流化床反应器压力监控方案探讨
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流化床反应器压力监控方案探讨
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石 油 化 工 自 动 化，2010，3：29
过程控制 AUT()MATl0NINPETRO-CHEMICALINDUSTRY
流化床反应器压力监控方案探讨
李秀春
(中石油东北炼化工程有限公司吉林设计院，吉林吉林 132002)
摘要：有机硅单体合成工艺是气一固两相的反应过程，由于硅粉的硬度大而且反应的附加物有黏性，经常出现磨损和堵塞
造成生产装置检修频率高，操作状况难，现场检测仪表经常处于瘫痪状态。简单介绍有机硅单体合成流化床反应工艺过程及其
对测量控制的要求，剖析流化床理想流化状态的床层压降是一个固定值，得出床层是否处于理想流化状态，可以通过测量床层
压力来间接判断。详细叙述了吹气法测量流化床压力方法和具体实施方案。
关键词：流化床；单体合成；床层分布；吹气法测量
中图分类号：TP273 文献标志码：B 文章编号：1007—7324(2010)03—0029—03
Exploration toPressure Monitoring Plan for the Fluidized Bed Reactor
Li Xiuchun
(Petrochina Refining-Chemical Northeast Eng．Co．Ltd．，Jilin Design Ins．，Jilin，132002，China)
Abstract：The organic silicone monomer synthesis process is a gas-solid two phase reaction process．
Because the silicone powder’S hardness is big and the reacted additive is viscous，thus resulting in
abrasion and stoppage．Therefore the production plant is frequently overhauled and the operation is very
hard and the field detecting instruments are often in paralyzed state．Reaction process，measuring and
control requirements of fluidized bed reactor of organic silicone monomer synthesis have been briefly
introduced．The bed layer pressure drop in an ideal fluidizing state is a fixed value，whether the bed
layer is in a ideal fluidizing state or not can be indirectly judged according to measuring bed layer
pressure．Measuring fluidized bed pressure method and specific implementing plans by blowing is
described in detail．
Keywords：fluidized bed；monomer synthesis；bed layer distribution；measuring bythe blowing method
0 引 言 在直接测量流化床床层分布不易实现的情况
流化床反应器是气一固相反应常用的一种反应 下，需要寻求一个间接测量方法来反映流化床的流
器。研究流化床反应器内流体流动的目的在于了 化状态。因为在理想流化状态下，床层压降是一个
解和掌握气体和固体在流化床中的运动规律，判断 固定值，可以采用分段测量床层压力的间接测量方
流化床是否处于理想的流化状态，可以通过测量床 法来判断床层高度及其分布情况。
层压力来实现u吨o。 1 流化状态的形成过程
由于流化床内物料和触媒的工况很复杂，而且 流化状态的形成原理如图1所示。
指型管冷却器占流化床内密度很大，因此给床层高 当流体自下而上流过颗粒床层时，如果流速很
度测量带来很多困难。最初在吉林石化有机硅流 小，流体从颗粒之间的缝隙穿过，床层高度保持不
化床曾经应用7射线料位测量仪，应用过程中存在 变，而床层压力降Ap却随流体速率U的增加而增
一些难以克服的问题。流化床内指形管过于密集， 加，二者在对数坐标图上成直线关系，如AB段，当
很难找到合适的缝隙来发射和接收射线，即使初次 流速增大到一定值时，床层压力降大致等于单位面
安装时能够找到一个合适的位置，但由于流化床工
艺是间歇式操作，运行一段时间需要停车检修，在 收稿日期：2010—01-28(修改穑)。
检修的过程中，吊装指形管后再次安装料位仪，射 作者简介：李秀眷(1971～)女，内蒙古通辽人，1993年毕业于
线又会被指形管挡住，使得射线的衰减程度无法准 吉林省电气化高等专科学校自动化仪表专业，2006年毕业于北京
确预测。 化工大学计算机科学与应用专业，任工程师。
万方数据石油化工自动化
积的床层质量，如直线关系由A至B点，流速再增 3流化床床层压力检测方案
加，固体颗粒的位置略有调整，床层膨胀，其空隙率 流化床床层压力测量主要应解决耐磨和测量
开始增加，压力降的增加略微变缓，松动以后开始 管路防堵问题。为了解决这两个问题，曾经应用过
流化。在获得流化状态的料层后，再逐渐降低流 两种单法兰压力变送器：利用插入式法兰压力变
速，床层高度下降到D点，固体颗粒互相接触而形 送器测量床层压力，因为流化床内硅粉处于流化状
成静止的固定床。由于床层被吹松动，而后颗粒下 态，硅粉在床内是运动的，造成变送器的测量膜片
落，所以它比原来的固定床具有较大的空隙率，再 磨损严重，装置运行中无法更换膜片，所以，膜片一
继续减低流速，流速与压力降的关系不再恢复至直 旦磨损，装置就出现盲操作状态，对反应质量品质
线BA，而是沿DG变化。DG的延长线与直线EF 造成严重影响；利用平法兰式压力变送器测量床层
的延长线交于Tn点，与m点相应的床内气速称为 压力，这种方法因为从变送器测量膜片到流化床床
临界(或最小)流化速率U。，。相应的空隙率称为临 壁有一段短管，短管有一倾斜角，这样硅粉与膜片
界空隙率￡。f。 摩擦相对小，膜片磨损问题基本可以解决，但是流
化床内的单体合成反应过程中会出现一些黏稠状
的副产品，这些黏稠物渐渐地把取压短管堵死，在
装置运行期间，同样会出现前一种结果。
上述两种流化床床层测量压力的方法都得不
到满意的应用，2002年，在吉林石化分公司电石厂
25 kt／a有机硅单体合成试验装置中，尝试用反吹
法测量流化床床层压力。
附 甜 wf 4吹气法在流化床床层压力测量上的应用
图1 流速与压力降关系 根据传统的吹气法测量液位的原理可以引导
出间接测量其床层高度的方法，区别在于前者的测
当床内流体线速率超过临界流化点7"1"／后继续
量介质是液体，后者的测量介质是可流动的固体。
增加，床层亦继续膨胀，空隙率也继续增大，但床层
该有机硅装置采用机械可活动式防堵吹气取压头
压力降基本保持不变，气一固系统中固体颗粒完全
来检测床内部的压力。每台流化床共设置四个不
悬浮而类似于流体的流动性，流化状态就形成了，
同高度的吹气式测压装置，根据床层高度的变化情
此阶段即为流化阶段LlJ。
况改变入床的氯甲烷流量和补入触媒数量Ho。
2测量流化床床层压力的意义
4．1 反吹法测量液位原理
在忽略器壁效应的情况下，作用于固体颗粒上
图2所示为反吹法测量液位原理¨o。反吹气
的力有两种：向下作用的重力；向上的浮力和流体
(可根据工艺介质的性质特点选择不同的反吹气，
阻力。在颗粒悬浮静止时，向上和向下的作用力相
如空气、氮气等)通过入口切断阀进入稳压和流量
等，可表示为
调节组件，在稳压和流量调节组件中先经过针形阀
^mfA。(1一E。f)Rg=hmfA。(1一‰)Pfg+△硝。
节流，再经过稳压继动器将反吹气压力和被测量压
得床层压力降为 力稳定于微小的差压值上，使反吹气以稳定的流量
进入转子流量计，从转子流量计出来的反吹气缓慢
Ap=hmf(1—6mf)(R—R)g
而均匀地经三通后，一路进入压力变送器，另一路
式中 Ap——流化床压力降；A。——床层截面
进入被测容器中，这时测量压力等于被测容器中反
积；I}l耐——临界流化点处的床层高度；E：rnf——临
吹管出气口的压力，液位高度按下式计算：
界空隙率；以——固体颗粒表观密度；n——流体
H—P／Pg
密度；g——重力加速度。
上式说明当床层处于流化状态时，随着气速的 式中 H——液位高度；户——测量压力。
增大，床层高度和空隙率增加，但床层压降却不改 4．2测量流化床床层压力方法
变，即床层处于流化状态时，床层压降是一个固定 该电石厂25kt／a有机硅单体合成试验装置中
过程控制 AUT()MATl0NINPETRO-CHEMICALINDUSTRY
流化床反应器压力监控方案探讨
李秀春
(中石油东北炼化工程有限公司吉林设计院，吉林吉林 132002)
摘要：有机硅单体合成工艺是气一固两相的反应过程，由于硅粉的硬度大而且反应的附加物有黏性，经常出现磨损和堵塞
造成生产装置检修频率高，操作状况难，现场检测仪表经常处于瘫痪状态。简单介绍有机硅单体合成流化床反应工艺过程及其
对测量控制的要求，剖析流化床理想流化状态的床层压降是一个固定值，得出床层是否处于理想流化状态，可以通过测量床层
压力来间接判断。详细叙述了吹气法测量流化床压力方法和具体实施方案。
关键词：流化床；单体合成；床层分布；吹气法测量
中图分类号：TP273 文献标志码：B 文章编号：1007—7324(2010)03—0029—03
Exploration toPressure Monitoring Plan for the Fluidized Bed Reactor
Li Xiuchun
(Petrochina Refining-Chemical Northeast Eng．Co．Ltd．，Jilin Design Ins．，Jilin，132002，China)
Abstract：The organic silicone monomer synthesis process is a gas-solid two phase reaction process．
Because the silicone powder’S hardness is big and the reacted additive is viscous，thus resulting in
abrasion and stoppage．Therefore the production plant is frequently overhauled and the operation is very
hard and the field detecting instruments are often in paralyzed state．Reaction process，measuring and
control requirements of fluidized bed reactor of organic silicone monomer synthesis have been briefly
introduced．The bed layer pressure drop in an ideal fluidizing state is a fixed value，whether the bed
layer is in a ideal fluidizing state or not can be indirectly judged according to measuring bed layer
pressure．Measuring fluidized bed pressure method and specific implementing plans by blowing is
described in detail．
Keywords：fluidized bed；monomer synthesis；bed layer distribution；measuring bythe blowing method
0 引 言 在直接测量流化床床层分布不易实现的情况
流化床反应器是气一固相反应常用的一种反应 下，需要寻求一个间接测量方法来反映流化床的流
器。研究流化床反应器内流体流动的目的在于了 化状态。因为在理想流化状态下，床层压降是一个
解和掌握气体和固体在流化床中的运动规律，判断 固定值，可以采用分段测量床层压力的间接测量方
流化床是否处于理想的流化状态，可以通过测量床 法来判断床层高度及其分布情况。
层压力来实现u吨o。 1 流化状态的形成过程
由于流化床内物料和触媒的工况很复杂，而且 流化状态的形成原理如图1所示。
指型管冷却器占流化床内密度很大，因此给床层高 当流体自下而上流过颗粒床层时，如果流速很
度测量带来很多困难。最初在吉林石化有机硅流 小，流体从颗粒之间的缝隙穿过，床层高度保持不
化床曾经应用7射线料位测量仪，应用过程中存在 变，而床层压力降Ap却随流体速率U的增加而增
一些难以克服的问题。流化床内指形管过于密集， 加，二者在对数坐标图上成直线关系，如AB段，当
很难找到合适的缝隙来发射和接收射线，即使初次 流速增大到一定值时，床层压力降大致等于单位面
安装时能够找到一个合适的位置，但由于流化床工
艺是间歇式操作，运行一段时间需要停车检修，在 收稿日期：2010—01-28(修改穑)。
检修的过程中，吊装指形管后再次安装料位仪，射 作者简介：李秀眷(1971～)女，内蒙古通辽人，1993年毕业于
线又会被指形管挡住，使得射线的衰减程度无法准 吉林省电气化高等专科学校自动化仪表专业，2006年毕业于北京
确预测。 化工大学计算机科学与应用专业，任工程师。
万方数据石油化工自动化
积的床层质量，如直线关系由A至B点，流速再增 3流化床床层压力检测方案
加，固体颗粒的位置略有调整，床层膨胀，其空隙率 流化床床层压力测量主要应解决耐磨和测量
开始增加，压力降的增加略微变缓，松动以后开始 管路防堵问题。为了解决这两个问题，曾经应用过
流化。在获得流化状态的料层后，再逐渐降低流 两种单法兰压力变送器：利用插入式法兰压力变
速，床层高度下降到D点，固体颗粒互相接触而形 送器测量床层压力，因为流化床内硅粉处于流化状
成静止的固定床。由于床层被吹松动，而后颗粒下 态，硅粉在床内是运动的，造成变送器的测量膜片
落，所以它比原来的固定床具有较大的空隙率，再 磨损严重，装置运行中无法更换膜片，所以，膜片一
继续减低流速，流速与压力降的关系不再恢复至直 旦磨损，装置就出现盲操作状态，对反应质量品质
线BA，而是沿DG变化。DG的延长线与直线EF 造成严重影响；利用平法兰式压力变送器测量床层
的延长线交于Tn点，与m点相应的床内气速称为 压力，这种方法因为从变送器测量膜片到流化床床
临界(或最小)流化速率U。，。相应的空隙率称为临 壁有一段短管，短管有一倾斜角，这样硅粉与膜片
界空隙率￡。f。 摩擦相对小，膜片磨损问题基本可以解决，但是流
化床内的单体合成反应过程中会出现一些黏稠状
的副产品，这些黏稠物渐渐地把取压短管堵死，在
装置运行期间，同样会出现前一种结果。
上述两种流化床床层测量压力的方法都得不
到满意的应用，2002年，在吉林石化分公司电石厂
25 kt／a有机硅单体合成试验装置中，尝试用反吹
法测量流化床床层压力。
附 甜 wf 4吹气法在流化床床层压力测量上的应用
图1 流速与压力降关系 根据传统的吹气法测量液位的原理可以引导
出间接测量其床层高度的方法，区别在于前者的测
当床内流体线速率超过临界流化点7"1"／后继续
量介质是液体，后者的测量介质是可流动的固体。
增加，床层亦继续膨胀，空隙率也继续增大，但床层
该有机硅装置采用机械可活动式防堵吹气取压头
压力降基本保持不变，气一固系统中固体颗粒完全
来检测床内部的压力。每台流化床共设置四个不
悬浮而类似于流体的流动性，流化状态就形成了，
同高度的吹气式测压装置，根据床层高度的变化情
此阶段即为流化阶段LlJ。
况改变入床的氯甲烷流量和补入触媒数量Ho。
2测量流化床床层压力的意义
4．1 反吹法测量液位原理
在忽略器壁效应的情况下，作用于固体颗粒上
图2所示为反吹法测量液位原理¨o。反吹气
的力有两种：向下作用的重力；向上的浮力和流体
(可根据工艺介质的性质特点选择不同的反吹气，
阻力。在颗粒悬浮静止时，向上和向下的作用力相
如空气、氮气等)通过入口切断阀进入稳压和流量
等，可表示为
调节组件，在稳压和流量调节组件中先经过针形阀
^mfA。(1一E。f)Rg=hmfA。(1一‰)Pfg+△硝。
节流，再经过稳压继动器将反吹气压力和被测量压
得床层压力降为 力稳定于微小的差压值上，使反吹气以稳定的流量
进入转子流量计，从转子流量计出来的反吹气缓慢
Ap=hmf(1—6mf)(R—R)g
而均匀地经三通后，一路进入压力变送器，另一路
式中 Ap——流化床压力降；A。——床层截面
进入被测容器中，这时测量压力等于被测容器中反
积；I}l耐——临界流化点处的床层高度；E：rnf——临
吹管出气口的压力，液位高度按下式计算：
界空隙率；以——固体颗粒表观密度；n——流体
H—P／Pg
密度；g——重力加速度。
上式说明当床层处于流化状态时，随着气速的 式中 H——液位高度；户——测量压力。
增大，床层高度和空隙率增加，但床层压降却不改 4．2测量流化床床层压力方法
变，即床层处于流化状态时，床层压降是一个固定 该电石厂25kt／a有机硅单体合成试验装置中
