客戶故事 | X-Well 非插入式溫度測量技術在烯烴罐區的應用深化

作者：國能包頭煤化工有限責任公司 任偉

摘要：許多老舊儲罐受限于建設時期技術條件和規范要求，未設置合規的溫度測量裝置。隨著相關規范不斷更新，這些儲罐迫切需要技術改造。本文以某大型煤化工企業烯烴球罐為例，簡述非插入式溫度測量技術、可以滿足無泄漏點、安全檢測、易于安裝的實際應用和改造成效。

關鍵詞： 溫度測量；外貼式；非插入式溫度測量技術；煤化工；烯烴球罐

背景介紹

國能包頭煤化工有限責任公司是世界首個國家級煤制烯烴示范工廠，通過煤氣化生產甲醇及烯烴，覆蓋聚烯烴產品全流程，項目總投資170億元，建有46套工藝裝置，并于2011年1月正式投產，實現了傳統煤化工向石油化工產業的延伸，成為全球首套煤化工示范項目。

烯烴罐區作為關鍵單元，接收烯烴分離單元的乙烯、丙烯、混合 C4、C5+，以及外購丁烯-1和異戊烷，并輸送至下游 PE、PP 用戶。罐區配備 6臺 2000m3乙烯球罐、5臺 2000m3丙烯球罐、2臺 3000m3混合碳四球罐、2臺 1500m3 C5+球罐、2臺 1000m3丁烯-1球罐、2臺 1000m3異戊烷球罐 及 1臺 1000m3內浮頂廢甲醇水罐。

依據《危險化學品重大危險源辨識 GB18218-2018》評價標準[1]，烯烴罐區是一級重大危險源裝置，是企業內部及政府重點監管區域。由于設計年代較早，當初的一些設計就不滿足后續新發布的《液化烴球形儲罐安全設計規范》（SH 3136-2024）的要求。

圖1為乙烯球罐管道儀表流程圖的截圖，可以看到現有乙烯球罐的溫度儀表安裝在出口管線上，而非罐體本身，未符合規范。

但是，由于液化烴球形儲罐為壓力容器，很難在球罐本體開孔安裝新的溫度計。根據《AQ 3036-2010 危險化學品重大危險源 罐區現場安全監控裝備設置規范》中 4.2.5 條 的要求[3]，對于老舊儲罐改造，應優先采用不清罐即可安裝的傳感器，避免焊接、火花或高溫作業，必要時需進行空氣置換后方可施工，以確保安全。

問題描述

根據《SH3136-2024 液化烴球形儲罐安全設計規范》中 5.1 條的要求[2]，液化烴球形儲罐本體應設置就地和遠傳溫度計，并確保最低液位時可測量液相溫度，便于觀測和維護。

目前溫度計安裝在球罐出口管線上，未符合現行安全標準，需盡快改造。 

依據《AQ 3036-2010》等安全規范，改造需避免清罐和動火作業，以減少成本和風險。

如何在不清罐、不動火的條件下在儲罐本體安裝溫度變送器，成為改造的關鍵難點。

技術方案對比和選用

首先，我們選擇了外貼式溫度測量方案。傳統表面傳感器雖能降低泄漏風險，易于維護，但僅能提供表面溫度數據，易受環境影響，如圖 2 所示，由于環境溫度與過程溫度可能相差高達 40℃，該方案無法滿足我們需要測量表面內側介質的溫度測量需求。

其次，我們查閱了行業案例，沒有找到相同的整改經驗可以借鑒。

最終，我們了解到艾默生羅斯蒙特 X-Well 非插入式溫度測量技術。該技術通過夾持式安裝測量管道表面溫度，并利用熱傳導公式計算內部介質溫度，確保測量精度，見圖 3對比X-Well 技術測量溫度與實際過程溫度：

當環境溫度穩定（40°C、-40°C、-20°C~-40°C），X-Well 計算溫度（綠色曲線）與實際過程溫度（紅色曲線）幾乎一致。

在環境溫度從40°C驟降至-20°C的劇烈變化過程中，最大誤差僅±0.8%，仍保持較高測量準確性。

圖3 X-Well 技術測量溫度與實際過程溫度對比

同時，其非插入式設計非常適用于無需清罐、不動火的改造場景，完美契合我們的需求。鑒于該技術在管道測量中的成功應用，我們決定對其進行改進，以實現罐區溫度測量的升級改造。

項目改造實施

試用階段：我們首先選擇1個測點進行試驗：

圖4 X-Well變送器測試安裝圖

由于羅斯蒙特 X-Well 非插入式溫度技術原本設計用于管道測量，我們制作了簡易支架將其固定在儲罐外壁（見圖 4）。具體做法是：拆除原夾持式支架，使用角鋼作為支架，并與變送器連接管焊接，最后用金屬膠水將其粘貼至儲罐表面。

X-Well 技術可提供穩定、精準的管道內過程溫度。其測量環境溫度 T1 和管道表面溫度 T2，結合已標定的導熱參數 X1 和 K1，以及用戶輸入的管道壁厚 X2 和管道材質 K2，即可解算出 T3（過程溫度）。

圖5 X-Well技術計算過程

為了驗證 X-Well 的測量精度，我們在其他本體安裝溫度傳感器的儲罐中進行了對比實驗。使用儲罐原有的A級精度的 Pt100熱電阻，通過其阻值計算溫度，并與 X-Well 變送器測得的溫度進行對比。我們連續監測了一個月的數據，結果顯示 X-Well 變送器與熱電阻測量的誤差在0.5%以內（如圖6所示），精度完全符合要求，能夠保證工藝生產使用。

圖6  X-Well變送器與熱電阻測試曲線

大規模應用階段：由于之前1臺成功試用，我們對烯烴罐區20個儲罐中，陸續安裝了25臺，整個改造項目包括：

1.定制底座和儀表安裝： 根據現場的使用情況， 與廠家協作特意加工了一批質量可靠，造型美觀的底座，提升了現場儀表的安裝質量（見圖 7）。

圖7 X-Well變送器實際安裝圖

2.電纜橋架施工：重新鋪設電纜槽盒，嚴格按照規范進行屏蔽處理和接地，保障信號傳輸穩定性和安全性。

3. 控制系統配置：借助現有 DCS 系統的備用點，無需增加額外設備，完成信號接入和監視報警功能。

4. 安全技術保障：選用本安防爆型儀表和阻燃電纜，并優化接地設計，避免干擾和潛在隱患。

這種方式避免了在儲罐開孔，無需清罐，且罐體無泄漏點，有效消除了泄漏風險。而且由于采用了特殊的基于熱傳導和導熱計算補償，修正外部溫度與介質溫度的差異，確保了高精度測量。完全符合國家安全規范，特別適合老舊罐體的改造需求。

采用羅斯蒙特 X-Well 非插入式溫度測量技術對儲罐溫度測量改造，既是對規范的落實，也展現了技術與需求結合的實際成果，同時也推動了老舊設施的數字化升級。通過科學選型和合理實施，該技術為保障罐區安全高效運行提供了重要支撐。

項目成效與啟示

1.技術改造效果顯著：

通過羅斯蒙特 X-Well 非插入式溫度測量技術的成功應用，在保證了測量精度的同時，實現了儲罐溫度監測的全面升級，符合國家標準要求，為穩定生產提供了有力保障。

2.減少成本與風險：

該方案避免了動火和清罐作業，大幅降低了施工風險和費用，具備較高的實用價值。

3:推動老舊設施改造：

結合先進技術因地制宜地升級儲罐監測系統，不僅提高了測量精度，還為行業其他類似應用提供了參考示范。

整個改造項目中，我們通過外部檢查和內部自查，發現了烯烴罐區儀表設置不合理的問題，并開始研究解決方案。首先調研了其他類似單位，但未找到成功經驗，然后試用了新技術，試驗結果滿意后正式立項，按流程推進，最終順利完成了烯烴罐區溫度計整改，既符合相關標準，也為穩定生產奠定了基礎。

溫度測量的方法是多種多樣的，特別是由于當今技術的發展、先進手段的運用，這似乎不是什么難題；但對于年久的儲罐如何運用好當今的技術，因地制宜地搞好技術升級，尤其是充分利用好現有的先進技術，在測量方面做一些改進，對管道、儲罐表面溫度進行補償，將大幅度提高現場測量的效果，提高測量精度，將起到事半功倍的效果。

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