用于压力管道结晶物流动沉积的温度监测装置及控制方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及管道或管束类设备易结晶组分流动沉积的在线监测，具体地说是涉及 一种用于压力管道结晶物流动沉积的温度监测装置及控制方法。
【背景技术】
[0002] 我国是世界上最大的原油进口国，也是劣质原油加工的主要加工国。鉴于尚硫、尚 氮、高酸、含氯等腐蚀性劣质原油加工难度大、采购成本低，是我国石化企业追求盈利而炼 制的常态油种。上世纪九十年代至今，我国石化工业在经历设备国产化、装置大型化、原油 劣质化、工况苛刻化的发展过程中，加氢反应流出物空冷器管束及相联管道普遍出现易结 晶组分的流动沉积堵塞、冲蚀爆管等非计划停工事故，酿成了多起火灾、爆炸等安全事故， 损失非常惨重。
[0003] 加氢反应流出物空冷器管束及管道/管束类设备的失效问题由来已久，其中易结 晶组分的流动沉积堵塞、堵塞后的垢下腐蚀穿孔、局部堵塞后的冲蚀减薄爆管是引发管道 或管束类设备失效的三种主要形式。其中，首当其冲的原因则是易结晶组分的流动沉积问 题。以加氢反应流出物空冷器为例，由于劣质原料油中的N、S、C1杂质含量高，经加氢（?) 反应生成NH3、HC1和H2S，冷却过程中进一步反应生成NH4C1和NH4HS。随着反应流出物的 冷却，气相中的NH4C1和NH4HS会直接从气相冷凝成固相，形成结晶沉积并堵塞管束。为防 止结晶的铵盐堵塞管束，通常在加氢反应流出物空冷器的上游注水以溶解和洗涤冷凝析出 的铵盐。尽管注水可以有效冲洗铵盐，但铵盐吸湿溶解形成腐蚀性强的水溶液。若管束内 流速偏低则引起垢下腐蚀，反之则表现为穿孔。为了对铵盐的结晶沉积问题进行针对性预 测和防控，API932-A/B中将易结晶的组分NH3、HC1、H2S视为理想气体进行简化，以此获得 的结晶温度误差很大，严重影响管束类设备铵盐等结晶产物的冲洗位置选择、注水量设定 等工艺防护策略的制定，以致许多石化设备，例如高压换热器、空冷器及管道尽管设置了连 续注水点或间歇注水点进行冲刷或洗涤铵盐，但仍然出现了铵盐堵塞管束或管道的现象， 造成管束与管箱管板连接处开裂、管束弯曲变形等失效问题，设备的运行风险极大。近十年 来的多次调研发现：许多炼油企业的铵盐结晶工艺注水冲洗系统千差万别，既存在单点注 水的工艺，又有多点注水的情况，注水量方面基本上是满足API932-A/B中关于注水量液 态相分率大于25%的要求，但管束/管道类设备仍然出现了铵盐结晶及堵塞变形问题。其 原因在于，尽管工艺注水点的位置液态水相分率是大于25%的，但是油、气、水多相流在管 道系统中流动时又会因密度差、结构突变造成管道内部的流场不均匀，特别是某一位置液 态水量不足导致铵盐越积越多，直至堵塞。当并联的管束或管道堵塞的根数越来越多时，未 堵塞的管道流速偏高造成薄壁管道的多相流冲蚀穿孔问题。
【发明内容】
[0004] 为准确把握管道系统内易结晶组分的结晶及流动沉积规律，本发明目的在于提供 一种用于压力管道结晶物流动沉积的温度监测装置及控制方法，满足两个方面的功能，一 是通过温度场的测试定性的判断管道/管束内是否出现了易结晶组分的结晶沉积，进行风 险识别；二是结合热电偶温度场的监测结果，通过注水点、注水量的调节消除铵盐结晶沉积 堵塞管道的风险。
[0005] 为了达到上述目的，本发明采用的技术方案是：
[0006] -、一种用于压力管道结晶物流动沉积的温度监测装置
[0007] 沿压力管道外侧周向同一圆周上均布有四个堆焊层，每个堆焊层的外表面上均焊 有热电阻，每个热电阻分别引出两根热电偶接线连接各自的热电偶；四只堆焊层的外表面 分别与正方形连接架的各自边框平行，四个热电偶分别穿过各自正方形连接架的边框与各 自热电阻外表面垂直连接；正方形连接架四个边框的侧面均焊有紧固支撑块，每根紧固支 撑杆的一端分别穿过紧固支撑块中心孔后，支撑在压力管道外侧，紧固支撑杆的另一端紧 固在紧固支撑块上。
[0008] 四只热电偶分别穿过各自正方形连接架的边框，再穿过包覆在压力管道外侧的保 温层与各自热电阻外表面垂直连接；所述每根紧固支撑杆的一端分别穿过紧固支撑块中心 孔后，支撑在压力管道外侧设置的保温层外壁。
[0009] 在焊有紧固支撑块的正方形连接架四个边框的另一侧面均开有螺纹孔，分别通过 压紧螺钉压紧各自的热电偶。
[0010] 二、一种用于压力管道结晶物流动沉积的温度监测及控制方法，包括如下步骤：
[0011] 1)沿一分为二、二分为四或四分为八并联多相流压力管道结构的四根水平压力管 道的中间位置外壁面分别设置结构相同的温度监测装置，且各温度监测装置安装的位置及 方位均相同；
[0012] 2) -分为二、二分为四并联工艺注水管线末端分别接第一调节阀、第二调节阀、第 三调节阀、第四调节阀，四只调节阀的出口分别经管线与并联多相流压力管道结构的四根 竖直压力管道中间位置连通；
[0013] 3)定义位于第一调节阀、第二调节阀、第三调节阀、第四调节阀下游的温度监测装 置分别为Τη，η= 1、2、3、4,其中每个温度监测装置的上、下、左、右热电偶分别定义为TnU、 TnD、TnL、TnR;
[0014] 4)十六只热电偶的第一根热电偶接线、第二根热电偶接线通过同轴电缆连接至计 算机数据采集卡，通过测试第一根热电偶接线和第二根热电偶接线之间的电压，获得与电 压相对应的热电偶监测温度值T;
[0015] 5)对各温度监测装置的热电偶进行数据采集，对于任意一只热电偶监测的温度 Tx，Xe[1，16]，控制温度T/J、于对应多相流管道入口压力下水的露点温度，即控制温度Tx <Tw;式中：TW为水的露点温度；
[0016] 6)对任一温度监测装置的热电偶进行数据采集，控制四只热电偶监测温度的调和 平均值小于对应多相流管道入口压力下水的露点温度，即：
[0017；
[0018] 式中为任意温度监测装置四只热电偶监测的温度调和平均值； Π
[0019] 7)压力管道运行过程中，利用计算机数据采集卡对不同热电偶监测的电压进 行采集，获取不同热电偶监测对应的管壁温度；对于任意温度监测装置的监测区域，若 <^>8^%，:则判定四个监测区域内的某个区域发生了结晶物的流动沉积，其中温度逸度乳 定义为：
[0020]
[0021]
[0022] 式中^为对应任一温度监测装置的四只热电偶监测温度的算术平均值； η
[0023] 8)根据步骤7)计算得出的温度逸度&，若满足％>8%,η=1,2,3,4，则立即加 大与之对应的上游调节阀的开度，同时减小另外三只调节阀的开度；在工艺注水管线总流 量不变的情况下，对应温度逸度超过8%的管道内注水量增加，对结晶物进行注水冲洗或溶 解，直至《^<'5%，然后再调整各调节阀至相同开度，使进入到各支路的水量平衡。
[0024] 所述?η、Τ/j、于对应多相流管道入口压力下水的露点温度，当?；、Τχ大于水的露 点温度时，提高工艺注水管线的注水总量、降低注水温度，直至、τχ小于水的露点温度。
[0025] 所述结晶物为NH4C1、NH4HS易溶解于水的固体颗粒。
[0026] 本发明具有的有益效果是：
[0027] 本发明应用于单根或多根并联管道的热电偶温度监测装置，可有效检测单根管道 横截面的上、下、左、右四个位置温度场是否平衡，以及并联管道相互之间的温度场是否平 衡，通过分析温度场的温度逸度（平衡情况）判定管道内是否出现结晶物的流动沉积，进行 风险的识别。针对热电偶监测获得的温度场分布，提出了一种基于工艺注水调节的消除结 晶物流动沉积的防控方法，有效降低压力管道因结晶物的流动沉积造成的堵塞管道、局部 冲蚀及垢下腐蚀风险。
【附图说明】
[0028] 图1是本发明的结构示意图。
[0029] 图2是图1的左视图。
[0030] 图3是本发明的三维结构示意图。
[0031] 图4是图1的局部剖视图。
[0032] 图5是图4的侧视剖视图。
[0033] 图6是本发明在并联管道中的安装示意图。
[0034] 图7是图6中A、B、C、D四个区域的局部放大图。
[0035] 图中：1、压力管道，2、堆焊层，3、热电阻，4、第一支架，5、联接螺栓，6、热电偶，7、第 一根热电偶接线，8、第二根热电偶接线，9、第二支架，10、保温层，11、紧固支撑杆，12、压紧 螺钉，13、第一调节阀，14、第二调节阀，15、第三调节阀，16、第四调节阀，17、工艺注水管线， 18、多相流管道入口。
【具体实施方式】
[0036] 下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。
[0037] 如图1、图2所示，本发明包括压力管道1、堆焊层2、热电阻3、第一支架4、第二支 架9、热电偶6和紧固支撑杆11 ;沿压力管道1外侧周向同一圆周上均布有四个堆焊层2， 每个堆焊层的外表面上均焊有热电阻3,每个热电阻3分别引出两根热电偶接线7和8连接 各自的热电偶6 ;四只堆焊层2的外表面分别与正方形连接架的各自边框平行，四个热电偶 6分别穿过各自正方形连接架的边框与各自热电阻3外表面垂直连接。
[0038] 如图3所示，对应图1中未设置保温层10的发明结构示意图。其中，正方形连接 架四个边框的侧面均焊有紧固支撑块，每根紧固支撑杆11的一端分别穿过紧固支撑块中 心孔后，支撑在压力管道1外侧，紧固支撑杆11的另一端紧固在紧固支撑块上。若压力管 道外侧设置了保温层10,则每根紧固支撑杆11的一端分别穿过紧固支撑块中心孔后，支撑 在保温层外侧，紧固支撑杆11的另一端紧固在支撑块上。
[0039] 结合图1可知，为压力管道1外侧设置了保温层10的情况。由扁钢组成的第一支 架4、第二支架9通过两只联接螺栓5组成所述的正方形连接架，四只热电偶6分别穿过各 自正方形连接架的边框，再穿过包覆在压力管道1外侧的保温层10与各自热电阻3外表面 垂直连接；所述每根紧固支撑杆11的一端分别穿过紧固支撑块中心孔后，支撑在压力管道 1外侧设置的保温层10外壁。
[0040] 在焊有紧固支撑块的正方形连接架四个边框的另一侧面均开有螺纹孔，分别通过 压紧螺钉12压紧各自的热电偶6，防止轴向窜动。
[0041] 如图4所示，为图1中拆除了正方形支撑架、保温层10和热电偶6的压力管道结 构，即在压力管道1的上、下、左、右四个方位各设置1个堆焊层2,继而在铣