脫硫裝置蒸發(fā)器液位計(jì)改造

（中國(guó)石油 烏魯木齊石化公司化肥廠，烏魯木齊 830019）

脫硫裝置蒸發(fā)器液位計(jì)改造

孫 磊

（中國(guó)石油 烏魯木齊石化公司化肥廠，烏魯木齊 830019）

根據(jù)脫硫一、二、三效蒸發(fā)器實(shí)際工作的狀態(tài)以及工藝特點(diǎn)，對(duì)以前一直存在的硫酸銨漿液液位測(cè)量問題進(jìn)行改造，保證蒸發(fā)器中硫酸銨液位測(cè)量的準(zhǔn)確，將原有雙法蘭毛細(xì)管差壓式液位計(jì)進(jìn)行改造，提高液位變送器的使用壽命，保證裝置平穩(wěn)運(yùn)行。

硫酸銨漿液；蒸發(fā)器；液位變送器；真空

0 引言

中石油烏魯木齊分公司化肥廠一化肥裝置有兩臺(tái)負(fù)荷為210T/H的燃煤鍋爐，日消耗燃煤約1000t，產(chǎn)生的蒸汽用來驅(qū)動(dòng)5臺(tái)透平壓縮機(jī)和1臺(tái)透平發(fā)電機(jī)，隨著國(guó)家對(duì)環(huán)保越來越重視，企業(yè)面臨越來越大的減排壓力，為減少本公司外排SO2總量，本公司于2007年新上一套煙氣脫硫裝置。該裝置采用氨—硫酸銨工藝，按照兩爐一塔方式建設(shè)。工程建設(shè)規(guī)模： 2×210t/h煤鍋爐煙氣脫硫設(shè)施，正常工況下煙氣處理量：420833.3Nm3/h。該裝置自試運(yùn)行以來基本可以連續(xù)、穩(wěn)定運(yùn)行，脫硫設(shè)施出口污染物的排放滿足DB65/2154-2004《燃煤鍋爐大氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》的要求，脫硫效率達(dá)到90%以上，年減排SO2約4500t，NOX約600t，對(duì)控制和消減烏石化公司的二氧化硫排放總量有顯著的效果。另外，煙氣脫硫副產(chǎn)品硫酸銨品質(zhì)符合電力標(biāo)準(zhǔn)《硫酸銨》（DL/P808-2002）中的合格品要求。

技術(shù)先進(jìn)可靠；脫硫效率高，可達(dá)95%以上；能耗低；氨與SO2反應(yīng)是氣-氣、氣-液反應(yīng)，反應(yīng)速度快，反應(yīng)完全，吸收劑利用率高；無廢水外排；充分利用了煉油廠污水汽提裝置產(chǎn)生的廢氨水作為脫硫劑，對(duì)鍋爐煙氣進(jìn)行脫硫處理，同時(shí)具有除塵和脫氮效果。其次，脫硫裝置投入運(yùn)行后不僅可減少大氣中的主要污染物排放量，還可綜合利用低濃度的氨水和稀尿素溶液“變廢為寶”，可為復(fù)合肥廠年提供約10000t/硫酸銨副產(chǎn)品來替代價(jià)格較高的商品尿素作為生產(chǎn)原料。此部分副產(chǎn)品的回收價(jià)值，再加上替代尿素的綜合價(jià)差，以及減繳的SO2排污費(fèi)等，創(chuàng)造的綜合效益顯著[1]。

1 工藝流程說明

1.1煙氣脫硫法

煙氣脫硫裝置可以劃分為：煙氣系統(tǒng)、吸收系統(tǒng)、吸收劑供應(yīng)系統(tǒng)、工藝水系統(tǒng)、氧化空氣系統(tǒng)、硫酸銨后處理系統(tǒng)、事故排放系統(tǒng)。

1.2工藝流程

本文所涉及到的蒸發(fā)器在硫酸銨后處理系統(tǒng)中，下面簡(jiǎn)要介紹硫酸銨后處理系統(tǒng)工藝流程。

后處理工段采用蒸發(fā)結(jié)晶工藝來獲得硫酸銨成品。

濃縮至40%～50%硫酸銨的循環(huán)漿液，進(jìn)入一效分離器邊加熱，邊蒸發(fā)，部分內(nèi)部循環(huán)，部分泵入二效分離器，在二效內(nèi)邊加熱邊蒸發(fā)，部分內(nèi)部循環(huán)，部分泵入三效分離器，在三效內(nèi)加熱并形成循環(huán)溶液。在三效內(nèi)蒸發(fā)濃縮的漿液以過飽和狀態(tài)泵入旋流器，當(dāng)固含量達(dá)到30%以上后進(jìn)入離心機(jī)進(jìn)行固液分離，分離后的晶體進(jìn)入流化床干燥，計(jì)量打包，即為成品。

一效加熱器的熱源是經(jīng)過熱泵升壓的一效閃蒸汽和部分生蒸汽，二效加熱器采用一效蒸發(fā)產(chǎn)生的閃蒸汽作為熱源，三效加熱器采用二效蒸發(fā)產(chǎn)生的閃蒸汽作為熱源。

多效蒸發(fā)是減壓蒸發(fā)，抽真空可方便地降低蒸發(fā)器的操作壓力和溶液溫度。三效蒸發(fā)后面設(shè)置了蒸發(fā)冷凝器，冷卻循環(huán)水通過間接冷凝器把系統(tǒng)的熱量帶出[2]。如圖1所示。

圖1 蒸發(fā)器原理簡(jiǎn)單示意Fig.1 Simple principle of evaporator

2 液位測(cè)量原理

2.1液位變送器

自脫硫系統(tǒng)投用以來，一、二、三效蒸發(fā)器原先設(shè)計(jì)在罐體上安裝的是雙法蘭毛細(xì)管，插入式膜盒差壓液位變送器。如圖2所示。

圖2 雙法蘭毛細(xì)管液位變送器Fig.2 Double flange capillary liquid level transmitter

2.2差壓式液位變送器

差壓法測(cè)量液位的原理是根據(jù)容器內(nèi)液位改變時(shí)，由正負(fù)壓取壓膜盒收到的壓力差也隨之改變的原理測(cè)量液位的。

實(shí)際應(yīng)用中，蒸發(fā)器的液位變送器的正向接液相，負(fù)向接氣相。連通外置膜盒于變送器內(nèi)部感壓原件的為硅油毛細(xì)管。

P：正負(fù)壓差 ρ：漿液密度 g：重力加速度h：液位高度

可以在已知正負(fù)壓差，漿液密度的情況下，得到蒸發(fā)器內(nèi)漿液的實(shí)際高度，差壓式變送器就是根據(jù)這個(gè)原理來測(cè)量液位的[3，4]。

3 實(shí)際應(yīng)用中的問題

多效蒸發(fā)在實(shí)際應(yīng)用中為了降低蒸發(fā)器的操作壓力和溶液溫度。防止蒸發(fā)器由于溫度過高造成超溫超壓，采取了蒸發(fā)器內(nèi)抽真空的方式，真空大約為-70kPa左右，這樣就造成雙法蘭差壓液位變送器的負(fù)壓側(cè)即測(cè)氣相壓力的一端長(zhǎng)期處在負(fù)壓的工作狀態(tài)下[4，5]。在實(shí)際使用中，直接造成負(fù)壓測(cè)膜盒的損壞，給工藝操作帶來了很大的影響，也給儀表人員的維護(hù)產(chǎn)生了很大的困難。如圖3所示，雙法蘭差壓變送器的負(fù)壓測(cè)膜盒，在使用中的損壞情況。

圖3 改造前負(fù)壓測(cè)膜盒損壞情況Fig.3 Negative pressure test before modification bellows damage

在實(shí)際使用過程中，先后使用過膜盒材質(zhì)為哈氏合金、表面鍍鉭的相應(yīng)雙法蘭插入式膜盒的變送器，但是都沒有取得很好得效果，有個(gè)別變送器甚至在不到兩周的時(shí)間里就出現(xiàn)了膜盒損壞的情況。

4 創(chuàng)新設(shè)計(jì)與改造

結(jié)合多方面的考慮，以及對(duì)尿素相似設(shè)備液位測(cè)量的借鑒，最終對(duì)原有變送器經(jīng)行改造，采用負(fù)向吹氣法來測(cè)量蒸發(fā)器內(nèi)硫酸銨漿液的液位。

4.1負(fù)向吹氣法

吹氣法測(cè)量液位是一種很經(jīng)典的測(cè)量方法，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單可靠，特別是在被測(cè)介質(zhì)有腐蝕性、放射性、引壓管易堵塞的情況下，吹氣裝置是一種合適的選型[6，7]。

由于在實(shí)際使用中并沒有訂購(gòu)吹氣類型的變送器，所以就用原有的雙法蘭變送器經(jīng)行了改造，將原來負(fù)壓測(cè)膜盒損壞但正壓測(cè)膜盒完好的雙法蘭毛細(xì)管變送器的負(fù)壓測(cè)毛細(xì)管及外置膜盒去掉，配一根引壓管到蒸發(fā)器的頂部，同時(shí)給負(fù)壓測(cè)的引壓管引入一股很小的儀表空氣，目的是為了防止負(fù)壓測(cè)的取壓口時(shí)間長(zhǎng)硫酸銨結(jié)晶堵塞。如圖4所示。

圖4 負(fù)向吹起法原理Fig.4 Negative blowing method principle

4.2實(shí)際使用情況分析

在實(shí)際應(yīng)用中，將原有損壞的雙法蘭毛細(xì)管液位變送器的負(fù)壓測(cè)毛細(xì)管及損壞的膜盒替換為負(fù)向引壓管線直接從變送器負(fù)壓測(cè)配管到蒸發(fā)器頂部，并在負(fù)向引壓管中斷配制吹起管線和減壓閥，可以隨時(shí)調(diào)整吹氣量的大小，使吹氣量在保證測(cè)量準(zhǔn)確的同時(shí)防止負(fù)壓測(cè)取壓口介質(zhì)結(jié)晶堵塞。如圖5、圖6 所示。

圖5 現(xiàn)場(chǎng)安裝情況Fig.5 Site installation conditions

5 改造前后對(duì)比

5.1改造前

改造前使用的是雙法蘭插入式膜盒的差壓變送器，在使用過程中由于蒸發(fā)器內(nèi)的負(fù)壓存在，造成負(fù)壓測(cè)膜盒變形受損，經(jīng)常被迫切出蒸發(fā)器，經(jīng)行變送器地更換，在實(shí)際使用過程中給工藝操作帶來很大影響也給儀表維護(hù)人員的日常維護(hù)帶來了很大的工作量。有時(shí)不到半個(gè)月負(fù)壓測(cè)膜盒就已損壞不能使用。

5.2改造后

改造后，將測(cè)氣相壓力的負(fù)壓測(cè)改造成吹氣式導(dǎo)壓管直接連通變送器內(nèi)部感壓原件，將原有的插入式膜盒去掉，避免了膜盒面長(zhǎng)期受到蒸發(fā)器內(nèi)負(fù)壓的影響而損壞。在實(shí)際使用過程中，二、三效蒸發(fā)器已全部改造為負(fù)向吹氣式正向單法蘭膜盒差壓變送器。在改造后近半年時(shí)間里，沒有發(fā)現(xiàn)任何異常情況，液位計(jì)運(yùn)行良好。

圖6 現(xiàn)場(chǎng)安裝情況Fig.6 Installation

6 結(jié)束語

此次對(duì)脫硫蒸發(fā)器的液位測(cè)量變送器地改造，一方面解決了液位測(cè)量變送器頻繁損壞的問題；另一方面雙膜盒毛細(xì)管式差壓變送器的價(jià)格遠(yuǎn)遠(yuǎn)高出單法蘭差壓變送器的價(jià)格，此次改造過程中并沒有加大成本，而是在原有更換下來的舊變送器上動(dòng)腦筋、下工夫，在節(jié)約成本的同時(shí)，大大提高了儀表設(shè)備的可靠性。

[1]孫海波,劉新亞．氨法在烏石化化肥廠脫硫裝置上的應(yīng)用[J] ．科技創(chuàng)新導(dǎo)報(bào),2010(9)：55-56．

[2]周建宏,寧平,湯允．燃煤鍋爐氨法煙氣脫硫[J]．云南環(huán)境科學(xué),2004,23(增刊I)：145-146．

[3]青波．雙法蘭差壓變送器的常見故障分析處理[J]．科技資訊,2013(23)：110-111．

[4]楊方方．雙法蘭液位計(jì)膜片腐蝕問題的研究[J]．中國(guó)西部科技,2012,11(2)：16-18．

[5]李秀云．蒸發(fā)器液位測(cè)量技術(shù)探討[J]．中國(guó)儀器儀表,2003(9)：40-41．

[6]何微馨．吹氣式液位計(jì)的投運(yùn)[J]．化工自動(dòng)化及儀表,2002,29(2)：72-73．

[7]王美華,趙文達(dá),官本誠(chéng) ．吹氣法液位檢測(cè)裝置及應(yīng)用[J] ．自動(dòng)化儀表,2004,25(3)：31-33．

投稿日期：2014-03-24

Conversion of Evaporator Liquid Gauge in Desulfurization Device

Sun Lei
（Urumqi Chemical Fertilizer Plant,CNPC,Urumqi,Xinjiang 830019,China）

This paper provides a solution to the existing challenge of accurately measuring the liquid level of ammonium sulfate. Based on the traditional working status and process properties of evaporator liquid gauge in desulfurization device, this conversion solution transforms the original double-flange capillary-tube differential-pressure liquid gauge into a more sustainable device that increases the life span of the level transmitter, and guarantees both the accuracy and the steadiness of the device.

ammonium sulfate solution；evaporator；liquid level transmitter；vacuum

TH

A

Doi：10.3969/j.issn.1671-1041.2014.03.024

孫磊，男，助理工程師。從事儀表維護(hù)、檢維修、儀表項(xiàng)目改造工作5年。