電容式液位變送器在合成高壓液位測控中的作用

1 系統(tǒng)的原狀

十余年前，按照傳統(tǒng)的通用設(shè)計和常規(guī)選型，我廠曾裝設(shè)過合成氨分、冷交的液位測控系統(tǒng)。液位計選用了上海自動化儀表五廠的氣動高壓浮筒液位調(diào)節(jié)變送器UTQ-113，調(diào)節(jié)閥采用ZMBS-320KDg6C=0.1，配以氣動調(diào)節(jié)記錄儀及副線板，組成合成工段氨分、冷交高壓測控系統(tǒng)。為了便于維護(hù)檢修。每套系統(tǒng)總共用7只Dg10的高壓閥、兩個標(biāo)準(zhǔn)三通、1個彎頭、15對高壓法蘭、48條高壓螺栓、90個高壓螺母及5Mφ 24×6高壓管。為了延長高壓調(diào)節(jié)閥的使用壽命，保證調(diào)節(jié)效果，采用2只高壓調(diào)節(jié)閥串聯(lián)方案。整個系統(tǒng)繁瑣，安裝量大，現(xiàn)場雜亂，而且每套系統(tǒng)投資也在15000元以上（幾年前的價格）。然而，這兩套系統(tǒng)安裝以后，因液位檢測反應(yīng)不準(zhǔn)，一直未能正常投用。

2 原因分析

我廠合成氨生產(chǎn)中的氨分離器、冷交換器等高壓容器中的液位檢測，按常規(guī)方式采用連通管形式（浮筒式液位計等）設(shè)計安裝的液位檢測裝置無法正常工作的現(xiàn)象，據(jù)調(diào)查在小化肥廠普遍存在。

造成這種現(xiàn)象的原因是：氨分、冷交等高壓氣液分離器并不是簡單的空筒容器，工作壓力高達(dá)32MPa，其中都裝有結(jié)構(gòu)形式不同的分離內(nèi)件，而這些高壓容器的外筒采用多層卷板焊接，不允許在筒體上開孔。因此作為液位檢測儀表安裝的氣相、液相預(yù)留接口，均開在整體鍛造的高壓容器上、下封頭上，即氣相接口在上封頭，液相接口在下封頭。

眾所周知，高壓介質(zhì)流經(jīng)設(shè)備后，因設(shè)備阻力的影響，在設(shè)備進(jìn)出口將出現(xiàn)壓差。該壓差的大小與設(shè)備結(jié)構(gòu)、流通截面、介質(zhì)流量等因素有關(guān)，并隨介質(zhì)流量變化而變化，以我廠氨分離器為例，介質(zhì)進(jìn)入容器后流經(jīng)分離內(nèi)件，進(jìn)行氣液分離，液氨積存在氨分底部作為產(chǎn)品排出，氣體則從容器上端的出口引出氨分進(jìn)入后一級裝置。而我廠的氨分、冷交的液位檢測接口（液相、氣相）正好位于分離段的兩側(cè)，分離段產(chǎn)生的壓差也正好作用于液位計氣液相接口之上。據(jù)測量，分離段的壓差在滿負(fù)荷時可高達(dá)幾米至十幾米水柱。隨氨分、冷交設(shè)備結(jié)構(gòu)及介質(zhì)進(jìn)口位置及在分離段內(nèi)的流向不同，可能出現(xiàn)兩種情況；一種是分離段壓差值的正壓側(cè)作用于液位上方而負(fù)壓側(cè)作用于液位計氣相接口上，此時，由液位計氣相、液相引出的是容器中實際液位與分離段所產(chǎn)生的壓差的正向疊加量。一般浮筒液位變送儀表的測量范圍僅在1米之內(nèi)，因此，只要容器底部稍有一點液體，在壓差作用下很快充滿外接液位計（浮筒）的連通管內(nèi)，使液位計顯示滿液位。除非容器中液位徹底排空，否則不論其中液位如何變化，外接浮筒液位計總是顯示滿量程。另一種情況是內(nèi)件的壓差正壓側(cè)作用于液位計氣相接口、負(fù)壓側(cè)作用于容器中液位上方，內(nèi)件壓差與液位量值反向疊加。因受內(nèi)件壓差作用，不論容器中液位如何變化，即使液位已充滿容器甚至帶液，液位計顯示總為零。

我廠原裝氨分、冷交氣動浮筒液位測量系統(tǒng)之所以不準(zhǔn),仍屬于前者類型。

3 改進(jìn)措施

為盡快實現(xiàn)節(jié)能降耗，我廠決心重新改造合成氨分、冷交液位檢測自控系統(tǒng)。采用《化肥工業(yè)》、《小氮肥》編輯部重視與推廣的UYB-320C內(nèi)裝式電容式高壓液位變送器，從氨分、冷交的液相孔直接插入設(shè)備中檢測其液位，用等離子雙光柱數(shù)字顯示儀（帶上、下限報警）顯示液位變化，液位上、下限報警和調(diào)節(jié)閥位由簡易電子調(diào)節(jié)器進(jìn)行自調(diào)。因原有的氣動高壓調(diào)節(jié)閥裝上后從未使用，為節(jié)約投資，擬暫時仍用其進(jìn)行調(diào)節(jié)。

我廠利用小修，不到半天時間，兩套液位計全部裝好。開車后調(diào)試使用，液位檢測部分很快正常工作，投入運行，實現(xiàn)有液位指示下的放氨操作。隨后對自控系統(tǒng)進(jìn)行調(diào)試，發(fā)現(xiàn)原有的氣動調(diào)節(jié)閥ZMBS內(nèi)漏嚴(yán)重，雖然冷交串聯(lián)安裝的兩只閥門處于全部關(guān)閉的狀態(tài)，其流通能力也選得很小，但液位仍然很難提起來，說明調(diào)節(jié)閥已難適應(yīng)高壓液位自控的需要。即使這樣，跑氣量已較手動放氨時明顯減少，循環(huán)氣中CH4 含量也隨之上升。我廠又迅速購進(jìn)兩臺新型專用自動放氨閥，進(jìn)行更換，分別用于氨分、冷交系統(tǒng)實現(xiàn)自動放氨，使液位自控很快轉(zhuǎn)入正常、終于在短時間內(nèi)解決了我廠這一生產(chǎn)關(guān)鍵，實現(xiàn)了合成氨分、冷交高壓液位測量自動控制。

4 實施效果

我廠以內(nèi)裝式電容高壓液位變送器為主的合成氨分、冷交液位測控系統(tǒng)自1993年9月正式投運至今有2年余，實踐證明，該項目實施效果明顯，產(chǎn)生效益顯著，據(jù)統(tǒng)計，年直接創(chuàng)益80萬元。

（1）高壓液位檢測自控系統(tǒng)投用后，效果顯著（見表）。循環(huán)氣中的CH4含量明顯提高，我廠是重油氣化，已由安裝液位計前的4%~6%提高到11%~14%，有效地減少了合成系統(tǒng)有效氣體放空、泄漏。

表 高壓液位檢測自控系統(tǒng)投運前后
合成崗位循環(huán)氣CH4含量對照表 單位（%）

（2）該系統(tǒng)氨分、冷交液位測量準(zhǔn)確，實現(xiàn)了在有液位檢測的條件下的自動放氨或人工手動放氨，淘汰了無液位顯示條件下的人工手動放氨，有效地實現(xiàn)安全生產(chǎn)。

（3）液位自控系統(tǒng)的投用，使操作工擺脫了頻繁的手動調(diào)節(jié)，大大減輕了工人勞動強(qiáng)度，穩(wěn)定操作，合成塔觸媒溫度穩(wěn)定，近乎一條直線。

（4）該液位計安裝極為方便，結(jié)構(gòu)十分輕巧，總重不到2Kg，用一只法蘭、3條螺栓、3個螺母即可。該液位計測控系統(tǒng)工作可靠穩(wěn)定，我廠投運2年來，基本沒有維修過。

本項目的實施得到內(nèi)蒙古土左旗大地工控公司李德中高工的指導(dǎo)與幫助，在此表示衷心感謝。

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