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孔板流量計在石油化工管線改造中的案例分析

作者: 來源: 發布時間:2021-09-28 11:23:58

 國外某環氧乙烷/乙二醇( EOEG) 擴建項目的蒸汽管道和儀表流程( P&ID) 如圖 3 所示。

國外某 EOEG 擴建項目改造前后蒸汽管道和儀表流程示意
        該項目的蒸汽從四效蒸發塔頂的管線抽出,經 過 2 臺再沸器中間的空冷器平臺,進入到下游新增再生塔的再沸器中。在新增再生器再沸器投用前,其上游設備已開始投料運行,四效蒸發塔率先產出低壓工藝蒸汽( 含少量乙二醇) 。該氣相物料沿著四效跨線( P -5984) ,先經過手動切斷閥,再通過中
間的孔板流量計( PE - 240) ,截斷在蝶式調節閥( PV-240) 上游。新增再生塔的再沸器投用后,蒸汽流量需通過調節蝶式調節閥的開度來控制。 
 
1、 事故過程描述
該 EOEG 擴建項目于 2017 年 12 月 18 日建成投產。在開車階段,裝置內操人員在中控室內于于早上 9: 50 和 10: 00 分別對蝶式調節閥進行了開度為 5%和 10%的操作后,該管道發生強烈震動,發出巨大聲響,導致空冷器下方平臺上近 60 m 管系,連同調節閥上游的切斷閥從結構梁上脫落,固定架管托撕裂,止推支架損壞。且由于水平推力巨大,在拉裂固定管托的同時,將與固定管托焊接的 400 mm 高 H 型鋼翼緣撕裂,腹板拉彎,管道外部保溫全部崩開,并造成巨大聲響,但未造成人員傷亡。
 
        該管線為 18 寸的碳鋼管線,管中輸送的工藝蒸汽為飽和蒸汽,正常操作溫度和壓力下為氣相,但此時的管線保溫未全部完成,加之當時項目所在地為冬季,從上游四效蒸發塔出來的飽和蒸汽有部分冷凝為液態,在孔板流量計和蝶式調節閥上游積聚。當裝置操作人員利用控制室的自動控制設施突然打開蝶式調節閥 5%和 10%開度,調節閥前的凝液在上游蒸汽的推動下,對蝶式調節閥和孔板流量計,以及后續的上拐彎頭形成了巨大的沖擊,導致管系中間的焊接固定管托撕裂后,總長將近 60 m 的管系從支架上滑脫。
 
2、 管線布置有缺陷
        四效蒸發塔至再沸器間蒸汽輸送管線布置如圖4 所示。該管線布置有明顯的缺陷。按照規定兩相流的管線不允許有液袋,但該管線從四效蒸發塔塔頂管線出來后向下走,然后向西布置了 60 m 的直管,然后向上拐彎北向接入再生塔再沸器。由此可知,蝶式調節閥 FV-240 和孔板流量計 FE-240 所在水平段是典型的低點液袋。當調節閥處于關閉狀態時,其與孔板流量計共同形成了水壩效應,將冷凝液匯聚在一起,為水錘的發生埋下了隱患。
四效蒸發塔至再沸器間的管道布置示意
 
3.未設置足夠的疏水閥和排凈閥
        該管線的切斷閥和調節閥間雖然設置了疏水閥,但未設置積液包,導致疏水閥的疏水效果大打折扣,在水錘發生前未能將凝液及時排出; 孔板流量計前也未按照規定設置排凈閥,導致無法在調節閥打開前將孔板上游積存的液體排出。 
 
4.未設置暖管線
        對于蒸汽管線,應在調節閥處設置暖管線,用于裝置開車時對整個系統進行緩慢升溫,暖管的同時,及時通過排凈閥及疏水閥將凝液排出,防止水錘發生; 但抽出線 P-5984 的調節閥處并未設置暖管線,上游的手動切斷閥處也未設置。 
 
5.操作順序
        根據 P&ID 圖,上游為手動切斷閥( 閘閥) ,中間為孔板流量計,水錘之所以發生,與裝置的操作順序有關,裝置先預熱了上游的四效蒸發器,從而迅速產出飽和蒸汽,塔頂的飽和工藝蒸汽很快通過上游全開的手動切斷閥和孔板流量計,抵達處于關閉狀態的蝶式調節閥處,并迅速冷凝成液態,此時的上游蒸汽不斷在蝶式調節閥上游段累積,并不斷升壓,zui終達到了 320 kPa( G) 的汽液兩相狀態,當蝶式調節閥一打開,凝液在上游蒸汽壓力推動下,迅速形成湍流,并積累了巨大的沖量,沖擊了進再沸器的上拐彎段,進而發生了水錘事故。
 
6、 結束語
        對于工藝裝置,由于無法規避兩相流管線,所以需要從工藝、管道、操作三個方面消除可能發生水錘的因素,首先是工藝專業,應從裝置的工藝源頭出發,通過合理的工藝計算、設備和管道的操作條件選擇,盡可能的規避兩相流的工況,當無法避免的時候,要在流程圖上標示出管線可能出現兩相流的工況,以及相對應的配管要求; 同時應將可能產生兩相流的設備、管線的開停車順序詳細描述在操作手冊上。
 
        管道專業在做管道布置時,應仔細研讀工藝流程及設備管線的工藝參數,并與工藝會審出可能出現兩相流工況的管線和設備,通過合理的管線布置( 諸如“步步高”或“步步低”等) 來規避潛在的水錘風險,并嚴格按照 P&ID 圖上的特殊要求配管,從而zui大程度上的滿足工藝要求,防止水錘的發生。對于工廠的操作人員,應嚴格按照操作手冊進行,內外部操作員要密切配合,互相確認; 對于兩

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