吹氣法液位測量系統(tǒng)在化工裝置中的應(yīng)用

張妍妍

(惠生工程(中國)有限公司，鄭州 450018)

吹氣法是一種典型的液位測量方法[1]，屬差壓式液位測量。吹氣法液位計適用于測量高溫、有腐蝕、含大量粉塵或顆粒介質(zhì)的液位[2]，在化工裝置中有很多工藝設(shè)備的液位都采用吹氣法進行測量。HG/T 21581-2012《自控安裝圖冊》中，編入了采用吹氣法測量常壓或有壓設(shè)備液位的安裝圖，作為液位測量儀表管路連接的任選圖。

化工生產(chǎn)裝置中有許多液位的測量環(huán)境復(fù)雜，在工程設(shè)計中，采用吹氣法液位計進行測量，能夠取得較好的效果。筆者在介紹吹氣法液位計工作原理、吹氣裝置結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上，以某合成氨尿素項目硫回收裝置液硫池液位的測量為例，介紹該類液位計的工程設(shè)計、安裝和使用維護經(jīng)驗。

圖1 吹氣法液位測量原理

2 吹氣裝置

吹氣裝置是吹氣法液位計的重要部件，采用金屬管浮子流量計或轉(zhuǎn)子流量計與恒流閥配合，構(gòu)成流量吹掃裝置，實現(xiàn)流量測量并確保流量恒定輸出。吹氣裝置中最重要的元件是恒流閥，是在壓力變化的情況下確保流量保持恒定的裝置。吹氣裝置的結(jié)構(gòu)示意圖如圖2所示。

根據(jù)圖2所示的吹氣裝置結(jié)構(gòu)示意圖，以恒定入口壓力為例，可以看出，彈性膜片受到的向上作用力為p2A+p1a，彈性膜片受到的向下作用力為p3A+p2a+F，在壓力處于平衡狀態(tài)時，即p2A+p1a=p3A+p2a+F時，作為壓力調(diào)節(jié)器膜片的壓差p2-p3，可以得到p2-p3=F/A-a/A·(p1-p2)。由于a

當測量介質(zhì)是不可壓縮液體時，RE壓力調(diào)節(jié)器可用于出口壓力變化。對于公式p2-p3=F/A-a/A(p1-p2)，由于p1是恒定的，p3是變化的，因此p3變?yōu)閜3+Δp，p2變?yōu)閜2+Δp，所以C(恒定值)=p2-p3。壓力調(diào)節(jié)器有RE和RA兩種，RE適用于液體或氣體，一次壓力變化二次壓力穩(wěn)定；RA適用于氣體，一次壓力穩(wěn)定二次壓力變化。可根據(jù)需要選擇不同的壓力調(diào)節(jié)器。

圖2 吹氣裝置結(jié)構(gòu)示意圖

3 工程實例

某合成氨尿素項目硫回收裝置中，液硫池的液位測量是一個比較重要的測量參數(shù)。液硫池V3405的工藝介質(zhì)為液硫，其中還存在液相和氣相H2S，具有腐蝕性，介質(zhì)密度1 778kg/m3，溫度135～150℃，粘度8.5mPa·s。液硫池是常壓設(shè)備，安裝于室外地下，混凝土結(jié)構(gòu)，設(shè)備高2.5m。

因為液硫介質(zhì)易結(jié)晶，硫池內(nèi)采用蒸汽管加熱，無法采用非接觸式的測量方法，如放射性液位計等。如果選擇雷達液位計，由于設(shè)備內(nèi)有腐蝕性氣體H2S，雷達液位計天線表面經(jīng)常會出現(xiàn)硫蒸氣結(jié)晶掛料，使得雷達反射波受到干擾，液位計測量受到嚴重影響。為此，需要儀表維護人員經(jīng)常拆裝清理天線上的硫蒸氣結(jié)晶。儀表維護工作量大、作業(yè)頻繁，且作業(yè)現(xiàn)場有大量H2S氣體泄漏，因而大幅增加了維修人員現(xiàn)場作業(yè)的危險性。液硫池液位的長期無法正常測量嚴重影響了裝置的正常運行。雖然雷達液位計技術(shù)先進，但不宜應(yīng)用于液硫池液位測量環(huán)境。

選擇吹氣法測量液位，其結(jié)構(gòu)簡單、使用方便、維護工作量小，因此適用于像液硫池之類的地下儲罐等場合。氣源用儀表空氣來吹，吹氣裝置出口壓力變化范圍0～45kPa，選擇吹掃流量計的流量范圍0.025～0.250Nm3/h。設(shè)計時除了編制差壓液位變送器的儀表規(guī)格書外，還需編制吹掃轉(zhuǎn)子流量計(吹氣裝置)的儀表規(guī)格書。

儀表的具體安裝如圖3所示的吹氣法測量常壓設(shè)備液位管路連接，其中吹氣管的規(guī)格為DN15mm，伸入儲罐內(nèi)部距底部100mm。穩(wěn)波管由設(shè)備專業(yè)提供，需要給設(shè)備專業(yè)提供儀表安裝條件，要求穩(wěn)波管內(nèi)壁和流通孔必須光滑無毛刺，孔徑小于管徑的1/10。穩(wěn)波管應(yīng)有支架與設(shè)備內(nèi)壁固定，支架的規(guī)格、數(shù)量和固定方式由設(shè)備專業(yè)確定。止回閥的作用是保護吹氣裝置，防止腐蝕性介質(zhì)倒流回吹氣裝置。

圖3 吹氣法測量常壓設(shè)備液位管路連接示意圖

采用吹氣法液位計時的注意事項：吹氣管的管口應(yīng)距離設(shè)備底部50～100mm，以利于吹氣管中氣泡的逸出，這部分的高度為液位測量盲區(qū)[4,5]；吹氣裝置和差壓變送器的安裝標高應(yīng)該高于設(shè)備內(nèi)最高液面的標高，以防止液體倒流；當測量有壓設(shè)備的液位時，需要設(shè)置兩根吹氣管，一根短管在設(shè)備頂部液面上方，一根長管伸入設(shè)備底部，再分別設(shè)置兩路吹氣裝置；吹氣流體除采用儀表空氣外，還可以使用氮氣、蒸汽冷凝液、沖洗水以及與被測對象工藝介質(zhì)不發(fā)生化學(xué)反應(yīng)的流體。

4 結(jié)束語

吹氣法測量液位的最大優(yōu)點是結(jié)構(gòu)簡單、使用方便，其讀數(shù)儀表可安裝在便于讀數(shù)的位置。后期維護工作量小，在實際生產(chǎn)中具有很大的優(yōu)勢。吹氣法可以用于測量開口或密閉容器中具有腐蝕性、漿液或粘稠介質(zhì)的液位、密度、界面和與靜壓有關(guān)的變量。既可用于就地顯示，也可用于遠傳顯示控制。

吹氣法液位計是惡劣環(huán)境或腐蝕性介質(zhì)中液位測量的良好選擇。吹氣法液位計只有吹氣管與介質(zhì)接觸，其余部件都安裝在設(shè)備外，非常適合測量高溫、高真空、高粘度、強腐蝕性、易凝固、易結(jié)晶或含有懸浮顆粒的容器液位。

[1] 王美華,趙文達,官本誠.吹氣法液位檢測裝置及其應(yīng)用[J].自動化儀表,2004,25(3):31～34.

[2] 胡勇鋒,何尚華.吹氣法液位計在聚酯裝置中的應(yīng)用[J].石油化工自動化,2012,48(5):64～66.

[3] 陸德民,張振基,黃步余.石油化工自動控制設(shè)計手冊[M].北京:化學(xué)工業(yè)出版社,2000.

[4] 張平發(fā).液位測量吹氣裝置的研究[J].化工自動化及儀表,2003,30(1):60～62.

[5] 鄢行俊.淺析吹氣式液位計在硫磺裝置液硫池上的應(yīng)用[J].石油化工自動化,2014,50(2):56～58.