專利名稱：一種用紅外熱象儀檢測渣油蒸汽裂解裝置分餾塔底結(jié)焦的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明是一種利用紅外熱象儀檢測渣油蒸汽裂解裝置分餾塔底積焦的方法。
渣油蒸汽裂解裝置運(yùn)行中，由于物理沉降和化學(xué)反應(yīng)致使分餾塔底沉積固體焦炭(積焦)，阻塞塔底液體物料流出，甚者導(dǎo)致裂解爐進(jìn)料泵抽空，只有停車清焦。因此，有效地檢測運(yùn)行狀態(tài)中塔底積焦程度，及時調(diào)整工藝參數(shù)征服焦害，是渣油蒸汽裂解裝置正常運(yùn)行的關(guān)鍵。
分餾塔底積焦是諸多工藝參數(shù)、操作條件相互作用的綜合反應(yīng)，由于塔底液體物料與焦粉混合相的熱力學(xué)、流體力學(xué)狀態(tài)復(fù)雜，塔底外壁320℃的高溫?zé)彷椛潆y以接近，測試難度很大。在本發(fā)明之前，國內(nèi)外尚無運(yùn)行狀態(tài)中分餾塔底積焦量的計(jì)算模式及測試方法的報道。
GB2237113A描述了一種檢測混凝土、磚、纖維加固塑料這類非導(dǎo)熱體內(nèi)部缺陷的方法。該方法需要一定排列的輻射源照射材料表面，使被測物表面溫度升至50～80℃，并且均勻;該方法還需預(yù)先估計(jì)缺陷部位的深度來確定最佳照射時間，大于或小于此時間均不能觀測到缺陷。類似這種使用不同輻射源加熱建筑材料以檢測內(nèi)部缺陷的還有Y·A，Popovet·al·(Defektoskopiya，No6，1975)及EPO089760(UKAEA)和N·A·Bekeshko(Defektoskopiya，No2，1987)。
DE3814132A介紹了一種用紅外溫度圖上顯現(xiàn)的瀝青封閉材料在輻射方面的差異來檢測其缺陷的方法。該法是利用瀝青特有的吸熱和反射熱的特性以及白天從陽光中吸收的熱量晚上尚貯存其內(nèi)的特點(diǎn)，在黎明的黑暗環(huán)境或晚上拍攝圖象，找出其缺陷部位。
以上這些例子均是借助于輻射源(包括人工及自然光源)對待測目標(biāo)照射，使缺陷部位與一致性部位產(chǎn)生溫度差，再利用熱象圖上顯現(xiàn)的溫度差異來確定缺陷部位。另外，它們均屬低溫測試，輻射敏感區(qū)域在8-13μm，而本發(fā)明屬中溫測試，其輻射敏感區(qū)域在3-5μm，觀測積焦部位不需外加輻射源，而是依物體內(nèi)部溫度及熱阻分布自然顯現(xiàn)溫度差異，因而不受最佳加熱或觀察時間的限制，也不必預(yù)先估計(jì)積焦位置。此外，本發(fā)明的分餾塔內(nèi)物料是流動的，積焦位置也是變化的，因而與以上幾例靜態(tài)測試不同。熱象儀計(jì)算二維溫度場需預(yù)先計(jì)算物體表面發(fā)射率，而發(fā)射率與物體本身的物理化學(xué)結(jié)構(gòu)特征、表面氧化程度、粗糙度、溫度有關(guān)，因而實(shí)地標(biāo)算發(fā)射率可靠性最高。本發(fā)明用焊接于物體表面的數(shù)個熱電偶實(shí)地標(biāo)算發(fā)射率，測試精度顯著提高。GB2237113A雖然也在物體表面安裝了一種溫度感應(yīng)器，但它是用于控制外加輻射源，與本發(fā)明中熱電偶用途不同。
昭63-235835介紹了一種新型熱象儀，它采用了二維紅外敏感元件，并以電子掃描代替機(jī)械掃描，可得到高分辯率、高品質(zhì)的熱圖象，并且顯著提高其壽命和可靠性。并非對某種物體的具體測試方法。
本發(fā)明的目的是建立一種檢測運(yùn)行狀態(tài)中分餾塔底積焦?fàn)顩r的方法(目前尚未見到任何報道)。百余次的探索分析和生產(chǎn)實(shí)踐證明，該方法的準(zhǔn)確率為100%。它為優(yōu)化渣油蒸汽裂解工藝操調(diào)，制定最佳單、雙系列及開、停車運(yùn)行方案提供了及時、可靠的依據(jù)，是減輕分餾塔底積焦、延長運(yùn)行周期不可缺少的有力措施。該方法對易發(fā)生積焦部位的檢測，為合理制定、改造塔底攪拌機(jī)構(gòu)的方案提供了依據(jù)，使塔底沉積焦粉的可能性降至最小。
本方法的測試原理示意圖見

圖1。
結(jié)合圖1敘述該方法的測試原理。圖1中(1)為熱象儀掃描器，(2)為熱象儀控制器，(3)為熱象儀顯示器，(4)是數(shù)據(jù)圖象記錄儀即錄相機(jī)，(5)是微型計(jì)算機(jī)，(6)是塔底外壁，(7)是出油管，(8)是裙座。熱象儀中的掃描器(1)把來自塔底外壁(6)的電磁熱輻射能量轉(zhuǎn)化為電子視頻信號，經(jīng)信號處理轉(zhuǎn)換為相應(yīng)的可見光圖象，數(shù)據(jù)圖象記錄儀即錄相機(jī)(4)對模擬信號記錄儲存，然后進(jìn)入微機(jī)(5)處理，依據(jù)斯蒂芬-玻爾茲曼定律，計(jì)算出二維溫度場，即M＝σεT4式中σ-斯蒂芬-玻爾茲曼常數(shù)，w/m2·k4ε-物體表面發(fā)射率T-表面溫度，KM-全輻射度，w/m2本方法發(fā)明結(jié)合圖1加以進(jìn)一步說明。
利用響應(yīng)波長在2-5μm或3-6μm范圍的掃描器(1)，對分餾塔底外壁(6)掃描。該類掃描器對320℃的黑體輻射峰值4.8μm敏感。當(dāng)塔底積焦時，從塔底內(nèi)部至外壁的熱阻增大，致使塔底外壁(6)的溫度場隨積焦程度的不同而呈現(xiàn)不同的變化特征，塔底內(nèi)部積焦?fàn)顩r便反映于外壁二維溫度場。為配合熱象儀實(shí)地標(biāo)算外壁發(fā)射率，開車前在外壁不同位置上焊接2-4對熱電偶。
本方法發(fā)明包括現(xiàn)場測試和數(shù)據(jù)分析兩部份。
現(xiàn)場測試步驟及儀器參數(shù)選取如下1、接通電源，熱象儀控制器(2)及顯示器(3)預(yù)熱15分鐘，同時預(yù)置好儀器參數(shù)，鏡頭20°×20°，光圈O，濾鏡NOF，范圍500，熱電平385。
2、將掃描器(1)移入塔底裙座(8)，對塔底外壁(6)進(jìn)行掃描，掃描速度不得高于熱象儀成象速度25場/秒，同時開啟數(shù)據(jù)圖象記錄儀(4)將掃描圖象記錄下來。
3、根據(jù)顯示器(3)顯示的圖象，當(dāng)塔內(nèi)嚴(yán)重積焦時，掃描過程中適當(dāng)減少上述1中的范圍和熱電平，以看清積焦核心位置及開關(guān)為準(zhǔn)。通常范圍500-200，熱電平385-100，即可滿足塔內(nèi)各種積焦?fàn)顩r的測試要求。
4、掃描完畢后(約15-25分鐘)，關(guān)閉數(shù)字圖象記錄儀(4)及控制器(2)、顯示器(3)，并立即將掃描器置于通風(fēng)狀況良好的環(huán)境(最好為掃描器配一防熱輻射罩)。
數(shù)據(jù)分析將上述現(xiàn)場檢測所得數(shù)字圖象記錄通過錄象機(jī)(4)回放，并顯示于顯示器(3)上，利用微機(jī)按如下方法計(jì)算和分析塔內(nèi)積焦?fàn)顩r1、根據(jù)表面熱偶溫度顯示及熱象儀所顯示的該點(diǎn)熱值，利用M＝σεT4公式算出熱電偶所在各點(diǎn)處的發(fā)射率，并取各點(diǎn)算出的發(fā)射率之平均值作為外壁發(fā)射率ε，即可計(jì)算出溫度場。
2、若計(jì)算結(jié)果為塔底外壁溫度場均勻，即熱象圖上沒有“灰度”或“彩色”層次，見圖2-a，表明塔內(nèi)各處熱阻均勻，沒有積焦。
3、若結(jié)果為塔底外壁大部分區(qū)域溫度均勻，僅在局部出現(xiàn)低溫區(qū)“冷斑”，見圖2-b，表明該處塔內(nèi)熱阻增大，其內(nèi)有局部積焦，這是積焦的早期階段?！袄浒摺泵娣e和“冷斑”核心最低溫度及平均溫度可以表明積焦的嚴(yán)重程度。面積越大、溫度越低，則積焦程度越深，反之亦然。增大底攪拌量可使早期積焦減小或消失。
4、通過比較“冷斑”面積、核心位置變化，可以初步判斷塔內(nèi)積焦原因。如“冷斑”核心位置逆著塔內(nèi)物料攪拌流向移動，且其面積向逆向擴(kuò)展，說明塔內(nèi)相應(yīng)部位有跌落而下的機(jī)械部件阻止該處物料正常流動。
5、若計(jì)算結(jié)果為“冷斑”面積已全部覆蓋塔底，見圖2-c，表明塔底內(nèi)部已全部積焦，此時若“冷斑”核心溫度持續(xù)下降，裂解爐進(jìn)料泵抽空，即預(yù)示著應(yīng)立即作好停車清焦準(zhǔn)備。
本方法發(fā)明有如下特點(diǎn)1、本發(fā)明提供是非接觸式測溫，不擾亂塔底外壁溫度場，消除了由此帶來的誤差，它不受儀器安裝的限制，對塔底掃描方便、快速。
2、本發(fā)明利用紅外熱象儀能直觀地顯示出積焦的位置及面積、形狀，還可依據(jù)其變化趨勢推斷積焦程度的改變，并初步判斷塔內(nèi)積焦原因，為優(yōu)化工藝提供指南。
3、本方法發(fā)明能靈敏地發(fā)現(xiàn)早期積焦，其測溫范圍寬(-20℃-1500℃)，特別適合測試積焦程度變化時的溫度變化。
4、本方法發(fā)明利用表面焊接的熱電偶實(shí)地標(biāo)算外壁發(fā)射率，既具有省時、直觀、不漏測的特點(diǎn)又保證了溫度數(shù)據(jù)的精確度。
5、本方法適用于一切由于內(nèi)漏或內(nèi)部阻塞引起的熱阻變化而導(dǎo)致外壁溫度場變化的化工設(shè)備，如管道、塔、罐等。
結(jié)合以下實(shí)施例，簡要說明本方法發(fā)明在中國石油化工總公司揚(yáng)子石油化工公司渣油蒸汽裂解裝置上實(shí)施的方法及對工藝操調(diào)的指導(dǎo)作用。
實(shí)例1，1990年11月22日，紅外熱象儀檢測結(jié)果表明，塔底某兩處各有一面積0.25米2，核心最低溫度分別是為263℃及264℃的“冷斑”，分析認(rèn)為，塔內(nèi)有兩處出現(xiàn)早期積焦。經(jīng)加大塔底攪拌量，3天后再次檢測時，塔外壁各點(diǎn)溫度均勻?yàn)?15℃，“冷斑”完全消失。該檢測結(jié)果及上述措施為該裝置實(shí)現(xiàn)單系列連結(jié)運(yùn)行90天的奮斗目標(biāo)提供了先決條件。
實(shí)例2，圖3-a為1991年4月8日至5月2日的“冷斑”面積、最低溫度隨時間的變化曲線圖。其中“D”為雙系列運(yùn)行期，“S”為單系列運(yùn)行期，“T”為塔底某處“冷斑”最低溫度變化曲線，“A”為該處“冷斑”面積變化曲線。由圖3-a可見，4月8日塔底某處出現(xiàn)一面積為0.25米2、最低溫度為292℃的“冷斑”，幾日后“冷斑”面積迅速增加，至4月22日已發(fā)展至面積2.7米2，最低溫度232℃。針對積焦發(fā)展嚴(yán)重狀況及雙系列容易積焦，單系列有利于抑焦的經(jīng)驗(yàn)，立即將該裝置由雙系列運(yùn)行狀態(tài)切換為單系列運(yùn)行狀態(tài)，“冷斑”面積迅速減小，見圖3-a中曲線“A”，至5月2日“冷斑”完全消失，此時塔內(nèi)已無積焦，該裝置于5月4日又一次進(jìn)入雙系列運(yùn)行狀態(tài)。這樣，根據(jù)檢測結(jié)果調(diào)整運(yùn)行狀態(tài)，盡可能多地實(shí)現(xiàn)雙系列運(yùn)行以增加原料處理量，同時也處長了運(yùn)行周期，實(shí)現(xiàn)了該引進(jìn)裝置的最佳運(yùn)行方案，并開創(chuàng)了連續(xù)運(yùn)行268天的新紀(jì)錄，原油加工率由原設(shè)計(jì)的55%提高到75%。
實(shí)例3，附圖3-b展示了塔底某處“冷斑”在1991年8月19日至10月4日時期中，面積隨時間的變化曲線。其中，“D”為雙系列運(yùn)行期，“A”為塔底某處“冷斑”面積隨時間的變化曲線。由圖3-b中“A”曲線可見，1991年8月19日塔底出現(xiàn)一面積為1米2的“冷斑”，在其后的46天內(nèi)，“冷斑”面積增加緩慢，平均日面積增量僅為0.0172，據(jù)此分析，積焦量增加緩慢，對裝置運(yùn)行威脅不大，故保持雙系列運(yùn)行狀態(tài)，并開創(chuàng)了該引進(jìn)裝置雙系列連續(xù)運(yùn)行78天的新成績。
實(shí)例4，使用本方法發(fā)明對分餾塔百余次的檢測結(jié)果表明，塔底有兩個位置容易積焦，分別占“冷斑”出現(xiàn)總數(shù)的79%及21%，實(shí)踐證明，該兩處積焦的主要原因是局部攪拌效果差。此兩處易積焦位置的確定，為合理改造塔底攪拌機(jī)構(gòu)從而減少積焦出現(xiàn)次數(shù)提供了指導(dǎo)。
本方法發(fā)明在揚(yáng)子石化公司渣油蒸汽裂解裝置上實(shí)施前后的生產(chǎn)情況見表1。表1數(shù)據(jù)表明，本發(fā)明用于指導(dǎo)生產(chǎn)后，延長了裝置運(yùn)行周期，降低了清焦量，增加了原料處理量。僅實(shí)施后的1991年全年，原料處理量比實(shí)施前的1989年增加35.5萬噸/年，目前該裝置的原油加工率由原設(shè)計(jì)的55%上升至75%。隨著中東地區(qū)油品性質(zhì)的改變，積焦問題已得到世界性關(guān)注，本方法發(fā)明是抑焦不可缺少的手段。
表1 實(shí)施本發(fā)明前后生產(chǎn)情況對比
權(quán)利要求
1.一種用紅外熱象儀檢測渣油蒸汽裂解裝置分餾塔底積焦的方法，其特征在于，依據(jù)分餾塔底積焦時熱阻的改變引起外壁溫度場的變化，判斷塔內(nèi)積焦程度、位置、面積及其發(fā)展趨勢來指導(dǎo)工藝操調(diào)，利用被測物表面焊接的熱電偶實(shí)地標(biāo)算外壁發(fā)射率，測試儀器參數(shù)鏡頭20°×20°，光圈0，濾鏡NOF，熱范圍500-200，熱電平385-100。
2.如權(quán)利要求1中所述的表面焊接的熱電偶實(shí)地標(biāo)算外壁發(fā)射率，其特征在于，在塔底外壁不同位置處焊接2-4對熱電偶，根據(jù)熱電偶溫度值及熱象儀檢測值計(jì)算出各點(diǎn)處的發(fā)射率，其平均值即為外壁材料發(fā)射率。
3.如權(quán)利要求1中所述的根據(jù)分餾塔底外壁溫度場的變化判斷塔內(nèi)積焦程度、位置、面積及其發(fā)展趨勢，其特征在于(1)計(jì)算結(jié)果為塔底外壁溫度場均勻，表明塔內(nèi)無積焦;(2)計(jì)算結(jié)果為塔底外壁大部分區(qū)域溫度均勻，僅在局部出現(xiàn)低溫“冷斑”，表明該處塔底內(nèi)部有局部積焦;(3)通過比較“冷斑”面積、核心位置變化，可初步確定內(nèi)部積焦原因;(4)計(jì)算結(jié)果為“冷斑”面積已全部覆蓋塔底，表明塔底內(nèi)部已全部積焦，若“冷斑”核心溫度持續(xù)下降，應(yīng)準(zhǔn)備進(jìn)行清焦工作。
4.如權(quán)利要求1中所述的根據(jù)外壁溫度場的變化特征判斷塔內(nèi)積焦?fàn)顩r這一方法，其特征在于，其他化工設(shè)備，如管道、塔、罐由于內(nèi)漏、內(nèi)部阻塞引起的熱阻變化而導(dǎo)致外壁溫度場變化，均適用本發(fā)明方法檢測。
全文摘要
本發(fā)明是一種利用紅外熱象儀檢測渣油蒸汽裂解裝置分餾塔底積焦的方法。本發(fā)明是建立一種檢測運(yùn)行狀態(tài)中分餾塔底積焦?fàn)顩r的方法，百余次生產(chǎn)實(shí)踐證明，該方法的準(zhǔn)確率為100％。本方法發(fā)明在揚(yáng)子石油化工公司渣油蒸汽裂解裝置上實(shí)施后，增加了原料處理量，延長了裝置運(yùn)行周期，降低了清焦量。本方法適用于一切由于內(nèi)漏或內(nèi)部阻塞引起的熱阻變化而導(dǎo)致外壁溫度場變化的化工設(shè)備，如管道、塔、罐等。
文檔編號G01J5/10GK1084637SQ92107770
公開日1994年3月30日 申請日期1992年9月24日 優(yōu)先權(quán)日1992年9月24日
發(fā)明者萬方, 宋穎堅(jiān), 趙振毅, 郁雪松, 揚(yáng)偉, 黃宇飛, 華杰 申請人:中國石油化工總公司揚(yáng)子石油化工公司