大型氧化反應(yīng)器液位測量方案

董康

摘 要：氧化反應(yīng)器是過氧化二異丙苯（DCP）生產(chǎn)工藝中至關(guān)重要的設(shè)備。因此，氧化反應(yīng)器的液位監(jiān)控顯得尤為重要。如采用傳統(tǒng)差壓法測量氧化反應(yīng)器的液位，通過計(jì)算分析發(fā)現(xiàn)：傳統(tǒng)差壓液位測量法的誤差偏大，不能滿足工藝要求。該項(xiàng)目采用了電子遠(yuǎn)傳液位變送器對氧化反應(yīng)器的液位進(jìn)行測量。不但解決了測量精度問題，且安裝、維護(hù)方便。

關(guān)鍵詞：氧化反應(yīng)器 液位監(jiān)控 電子遠(yuǎn)傳液位變送器

中圖分類號：TH81 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1674-098X（2016）01（c）-0059-02

Abstract： Oxidation reactor is an important equipment in DCP production process. So the monitoring of the level of the oxidation reactor is particularly important. If we measure the level of oxidation reactor by the traditional differential pressure method， By calculating and analyzing， well find that the traditional differential pressure method can not meet the technical requirements， because the error is too large. We select the electronic remote sensor to measure the level of oxidation reactor in the project. We overcome the measuring error by using the electronic remote sensor， and its installation， maintenance is very convenient.

Key Words：Oxidation reactor；Level monitoring；Electronic remote level transmitter

液位是石油化工生產(chǎn)過程中重點(diǎn)監(jiān)控的四大過程參數(shù)之一。工藝設(shè)備內(nèi)物料液位的測量是否真實(shí)準(zhǔn)確，往往直接影響工藝生產(chǎn)，甚至關(guān)系到安全生產(chǎn)問題。氧化反應(yīng)器是DCP（過氧化二異丙苯）裝置中最主要的反應(yīng)設(shè)備。因此，設(shè)計(jì)中根據(jù)生產(chǎn)工藝的特點(diǎn)，選擇恰當(dāng)?shù)囊何粶y量方法對氧化反應(yīng)器的液位進(jìn)行準(zhǔn)確測量，對DCP裝置的生產(chǎn)顯得尤為重要。

1 問題提出

位于浙江的某化工企業(yè)新建50 000 t/年DCP裝置。其氧化工段為連續(xù)生產(chǎn)工藝，此工段內(nèi)有四套大型氧化反應(yīng)器，這四套氧化反應(yīng)器相互串聯(lián)。氧化反應(yīng)器外形尺寸：直徑：Ф2 800 mm，總高：26 320 mm。液位測量取壓口間距：h2-h1=21 700 mm。氧化反應(yīng)器操作壓力：0.15～0.2 MPa（G）。如采用傳統(tǒng)差壓液位測量方法，其管路安裝圖如圖1所示。

圖1中：ρ1為氧化反應(yīng)器內(nèi)物料密度；ρ2為隔離液密度；H為氧化反應(yīng)器內(nèi)物料液位；h2-h1為液位測量取壓口間距。

根據(jù)差壓液位測量原理可得知，差壓液位變送器正負(fù)室的壓差ΔP應(yīng)滿足公式[1]：

ΔP=ρ1gH+ρ2gh1-ρ2gh2，ΔP=ρ1gH-（h2-h1）ρ2g （1）

由（1）式我們可清楚的發(fā)現(xiàn)，當(dāng)ρ2不變時(shí)，對差壓液位變送器做負(fù)遷移后[3]，差壓液位變送器檢測的壓差ΔP將與氧化反應(yīng)器內(nèi)物料液位H成線性關(guān)系。對變送器做負(fù)遷移問題這里不再贅述。

由（1）式得：H=[ΔP+（h2-h1）ρ2g]/ρ1g （2）

由于該裝置為戶外裝置，故隔離液的溫度將難免受環(huán)境溫度或伴熱溫度的影響。當(dāng)隔離液溫度發(fā)生變化后，即ρ2變化后，而變送器參數(shù)保持不變時(shí)，則由（1）式可知ΔP必然將發(fā)生變化，那么，氧化反應(yīng)器液位指示值H也必然發(fā)生相應(yīng)變化。液位測量由此產(chǎn)生誤差。

現(xiàn)在我們假設(shè)在環(huán)境溫度為25 ℃時(shí)將差壓液位變送器校準(zhǔn)好，氧化反應(yīng)器內(nèi)物料液位保持在H=7 m處，隔離液為水。物料密度ρ1=0.91 g/mL，25 ℃時(shí)ρ2=0.997 g/mL。那么，由（2）式得：H=[ΔP+（h2-h1）ρ2（25）g]/ρ1g （3）

式中ρ2（25）為25 ℃時(shí)隔離液密度。此時(shí)H為實(shí)際液位值。當(dāng)隔離液溫度升至35 ℃時(shí)，液位變送器參數(shù)不變，但ΔP將變?yōu)棣（35），ΔP（35）=ρ1gH-（h2-h1）ρ2（35）g （4）

由此導(dǎo)出：H（35）=[ΔP（35）+（h2-h1）ρ2（25）g]/ ρ1g=[ρ1gH-（h2-h1）ρ2（35）g+（h2-h1）ρ2（25）g]/ρ1g= H-（ρ2（35）-ρ2（25））×（h2-h1）/ρ1 （5）

由（5）式得知：當(dāng)隔離液溫度升至35 ℃時(shí)，液位指示值H（35）比實(shí)際液位H增加了（ρ2（25）-ρ2（35））×（h2-h1）/ρ1。代入數(shù)值后，得知：當(dāng)隔離液溫度由25℃升至35℃后，液位測量誤差為：ΔH（25）=（ρ2（25）-ρ2（35））×（h2-h1）/ρ1≈71.5 mm。此時(shí)測量值的相對誤差為：ΔH（25）/H=71.5/7 000=0.010 2≈1%。氧化反應(yīng)器內(nèi)物料體積偏差：ΔV=π（D/2）2×ΔH（25）≈0.44 m3。由此可見，采用傳統(tǒng)差壓液位測量方法時(shí)，當(dāng)隔離液溫度變化時(shí)，其液位測量誤差還是較大的。

由于該項(xiàng)目氧化反應(yīng)器的液位測量取壓口間距太大，h2-h1=21 700 mm，雙法蘭帶毛細(xì)管差壓液位變送器也無法適用。

2 解決方案

為解決氧化反應(yīng)器的液位測量問題，通過多方比較，我們最終采用了Rosemount 3051S/ERS電子遠(yuǎn)傳液位變送器系列。該系列變送器由2個(gè)3051S壓力傳感器構(gòu)成。高壓側(cè)為主傳感器，低壓側(cè)為副傳感器。主、副傳感器間采用CAN通訊協(xié)議通訊。通訊纜采用雙絞屏蔽線即可，無需專用電纜。主傳感器配有一專用計(jì)算模塊，主傳感器接收高壓側(cè)壓力信號，并與副傳感器傳遞過來的信號進(jìn)行差壓計(jì)算，然后將差壓轉(zhuǎn)換成4～20 mA模擬信號輸出至控制系統(tǒng)進(jìn)行監(jiān)控。其安裝方式見圖2。

3 Rosemount 3051S/ERS電子遠(yuǎn)傳液位變送器方案的優(yōu)點(diǎn)

（1）安裝、維護(hù)方便。

此方案省去了傳統(tǒng)差壓液位測量方法中的引壓管、隔離液等。減少了安裝、維護(hù)的工作量，減少了安裝材料費(fèi)用。同時(shí)也避免了隔離液保溫、伴熱、泄漏等問題。

（2）響應(yīng)快、精度高、穩(wěn)定性好。

Rosemount 3051S/ERS的響應(yīng)時(shí)間為0.5 s。根據(jù)Rosemount公司提供的數(shù)據(jù)，雙法蘭帶毛細(xì)管差壓液位變送器，當(dāng)毛細(xì)管長度為10英尺時(shí)，其響應(yīng)時(shí)間為2.5 s。3051S/ERS電子遠(yuǎn)傳液位變送器測量精度高且不受環(huán)境溫度發(fā)生變化的影響。

（3）建立真正的零基準(zhǔn)差壓測量。

（4）減少了備品備件。

（5）Rosemount 3051S/ERS電子遠(yuǎn)傳液位變送器功能強(qiáng)。

3051S/ERS除了提供液位計(jì)算外，還可以提供每個(gè)壓力傳感器的測量值及物料體積測量值等。

4 結(jié)語

電子遠(yuǎn)傳液位變送器很好地解決了大型氧化器的液位測量問題。在石油化工設(shè)計(jì)中，常常會碰到大型容器、塔器的液位測量問題。尤其在環(huán)境惡劣地區(qū)，電子遠(yuǎn)傳液位變送器是一種較好的液位檢測手段。另外，由于其安裝方便，就設(shè)備改造項(xiàng)目而言，該方案也值得借鑒。

參考文獻(xiàn)

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