浅谈温压补偿在环氧乙烷装置基于乙烯/氧气流量的化学效率中的应用
时间：2022-09-27 22:05:03 来源：柠檬阅读网 本文已影响 人 
摘 要：环氧乙烷装置气体测量受温度和压力变化影响很大，必须进行正确的温度压力补偿才能获得精准的气体流量检测数据。不同特性气体，不同种类的流量传感器需采用不同的温压补偿。本文介绍了温压补偿的测量原理，针对不同类型的仪表是否需要开方进行综合分析。EO/EG装置基于乙烯/氧气流量的化学效率Y4随环境温度变化而大幅波动，主要原因是参与Y4计算的氧气流量在温压补偿时未进行开方计算。氧气流量温压补偿开方计算后，Y4与S2波幅、趋势相近，具有较好的参考意义。
关键词：温压补偿;流量;开方;氧气;乙烯
一概述
某公司环氧乙烷/乙二醇（EO/EG）装置采用乙烯氧化法生成环氧乙烷，环氧乙烷（ EO） 是重要的基本有机化工原料。目前，环氧乙烷是以乙烯和氧气为原料，在银催化剂上直接氧化制得。银催化剂选择性是评价银催化剂性能的主要指标之一，决定装置乙烯/氧气的物耗水平。
1、选择性计算方法
银催化剂选择性是评价催化剂性能的重要指标，选择性的计算方法主要有两种：一是基于在线分析仪的分析数据，二是基于乙烯/氧气的质量流量。基于质量流量计算的选择性被证明非常可靠和准确。
1.1基于分析数据计算的选择性
基于在线分析仪的分析数据计算的选择性通常选取EO-C2H4、EO-CO2、EO-O2三种，计算公式入下：
其中：ΔEO=反应器体积收缩因子×EO出口-EO入口
ΔC2H4=C2H4入口-反应器体积收缩因子×C2H4出口
ΔCO2=反应器体积收缩因子×CO2出口-CO2入口
ΔO2=O2入口-反应器体积收缩因子×O2出口
EO和二氧化碳同为反应产物，循环气中EO浓度和二氧化碳浓度数值在同一数量级， S2数据稳定性和真实性优于S1、S3，同时S2与装置标定出的实际选择性接近，能更真实地反映银催化剂选择性的变化。
1.2基于乙烯/氧气的质量流量计算的选择性
利用4小时乙烯和氧气平均转化量来在线计算反应器选择性，计算公式如下：
其中：O2转化的=经过反应器转化的氧气;C2H4转化的=经过反应器转化的乙烯。
2、存在问题
EOEG装置基于乙烯/氧气的质量流量计算的选择性Y4随环境温度上升而上升，2019年全年变化幅度达到1.5%，同期S2变化幅度仅0.5%。结合生产工况变化分析，判断Y4数据失真，失去参考意义。通过对比，装置乙烯进料量基本稳定，确定引起Y4波动的主要原因是氧气进料量波动。
装置氧气进料量控制采用反应器入口氧气浓度串级控制，正常情况下氧气流量采样氧气浓度串级控制。只有在氧气浓度在线分析仪效验期间，将串级控制脱开，改为氧气流量自动控制，氧气流量采样文丘里流量计，通过压力、温度补偿计算后得出实际流量。
二、氧气进料流量温压补偿原理说明
2.1温压补偿的系统的硬件一般由流量测量元件、温度测量元件、压力测量元件和计算单元构成。气体温压补偿的核心在于密度补偿。差压式流量计可以直接测得设计工况的体积流量。都需要通过密度计算，结合相应传感器的流量公式，将传感器得到的流量换算成标准流量。
2.2温压补偿工作原理
差压仪表温压补偿：
孔板、文丘里、喷嘴等差压原理仪表，仪表测量差压，转换为流量时需开方。
推導得到，由此可见补偿前、后质量流量与补偿前后的密度比方根相关
管道式流量计温压补偿：
，由此可见补偿前、后质量流量与补偿前后的密度相关
2.3环氧乙烷氧气流量表FT6135_11A1/A2/B2温压补偿设置
氧气流量表三取中值参与温压补偿，温压补偿块设置参数CPV、CF1、CF2均为1，基准工况为30℃、2601.325kPa（补偿前的工况），公式选择EQB，PVCHAR选择不开方（应为开方）。
DCS系统温压补偿功能块FLOWCOMP
补偿公式：温压补偿块输出公式
PV=CPV*CF1*CF2*F*COMPTERM
氧气流量表温压补偿模块CPV、CF1、CF2均设置为1，因此补偿后流量只与COMPTERM参数有关，且PVCHAR选择了NONE，COMPTERM
根据前面2.1中介绍，氧气流量表补偿关系为
。氧气流量表测量元件为文丘里，是差压流量计。差压流量计温压补偿应开方，即。
针对选取部分数据做比较（每隔5分钟取点），可见在温度高时，COMPTREM未开方时补偿后流量与实际流量偏差小，温度低时则偏差大.
为氧气流量温度补偿开方后，氧气温度在20℃～30℃波动时，氧气流量和基于乙烯/氧气流量的化学效率Y4的变化趋势，氧气流量波动幅度小于0.1t/h，化学效率Y4波动幅度小于0.1，较温度补偿开方前波动幅度明显减小，符合装置运行的实际工况，具备参考条件。（图1）
三、结语
气体在流量测量过程中由于温度和压力的变化导致测量偏差的问题，需要通过对流量测量进行温度和压力的补偿来保证测量的准确。环氧乙烷装置前期因温压补偿系统未实现开方设置导致氧气流量随着温度变化大幅波动，导致基于乙烯/氧气进料流量计算的催化剂选择性Y4波动较大，无参考意义。氧气流量温压补偿开方后，Y4与S2波幅、趋势相近，对指导催化剂优化和长周期运行判断意义重大！
参考文献：
[1]朱炳兴 王森.仪表工试题集. 化学工业，2002，05
[2]刘焕东 程斌.温压补偿在流量测量中的应用.维普期刊，2016，09
作者简介：
纪伟（1988年4月-），男，汉族，江苏省靖江市人，工程师，研究方向：石油化工仪表技术管理。
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