用寿命,而且同钛材或哈 氏合金 C 比价格也具有相当优势。在氧化区一些腐 蚀性较强的管道上,不少温度计套管也可采用 2205 双相不锈钢。 1.4 低碳不锈钢 低碳不锈钢是 PTA 装置内仪表使用最广泛的材 料,除了公用工程流程中的仪表,其余仪表主体材 质基本都采用低碳不锈钢。值得注意的是,由于低 碳不锈钢相对于其它不锈钢较软,故在冲刷较严重 的场合用低碳不锈钢作阀内件时更需要硬化处理。 2 仪表型式选择 PTA 装置由于介质多浆料粉料,又有高温高压 工况,故对于仪表型式的选择也有较高要求。下面 针对不同类型仪表作简单分析。 2.1 液位(料位)仪表 液位(料位)仪表可以说是 PTA 装置内最难以 处理的仪表了,因为 PTA 设备壁厚非常厚,内部常 常带有搅拌器,介质又多浆料或结晶,对于仪表的 选择非常困难。其实 PTA 装置内许多设备(例如反 应器和结晶器等)最合适的仪表就是放射性仪表, 一般采用 Cs237 或 Co60 作放射源,在设备外壁处 装射源接收器,通过接收端强度的变化反映设备内

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部料位的变化。这种方法无需设备开口,仪表不与 测量介质接触,是解决浆料介质测量的较好方案, 目前国外的一些厂商已经广泛采用该类仪表作测量。 以前由于国内观念问题,大家谈“核”色变,对于 放射性仪表的推广应用存在误区,工厂操作工存在 抵触心理, 故除了无法避免的设备(如氧化反应器) , 基本都不用放射性仪表。近年来,随着最新国外专 利技术的引进,放射性仪表也正慢慢被大家所接受。 当然,随着放射性仪表的发展,放射源强度也不断 降低,对于人身的伤害也处于国家标准允许的范围 之内,可以说,PTA 装置内关键设备液位(料位) 测量的最佳选择就是放射性仪表。 当然,目前放射性仪表的价格还是较贵,放射 源的管理、处理也极为麻烦,所以有的 PTA 装置为 了节省投资,也为了避免办理放射源的复杂手续, 在某些设备的测量上还是选择了差压式的液位变送 器。对于浆料或结晶情况较严重的设备,一般都采 用插入式膜片的差压变送器,这种方式的优点是测 量膜片和设备之间无容易积料的死区,不容易堵塞 测量口,缺点则是液位变送器和设备之间无切断阀, 仪表无法在线维护,只能等停车检修时进行维护, 对于重要液位的测量,如果仪表本身有故障只能提 前停车处理,造成不必要的经济损失。另外一种差 压液位变送器的测量方式则是远传膜片式变送器加 冲洗液,通过冲洗液将死区内堆积的物料冲走,避 免了测量口的堵塞。这种测量方式的缺点在于设备 内的工艺介质都是有成分要求以及物料平衡的,如 果由于大量冲洗液的带入导致成分变化,将会导致 最终产品质量的变化。另外,由于冲洗液的量也不 易控制,对于装置的物料平衡也有影响。 PTA 装置的半成品 CTA 和产品 PTA 都是粉料, 一般都储存在料仓内。由于料仓内粉料在进料时会 呈现凸型,在下料时又会呈凹陷,故对于粉料料位 测量也是一个难题。近年来,随着称重系统测量上 限的提升,一般对于料仓测量都采用称重系统,用 重量来代替料位。另外,为了防止料仓冒顶,在上 部一般都加料位开关,用于报警联锁。 2.2 阀门 PTA 装置内的介质多浆料、固体颗粒,就连蒸 汽内也可能含有固体成分,所以给仪表调节阀的选 择带来麻烦。目前,PTA 装置内用于浆料调节的调 节阀一般都采用 V 型球阀或者偏心旋转阀,在不含 固体的场合才使用最广泛的直通单、 (Globe) 双座 阀。 由于一般 V 型球阀或者偏心旋转阀的最高压力等级

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流量计测量浆料,涡街等流量计测量蒸汽等其他介 质,相对而言,孔板等差压式的流量计应用较少。 在以前的老装置中,也有不少孔板流量计,测量时 都需要带冲洗,防止导压管堵塞。这样,虽然流量 计本身的费用较低,但加上导压管、安装附件、冲 洗管线等费用,以及日后的维护工作,孔板流量计 比涡街流量计的价格优势就不大明显了,故现在的 PTA 装置内涡街流量计应用较多。 对于电磁流量计,在一些场合尽管介质操作温 度都在 100 多℃,但管道设计温度却大于 200℃。 由于目前电磁流量计的内衬(PTFE、PFA 等)耐温 都不超过 200℃,故需要在选择时引起注意,尽量 采用耐温高的产品,延长使用寿命。同时电极的选 择也需要注意耐腐蚀。 3 总结 当然,PTA 装置内的其余仪表也都有其特殊之 处,笔者在此不再一一赘述。上面谈到的一点经验, 供大家参考,希望对于大家有所启发。

都只有 ANSI 600 #,所以某些高压管道上的浆料调 节就只能采用“O”型球阀替代,但同时也损失了调 节精度。 在一些设备的进出口,由于介质的特性(如压 力降低容易结晶)不得不采用特殊的角阀,且阀门 的内件直接进入设备,在阀门关闭时则保持和设备 内壁平,避免有积料的死区产生,防止堵塞。此类 角阀一般材质特殊,结构特殊,计算也特殊,目前 国内调节阀制造厂还没有能力设计制造,就连世界 上也仅有屈指可数的几家制造厂可以提供,故费用 非常惊人。这方面值得国内的制造厂好好研究。 对于开关球阀,有一点需要注意,那就是阀内 件的硬度。由于工艺介质中夹杂固体颗粒,很容易 对球体或阀座造成损伤,影响泄漏等级。所以在根 据介质选择硬化处理方式时需要特别小心,国外某 些专利商就明确反对采用喷涂方式的硬化,推荐采 用堆焊方式。 2.3 流量计 由于工艺介质易堵,PTA 装置内一般采用电磁

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