作者：國(guó)能包頭煤化工有限責(zé)任公司 任偉

摘要：許多老舊儲(chǔ)罐受限于建設(shè)時(shí)期技術(shù)條件和規(guī)范要求，未設(shè)置合規(guī)的溫度測(cè)量裝置。隨著相關(guān)規(guī)范不斷更新，這些儲(chǔ)罐迫切需要技術(shù)改造。本文以某大型煤化工企業(yè)烯烴球罐為例，簡(jiǎn)述非插入式溫度測(cè)量技術(shù)、可以滿(mǎn)足無(wú)泄漏點(diǎn)、安全檢測(cè)、易于安裝的實(shí)際應(yīng)用和改造成效。

關(guān)鍵詞： 溫度測(cè)量；外貼式；非插入式溫度測(cè)量技術(shù)；煤化工；烯烴球罐

背景介紹

國(guó)能包頭煤化工有限責(zé)任公司是世界首個(gè)國(guó)家級(jí)煤制烯烴示范工廠，通過(guò)煤氣化生產(chǎn)甲醇及烯烴，覆蓋聚烯烴產(chǎn)品全流程，項(xiàng)目總投資170億元，建有46套工藝裝置，并于2011年1月正式投產(chǎn)，實(shí)現(xiàn)了傳統(tǒng)煤化工向石油化工產(chǎn)業(yè)的延伸，成為全球首套煤化工示范項(xiàng)目。

烯烴罐區(qū)作為關(guān)鍵單元，接收烯烴分離單元的乙烯、丙烯、混合 C4、C5+，以及外購(gòu)丁烯-1和異戊烷，并輸送至下游 PE、PP 用戶(hù)。罐區(qū)配備 6臺(tái) 2000m3乙烯球罐、5臺(tái) 2000m3丙烯球罐、2臺(tái) 3000m3混合碳四球罐、2臺(tái) 1500m3 C5+球罐、2臺(tái) 1000m3丁烯-1球罐、2臺(tái) 1000m3異戊烷球罐 及 1臺(tái) 1000m3內(nèi)浮頂廢甲醇水罐。

依據(jù)《危險(xiǎn)化學(xué)品重大危險(xiǎn)源辨識(shí) GB18218-2018》評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)[1]，烯烴罐區(qū)是一級(jí)重大危險(xiǎn)源裝置，是企業(yè)內(nèi)部及政府重點(diǎn)監(jiān)管區(qū)域。由于設(shè)計(jì)年代較早，當(dāng)初的一些設(shè)計(jì)就不滿(mǎn)足后續(xù)新發(fā)布的《液化烴球形儲(chǔ)罐安全設(shè)計(jì)規(guī)范》（SH 3136-2024）的要求。

圖1為乙烯球罐管道儀表流程圖的截圖，可以看到現(xiàn)有乙烯球罐的溫度儀表安裝在出口管線上，而非罐體本身，未符合規(guī)范。

但是，由于液化烴球形儲(chǔ)罐為壓力容器，很難在球罐本體開(kāi)孔安裝新的溫度計(jì)。根據(jù)《AQ 3036-2010 危險(xiǎn)化學(xué)品重大危險(xiǎn)源 罐區(qū)現(xiàn)場(chǎng)安全監(jiān)控裝備設(shè)置規(guī)范》中 4.2.5 條 的要求[3]，對(duì)于老舊儲(chǔ)罐改造，應(yīng)優(yōu)先采用不清罐即可安裝的傳感器，避免焊接、火花或高溫作業(yè)，必要時(shí)需進(jìn)行空氣置換后方可施工，以確保安全。

問(wèn)題描述

根據(jù)《SH3136-2024 液化烴球形儲(chǔ)罐安全設(shè)計(jì)規(guī)范》中 5.1 條的要求[2]，液化烴球形儲(chǔ)罐本體應(yīng)設(shè)置就地和遠(yuǎn)傳溫度計(jì)，并確保最低液位時(shí)可測(cè)量液相溫度，便于觀測(cè)和維護(hù)。

目前溫度計(jì)安裝在球罐出口管線上，未符合現(xiàn)行安全標(biāo)準(zhǔn)，需盡快改造。 

依據(jù)《AQ 3036-2010》等安全規(guī)范，改造需避免清罐和動(dòng)火作業(yè)，以減少成本和風(fēng)險(xiǎn)。

如何在不清罐、不動(dòng)火的條件下在儲(chǔ)罐本體安裝溫度變送器，成為改造的關(guān)鍵難點(diǎn)。

技術(shù)方案對(duì)比和選用

首先，我們選擇了外貼式溫度測(cè)量方案。傳統(tǒng)表面?zhèn)鞲衅麟m能降低泄漏風(fēng)險(xiǎn)，易于維護(hù)，但僅能提供表面溫度數(shù)據(jù)，易受環(huán)境影響，如圖 2 所示，由于環(huán)境溫度與過(guò)程溫度可能相差高達(dá) 40℃，該方案無(wú)法滿(mǎn)足我們需要測(cè)量表面內(nèi)側(cè)介質(zhì)的溫度測(cè)量需求。

其次，我們查閱了行業(yè)案例，沒(méi)有找到相同的整改經(jīng)驗(yàn)可以借鑒。

最終，我們了解到艾默生羅斯蒙特 X-Well 非插入式溫度測(cè)量技術(shù)。該技術(shù)通過(guò)夾持式安裝測(cè)量管道表面溫度，并利用熱傳導(dǎo)公式計(jì)算內(nèi)部介質(zhì)溫度，確保測(cè)量精度，見(jiàn)圖 3對(duì)比X-Well 技術(shù)測(cè)量溫度與實(shí)際過(guò)程溫度：

當(dāng)環(huán)境溫度穩(wěn)定（40°C、-40°C、-20°C~-40°C），X-Well 計(jì)算溫度（綠色曲線）與實(shí)際過(guò)程溫度（紅色曲線）幾乎一致。

在環(huán)境溫度從40°C驟降至-20°C的劇烈變化過(guò)程中，最大誤差僅±0.8%，仍保持較高測(cè)量準(zhǔn)確性。

圖3 X-Well 技術(shù)測(cè)量溫度與實(shí)際過(guò)程溫度對(duì)比

同時(shí)，其非插入式設(shè)計(jì)非常適用于無(wú)需清罐、不動(dòng)火的改造場(chǎng)景，完美契合我們的需求。鑒于該技術(shù)在管道測(cè)量中的成功應(yīng)用，我們決定對(duì)其進(jìn)行改進(jìn)，以實(shí)現(xiàn)罐區(qū)溫度測(cè)量的升級(jí)改造。

項(xiàng)目改造實(shí)施

試用階段：我們首先選擇1個(gè)測(cè)點(diǎn)進(jìn)行試驗(yàn)：

圖4 X-Well變送器測(cè)試安裝圖

由于羅斯蒙特 X-Well 非插入式溫度技術(shù)原本設(shè)計(jì)用于管道測(cè)量，我們制作了簡(jiǎn)易支架將其固定在儲(chǔ)罐外壁（見(jiàn)圖 4）。具體做法是：拆除原夾持式支架，使用角鋼作為支架，并與變送器連接管焊接，最后用金屬膠水將其粘貼至儲(chǔ)罐表面。

X-Well 技術(shù)可提供穩(wěn)定、精準(zhǔn)的管道內(nèi)過(guò)程溫度。其測(cè)量環(huán)境溫度 T1 和管道表面溫度 T2，結(jié)合已標(biāo)定的導(dǎo)熱參數(shù) X1 和 K1，以及用戶(hù)輸入的管道壁厚 X2 和管道材質(zhì) K2，即可解算出 T3（過(guò)程溫度）。

圖5 X-Well技術(shù)計(jì)算過(guò)程

為了驗(yàn)證 X-Well 的測(cè)量精度，我們?cè)谄渌倔w安裝溫度傳感器的儲(chǔ)罐中進(jìn)行了對(duì)比實(shí)驗(yàn)。使用儲(chǔ)罐原有的A級(jí)精度的 Pt100熱電阻，通過(guò)其阻值計(jì)算溫度，并與 X-Well 變送器測(cè)得的溫度進(jìn)行對(duì)比。我們連續(xù)監(jiān)測(cè)了一個(gè)月的數(shù)據(jù)，結(jié)果顯示 X-Well 變送器與熱電阻測(cè)量的誤差在0.5%以?xún)?nèi)（如圖6所示），精度完全符合要求，能夠保證工藝生產(chǎn)使用。

圖6  X-Well變送器與熱電阻測(cè)試曲線

大規(guī)模應(yīng)用階段：由于之前1臺(tái)成功試用，我們對(duì)烯烴罐區(qū)20個(gè)儲(chǔ)罐中，陸續(xù)安裝了25臺(tái)，整個(gè)改造項(xiàng)目包括：

1.定制底座和儀表安裝： 根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)的使用情況， 與廠家協(xié)作特意加工了一批質(zhì)量可靠，造型美觀的底座，提升了現(xiàn)場(chǎng)儀表的安裝質(zhì)量（見(jiàn)圖 7）。

圖7 X-Well變送器實(shí)際安裝圖

2.電纜橋架施工：重新鋪設(shè)電纜槽盒，嚴(yán)格按照規(guī)范進(jìn)行屏蔽處理和接地，保障信號(hào)傳輸穩(wěn)定性和安全性。

3. 控制系統(tǒng)配置：借助現(xiàn)有 DCS 系統(tǒng)的備用點(diǎn)，無(wú)需增加額外設(shè)備，完成信號(hào)接入和監(jiān)視報(bào)警功能。

4. 安全技術(shù)保障：選用本安防爆型儀表和阻燃電纜，并優(yōu)化接地設(shè)計(jì)，避免干擾和潛在隱患。

這種方式避免了在儲(chǔ)罐開(kāi)孔，無(wú)需清罐，且罐體無(wú)泄漏點(diǎn)，有效消除了泄漏風(fēng)險(xiǎn)。而且由于采用了特殊的基于熱傳導(dǎo)和導(dǎo)熱計(jì)算補(bǔ)償，修正外部溫度與介質(zhì)溫度的差異，確保了高精度測(cè)量。完全符合國(guó)家安全規(guī)范，特別適合老舊罐體的改造需求。

采用羅斯蒙特 X-Well 非插入式溫度測(cè)量技術(shù)對(duì)儲(chǔ)罐溫度測(cè)量改造，既是對(duì)規(guī)范的落實(shí)，也展現(xiàn)了技術(shù)與需求結(jié)合的實(shí)際成果，同時(shí)也推動(dòng)了老舊設(shè)施的數(shù)字化升級(jí)。通過(guò)科學(xué)選型和合理實(shí)施，該技術(shù)為保障罐區(qū)安全高效運(yùn)行提供了重要支撐。

項(xiàng)目成效與啟示

1.技術(shù)改造效果顯著：

通過(guò)羅斯蒙特 X-Well 非插入式溫度測(cè)量技術(shù)的成功應(yīng)用，在保證了測(cè)量精度的同時(shí)，實(shí)現(xiàn)了儲(chǔ)罐溫度監(jiān)測(cè)的全面升級(jí)，符合國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)要求，為穩(wěn)定生產(chǎn)提供了有力保障。

2.減少成本與風(fēng)險(xiǎn)：

該方案避免了動(dòng)火和清罐作業(yè)，大幅降低了施工風(fēng)險(xiǎn)和費(fèi)用，具備較高的實(shí)用價(jià)值。

3:推動(dòng)老舊設(shè)施改造：

結(jié)合先進(jìn)技術(shù)因地制宜地升級(jí)儲(chǔ)罐監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，不僅提高了測(cè)量精度，還為行業(yè)其他類(lèi)似應(yīng)用提供了參考示范。

整個(gè)改造項(xiàng)目中，我們通過(guò)外部檢查和內(nèi)部自查，發(fā)現(xiàn)了烯烴罐區(qū)儀表設(shè)置不合理的問(wèn)題，并開(kāi)始研究解決方案。首先調(diào)研了其他類(lèi)似單位，但未找到成功經(jīng)驗(yàn)，然后試用了新技術(shù)，試驗(yàn)結(jié)果滿(mǎn)意后正式立項(xiàng)，按流程推進(jìn)，最終順利完成了烯烴罐區(qū)溫度計(jì)整改，既符合相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，也為穩(wěn)定生產(chǎn)奠定了基礎(chǔ)。

溫度測(cè)量的方法是多種多樣的，特別是由于當(dāng)今技術(shù)的發(fā)展、先進(jìn)手段的運(yùn)用，這似乎不是什么難題；但對(duì)于年久的儲(chǔ)罐如何運(yùn)用好當(dāng)今的技術(shù)，因地制宜地搞好技術(shù)升級(jí)，尤其是充分利用好現(xiàn)有的先進(jìn)技術(shù)，在測(cè)量方面做一些改進(jìn)，對(duì)管道、儲(chǔ)罐表面溫度進(jìn)行補(bǔ)償，將大幅度提高現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量的效果，提高測(cè)量精度，將起到事半功倍的效果。

小編：X-Well? 技術(shù)打造溫度測(cè)量新模式，為更多的溫度應(yīng)用場(chǎng)景改造提升更多可能性，提供高效可靠的數(shù)據(jù)管理，助力深度運(yùn)營(yíng)，實(shí)現(xiàn)高效、安全和綠色可持續(xù)運(yùn)行。點(diǎn)擊卡片鏈接，了解更多。