CN205066898U - 实验室用混合轻烃稳定进料装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种实验室用混合轻烃稳定进料装置，属于石油液化气混合物进料控制领域。所述装置包括原料罐和电子天平，电子天平上水平放置有计量罐，原料罐顶部通过氮气平衡管和放空管与计量罐顶部相连，原料罐底部的出料口通过进料管与计量罐底部一侧的进料口相连，计量罐底部另一侧的出料口通过出料管与变频泵底部的进料口相连；原料罐和计量罐顶部中心处均通过压力表接管连接压力表。本实用新型通过设计与原料罐并联的储罐作为计量罐，加载氮气使得轻烃一直处于液相状态，从而避免气液两相流的出现，实现了轻烃的稳定进料，确保试验装置运行平稳，提高了试验结果的稳定性和重复性，解决了试验过程中无法稳定进料的问题。

Description

实验室用混合轻烃稳定进料装置

技术领域

本实用新型涉及一种实验室用混合轻烃稳定进料装置，属于石油液化气混合物进料控制领域。

背景技术

由炼厂气、油田伴生气凝析而来的液化石油气(LPG)，含C₂-C₅轻烃馏分，是宝贵的化工原料，深加工附加值很高，经分离后的轻烃有不同用途，如用于轻烃裂解制乙烯、碳四醚化制MTBE以及水合制叔丁醇等。在工业生产装置和实验室试验装置中，温度、压力、流量和液位四大参数的测控是必不可少的，其中流量的测控要达到预期的精度和可靠性，普遍被认为是最困难的，而且，流量的控制与测量是至关重要的，因为涉及到投入与产出进行物料衡算及目的产物收率计算。

工业化生产装置中进料量大，流量相对较容易控制，可供选择的测控方式较多；但在实验室试验装置中，物料进料量都很小，流量值绝对量小幅波动会带来相对量大幅震荡，精度较难控制。在实验室里普遍使用的进料控制设备有微量泵、浮子流量计、质量流量计和孔板流量计等；质量流量计适合于单一组分或固定组成的多组分物料，浮子流量计其耐压性差，微量泵虽然能够带压进料但常遇密封阀关闭不严或物料气化，其流量经常出现波动，孔板流量计精度更低；这些进料设备都是以体积流量为单位控制的，进行物料衡算时必须将其通过密度折算为质量流量。

混合轻烃在常温常压下为气液混合物，随环境变化状态不稳定其组分也常发生变化，轻烃模拟裂解制乙烯试验装置进料量较小，根据试验条件不同其进料量通常精确控制在500-2000g/h某一数值，轻烃平稳匀速进料难以保证，实验室没有合适的流量计可供选择。

在实际科研试验装置中，经常需向反应器内连续不断加入轻烃原料，现有的技术通常是将轻烃加压全部液化后采用柱塞泵进料，实际流量需要人工经常去实时监测，即用秒表标定原料流经计量管一定体积所用的时间，用体积流量与密度来折算出进料的质量流量。轻烃流量通过调节柱塞泵的柱塞行程来控制，因密度变化及人为因素等会产生一定的计量误差，实际流量受系统压力和温度的变化而波动，这对于要求精确计算产物收率的模拟裂解实验影响很大。石油液化气、常顶石脑油及拔头油等轻烃加压后，如使用电子天平代替计量管称重检测进料量，其称量准确性受到压力容器附着管线牵引力的影响，实际进料量也存在不确定的误差，且还存在试验装置中轻烃进料手动控制不便、精度低和稳定性差的问题。

实用新型内容

根据以上现有技术中的不足，本实用新型要解决的技术问题是：提供一种便于控制、精度高、稳定性好的实验室用混合轻烃稳定进料装置。

本实用新型解决其技术问题所采用的技术方案是：

所述的实验室用混合轻烃稳定进料装置，包括原料罐和电子天平，电子天平上水平放置有计量罐，原料罐顶部通过氮气平衡管和放空管与计量罐顶部相连，原料罐底部的出料口通过进料管与计量罐底部一侧的进料口相连，计量罐底部另一侧的出料口通过出料管与变频泵底部的进料口相连；

原料罐和计量罐顶部中心处均通过压力表接管连接压力表。

所述的计量罐为由上下封头固结而成的且具有压力的密封罐体，罐体侧面设有液面计管，罐体底部焊接有圆环形支座。计量罐的容积取决于试验装置进料量。

所述的原料罐为由上下封头固结而成的且具有压力的密封罐体，其容积大于计量罐的容积，原料罐罐体侧面设有液面计管，罐体下部一侧设有混合轻烃进料口，罐体底部焊接有喇叭形支座。原料罐顶部引入氮气，其分压高于轻烃气化压力，保证混合轻烃为液化状态，通过原料罐和计量罐顶部相连的管线平衡氮气引入到计量罐中，使之在实验过程中保持压力平衡。原料罐与计量罐不一定要有液位差，原料罐中的混合轻烃通过两罐体底部相连的管线和通过氮气压差由球阀控制定期补加到计量罐中；反之，试验结束后，轻烃返回到原料罐中。

所述的原料罐与计量罐的顶部均分别连接一段氮气平衡管、放空管和压力表接管，氮气平衡管、放空管、进料管和出料管均为不锈钢管，不锈钢管线上均设有相应球阀，不锈钢管的管体端部均连接一段尼龙管，尼龙管的另一端通过卡套接头固定在实验架上，实验架安装在计量罐上方。尼龙管形成的软连接有效的减小了罐体与各个不锈钢短管管体之间联接产生的应力，消除了电子天平在连续减量、称量时造成的数据传输误差。

所述的原料罐与计量罐顶部和底部连接的管路之间均为并联连接。

所述的电子天平底部安装具有功能数据远传的通讯串行口，通讯方式为连续不稳定传输。电子天平的量程与计量罐的毛重相匹配，变频泵的流量范围与进料量大小相匹配。

所述的变频泵为承压隔膜泵或柱塞泵，上部输入变频信号，中部连接轻烃输送管路。

工作原理及过程：

以电子天平作为传感器，以变频泵作为执行器，借助于控制软件实现了被控对象-轻烃物料的闭环控制与精确进料。

混合轻烃通过混合轻烃进料口进入原料罐，原料罐中的轻烃通过球阀控制，氮气压料通过氮气平衡管输送到计量罐中，轻烃经过电子天平连续不稳定输出测量后，进入变频泵底部的入口，经加压后进入反应器；平衡氮气来自氮气钢瓶，经减压通过三通从原料罐和计量罐的顶部引入使其保持压力平衡，其分压高于混合轻烃平均气化压力，保证混合轻烃在计量过程中为液化状态；原料罐中的轻烃不是通过液位差流入到计量罐中，而是通过放空管管路上的放空阀门来减小计量罐中的压力，由氮气平衡管将氮气压料输送到计量罐中。

电子天平减量计量的误差通过实验室另一台同型号天平来验证，同样的物料在两台天平上加、减称量，其数值显示完全一致，说明计量罐经过巧妙处理完全消除了其附属管线的应力影响，不存在计量误差。

工作时，具体包括如下步骤：

原料准备：混合轻烃通过混合轻烃进料口进入原料罐，依次打开连接原料罐、计量罐的氮气平衡管上的球阀，向原料罐和计量罐中通入平衡氮气，然后关闭计量罐氮气平衡管上的球阀，打开计量罐上方连接的放空管上的球阀，反复置换计量罐中原有气体，置换完毕后，关闭氮气平衡管和放空管上的球阀，打开原料罐和计量罐底部的进出料球阀，放空少许计量罐中的氮气，通过压差将原料罐中的混合轻烃流入到计量罐中，待计量罐中液位达到三分之二以上时，关闭两罐底部的进出料球阀，最后关闭计量罐顶部的放空管上的球阀，打开氮气平衡管上的球阀。

进料：开启电子天平和变频泵的电源，打开计量罐出料管上的球阀，运行模拟裂解控制程序，进料量通过电子天平减量连续不稳定输出信号到计算机，通过计算机程序运算连续输出变频信号到变频泵，调节变频泵的冲程频率，实现进料量的自动控制与调节。

原料补加：当试验进行一段时间需要补加物料时，进料程序从自动切换为手动定值控制，关闭氮气平衡管上的球阀、打开计量罐上进料管上的球阀，其后，放空计量罐中一些氮气，原料会自动流入到计量罐中，随后球阀复位、控制程序从手动切换为自动，如此实现进料平稳与加料无扰动作业。

与现有技术相比，本实用新型的有益效果是：

(1)通过设计与原料罐并联的储罐作为轻烃的计量罐，加载一定压力的氮气使得轻烃一直处于液相状态，从而避免气液两相流的出现，实现了轻烃的稳定进料，确保试验装置运行平稳，提高了试验结果的稳定性和重复性，解决了试验过程中无法稳定进料的问题。

(2)各管路之间均采用尼龙管形成软连接，其软连接部分有效的消除了电子天平连续减量称量时造成的数据传输误差；电子天平减量计量的误差通过实验室另一台同型号的电子天平来进行验证，从而保证计量罐经过巧妙处理之后完全消除了其附属管线的应力影响，不存在计量误差，进一步提高了试验结果的准确性、重复性以及精确性。

(2)以电子天平作为传感器，以变频泵作为执行器，实现了被控对象-轻烃物料的闭环控制与精确计量，流量稳定、显示直观，确保试验装置运行平稳，彻底解决了试验过程中手动控制不便和精度不够的问题，装置设计合理，操作方便，安全性能高。

附图说明

图1是本实用新型结构示意图；

图中：1、原料罐；2、计量罐；3、电子天平；4、变频泵；5、圆环形支座；6、氮气平衡管；7、放空管；8、压力表接管；9、喇叭形支座；10、进料管；11、出料管；12、压力表；13、液面计管；14、实验架；15、卡套接头；16、混合轻烃进料口。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型的实施例做进一步描述：

如图1所示，所述的实验室用混合轻烃稳定进料装置，包括原料罐1和电子天平3，电子天平3上水平放置有计量罐2，原料罐1顶部通过氮气平衡管6和放空管7与计量罐2顶部相连，原料罐1底部的出料口通过进料管10与计量罐2底部一侧的进料口相连，计量罐2底部另一侧的出料口通过出料管11与变频泵4底部的进料口相连；

原料罐1和计量罐2顶部中心处均通过压力表接管8连接压力表12。

所述的计量罐2为由上下封头固结而成的且具有压力的密封罐体，选用Φ159×5×320mm的不锈钢管，上下两端分别用相配套的封头焊接密封制成，上封头顶部连接氮气平衡管6、放空管7和压力表接管8，氮气平衡管6、放空管7和压力表接管8三条管体均为3个直径为6mm的不锈钢短管，罐体侧面设有直径为6mm的液面计管13，罐体底部焊接有圆环形支座5。

所述的原料罐1为由上下封头固结而成的且具有压力的密封罐体，其容积大于计量罐2的容积，原料罐1罐体侧面设有液面计管13，罐体下部一侧设有混合轻烃进料口16，罐体底部焊接有喇叭形支座9。原料罐1顶部引入氮气，其分压高于轻烃气化压力，保证混合轻烃为液化状态，通过原料罐1和计量罐2顶部相连的管线平衡氮气引入到计量罐2中，使之在实验过程中保持压力平衡。原料罐1与计量罐2不一定要有液位差，原料罐1中的混合轻烃通过两罐体底部相连的管线和通过氮气压差由球阀控制定期补加到计量罐2中；反之，试验结束后，轻烃返回到原料罐1中。

所述的原料罐1与计量罐2的顶部均分别连接一段氮气平衡管6、放空管7和压力表接管8，氮气平衡管6、放空管7、进料管10和出料管11均为不锈钢管，不锈钢管线上均设有相应球阀，不锈钢管的管体端部均连接一段尼龙管，尼龙管的另一端通过卡套接头15固定在实验架14上，实验架14安装在计量罐2上方。尼龙管形成的软连接有效的减小了罐体与各个不锈钢短管管体之间联接产生的应力，消除了电子天平3在连续减量、称量时造成的数据传输误差。

所述的原料罐1与计量罐2顶部和底部连接的管路之间均为并联连接。

所述的电子天平3底部安装具有功能数据远传的通讯串行口，通讯方式为连续不稳定传输。电子天平3的量程与计量罐2的毛重相匹配，变频泵4的流量范围与进料量大小相匹配。

所述的变频泵4为承压隔膜泵或柱塞泵，上部输入变频信号，中部连接轻烃输送管路。

以电子天平3作为传感器，以变频泵4作为执行器，借助于控制软件实现了被控对象-轻烃物料的闭环控制与精确进料。

混合轻烃通过混合轻烃进料口16进入原料罐1，原料罐1中的轻烃通过球阀控制，氮气压料通过氮气平衡管6输送到计量罐2中，轻烃经过电子天平3连续不稳定输出测量后，进入变频泵4底部的入口，经加压后进入反应器；平衡氮气来自氮气钢瓶，经减压通过三通从原料罐1和计量罐2的顶部引入使其保持压力平衡，其分压高于混合轻烃平均气化压力，保证混合轻烃在计量过程中为液化状态；原料罐1中的轻烃不是通过液位差流入到计量罐2中，而是通过放空管7管路上的放空阀门来减小计量罐2中的压力，由氮气平衡管6将氮气压料输送到计量罐2中。

电子天平3减量计量的误差通过实验室另一台同型号天平来验证，同样的物料在两台天平上加、减称量，其数值显示完全一致，说明计量罐2经过巧妙处理完全消除了其附属管线的应力影响，不存在计量误差。

工作时，具体包括如下步骤：

原料准备：混合轻烃通过混合轻烃进料口16进入原料罐1，依次打开连接原料罐1、计量罐2的氮气平衡管6上的球阀，向原料罐1和计量罐2中通入平衡氮气，然后关闭计量罐2氮气平衡管6上的球阀，打开计量罐2上方连接的放空管7上的球阀，反复置换计量罐2中原有气体，置换完毕后，关闭氮气平衡管6和放空管7上的球阀，打开原料罐1和计量罐2底部的进出料球阀，放空少许计量罐2中的氮气，通过压差将原料罐1中的混合轻烃流入到计量罐2中，待计量罐2中液位达到三分之二以上时，关闭两罐底部的进出料球阀，最后关闭计量罐2顶部的放空管7上的球阀，打开氮气平衡管6上的球阀。

进料：开启电子天平3和变频泵4的电源，打开计量罐2出料管11上的球阀，运行模拟裂解控制程序，进料量通过电子天平3减量连续不稳定输出信号到计算机，通过计算机程序运算连续输出变频信号到变频泵4，调节变频泵4的冲程频率，实现进料量的自动控制与调节。

原料补加：当试验进行一段时间需要补加物料时，进料程序从自动切换为手动定值控制，关闭氮气平衡管6上的球阀、打开计量罐2上进料管10上的球阀，其后，放空计量罐2中一些氮气，原料会自动流入到计量罐2中，随后球阀复位、控制程序从手动切换为自动，如此实现进料平稳与加料无扰动作业。

以上所述，仅是本实用新型的较佳实施例，并非是对本实用新型作其它形式的限制，任何熟悉本专业的技术人员可能利用上述揭示的技术内容加以变更或改型为等同变化的等效实施例。但是凡是未脱离本实用新型技术方案内容，依据本实用新型的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与改型，仍属于本实用新型技术方案的保护范围。

Claims (7)

1.一种实验室用混合轻烃稳定进料装置，包括原料罐(1)和电子天平(3)，其特征在于：电子天平(3)上水平放置有计量罐(2)，原料罐(1)顶部通过氮气平衡管(6)和放空管(7)与计量罐(2)顶部相连，原料罐(1)底部的出料口通过进料管(10)与计量罐(2)底部一侧的进料口相连，计量罐(2)底部另一侧的出料口通过出料管(11)与变频泵(4)底部的进料口相连；

原料罐(1)和计量罐(2)顶部中心处均通过压力表接管(8)连接压力表(12)。

2.根据权利要求1所述的实验室用混合轻烃稳定进料装置，其特征在于：所述的计量罐(2)为由上下封头固结而成的且具有压力的密封罐体，罐体侧面设有液面计管(13)，罐体底部焊接有圆环形支座(5)。

3.根据权利要求1所述的实验室用混合轻烃稳定进料装置，其特征在于：所述的原料罐(1)为由上下封头固结而成的且具有压力的密封罐体，其容积大于计量罐(2)的容积，原料罐(1)罐体侧面设有液面计管(13)，罐体下部一侧设有混合轻烃进料口(16)，罐体底部焊接有喇叭形支座(9)。

4.根据权利要求1所述的实验室用混合轻烃稳定进料装置，其特征在于：所述的原料罐(1)与计量罐(2)的顶部均分别连接一段氮气平衡管(6)、放空管(7)和压力表接管(8)，氮气平衡管(6)、放空管(7)、进料管(10)和出料管(11)均为不锈钢管，不锈钢管线上均设有相应球阀，不锈钢管的管体端部均连接一段尼龙管，尼龙管的另一端通过卡套接头(15)固定在实验架(14)上，实验架(14)安装在计量罐(2)上方。

5.根据权利要求1所述的实验室用混合轻烃稳定进料装置，其特征在于：所述的原料罐(1)与计量罐(2)顶部和底部连接的管路之间均为并联连接。

6.根据权利要求1所述的实验室用混合轻烃稳定进料装置，其特征在于：所述的电子天平(3)底部安装具有功能数据远传的通讯串行口，通讯方式为连续不稳定传输。

7.根据权利要求1所述的实验室用混合轻烃稳定进料装置，其特征在于：所述的变频泵(4)为承压隔膜泵或柱塞泵，上部输入变频信号，中部连接轻烃输送管路。