外測液位計(jì)在液氨球罐上的應(yīng)用

祝茂忠

(青海五彩堿業(yè)有限公司，青海 海西 816200)

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外測液位計(jì)在液氨球罐上的應(yīng)用

祝茂忠

(青海五彩堿業(yè)有限公司，青海 海西 816200)

針對液氨具有可急劇蒸發(fā)的特性，存在液位測量比較困難的問題，分別介紹了幾種液位計(jì)，如鋼帶液位計(jì)、后壓差液位計(jì)、磁翻板液位計(jì)、伺服液位計(jì)在使用過程中的缺陷，且上述液位計(jì)安裝與維護(hù)時(shí)，均需清罐、開孔、動(dòng)火，增加了泄漏點(diǎn)，帶來了一定的安全隱患。在液氨球罐上選用外測液位計(jì)，該液位計(jì)安裝簡單，非接觸式測量液位，能自動(dòng)校準(zhǔn)、微振動(dòng)分析，解決了液氨球罐液位測量的難題。

液氨 球罐 精確液位 外測液位計(jì) 微振動(dòng)分析

青海五彩堿業(yè)有限公司是一家純堿生產(chǎn)能力為1.10Mt/a的化工企業(yè)，公司主要生產(chǎn)工業(yè)用重質(zhì)純堿。重質(zhì)純堿素有“化工之母”的稱號，在國民經(jīng)濟(jì)發(fā)展中起著非常重要的作用，其產(chǎn)量和消費(fèi)量通常被作為衡量一個(gè)國家工業(yè)發(fā)展水平的標(biāo)志之一。

1 概 述

在純堿生產(chǎn)過程中，氨作為主要原料，液氨的存儲(chǔ)設(shè)備——液氨球罐成為制堿企業(yè)內(nèi)的重要設(shè)備。常態(tài)下，氨氣為無色氣體，有刺激性惡臭，容易被液化，在升溫或降低壓力時(shí)，液氨可急劇蒸發(fā)并吸收大量的熱。氨水有一定的腐蝕作用，碳化氨水的腐蝕性更加嚴(yán)重，容易造成管道、閥門等設(shè)備的損壞，導(dǎo)致氨泄漏。氨能灼傷皮膚、眼睛、呼吸器官的粘膜，人吸入過多，會(huì)引起肺腫脹，乃至死亡。氨氣爆炸極限為16%～25%，最易引燃體積分?jǐn)?shù)值為17%。

根據(jù)國務(wù)院安全生產(chǎn)委員會(huì)《關(guān)于深入開展涉氨制冷企業(yè)液氨使用專項(xiàng)治理的通知》(安委[2013]6號)、國家安全監(jiān)管總局《關(guān)于公布首批重點(diǎn)監(jiān)管的危險(xiǎn)化學(xué)品名錄的通知》(安監(jiān)總管三[2011]95號)、《關(guān)于公布重點(diǎn)監(jiān)管的危險(xiǎn)化工工藝目錄的通知》(安監(jiān)總管三[2009]116號)的要求，對使用重點(diǎn)監(jiān)管的危險(xiǎn)化學(xué)品數(shù)量構(gòu)成重大危險(xiǎn)源的企業(yè)的生產(chǎn)儲(chǔ)存裝置，應(yīng)裝備自動(dòng)化控制系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)對氨氣濃度、溫度、壓力、液位等重要參數(shù)的實(shí)時(shí)監(jiān)測。

液氨作為國家指定的重大危險(xiǎn)源之一，液氨液位的實(shí)時(shí)監(jiān)測對于化工企業(yè)的安全生產(chǎn)非常重要。液氨的存儲(chǔ)需帶壓和低溫，因而液氨球罐的液位測量長期以來困擾著制堿企業(yè)，常規(guī)的液位計(jì)使用效果均不夠理想。最初安裝的鋼帶液位計(jì)，由于罐內(nèi)液氨的強(qiáng)腐蝕性，使用不長時(shí)間就會(huì)出現(xiàn)浮子和鋼帶卡死、斷裂損壞導(dǎo)致不能使用，維護(hù)又需停產(chǎn)、清罐，非常不便，現(xiàn)在已經(jīng)停用。后來該公司又選用了差壓變送器進(jìn)行輔助測量，利用上、下壓力差的變化測量液位，由于容器下部的壓力計(jì)無法在罐體取壓，只能裝在罐底排污管或介質(zhì)排出口上，易造成堵塞或產(chǎn)生負(fù)壓，達(dá)不到精確測量液位的目的。之后，又試用了帶遠(yuǎn)傳的磁翻板液位計(jì)和伺服液位計(jì)，使用效果也不理想。

液氨球罐帶壓低溫，屬于比較特殊的容器，不便在罐體上開孔和動(dòng)火，其他投入式液位測量儀表安裝和使用也不方便，使得液氨球罐的液位測量問題一直無法徹底解決，不能達(dá)到令人滿意的效果。2014年該公司決定試用西安定華ELL-FI外測液位計(jì)，該外測液位計(jì)可以實(shí)現(xiàn)完全非接觸測量，液位測量頭安裝在容器外就能監(jiān)測罐內(nèi)液體的液位高度，不受罐內(nèi)壓力、溫度以及介質(zhì)密度的影響。

2 應(yīng)用狀況

2014年，該公司在3個(gè)直徑9.2m，容積407m3的液氨球罐上安裝了3臺(tái)ELL-FI外測液位計(jì)，使用至今，儀表液位跟蹤準(zhǔn)確，運(yùn)行可靠。該外測液位計(jì)實(shí)現(xiàn)了隔離測量，在罐外就能對罐內(nèi)液氨液位進(jìn)行監(jiān)測，而且安裝方便安全、調(diào)試簡單，無需開罐、清罐，不在罐上開孔，不動(dòng)火，不停車不影響正常生產(chǎn)，得到了現(xiàn)場運(yùn)行人員以及儀表維護(hù)人員的一致認(rèn)可。

3 幾種液位計(jì)的工作原理

3.1 外測液位計(jì)

ELL-FI外測液位計(jì)為智能化的現(xiàn)場儀表，液位測量頭吸附于儲(chǔ)罐底部，儀表隔爆主機(jī)安裝在被測容器附近，以4～20mA信號，HART協(xié)議、Modbus現(xiàn)場總線、工業(yè)以太網(wǎng)方式進(jìn)行遠(yuǎn)傳輸出。

3.1.1 外測液位計(jì)測量原理

外測液位計(jì)是利用聲納測距原理和“微振動(dòng)分析”技術(shù)從容器外測量液位的儀表，無需在罐壁上開孔，不用法蘭，不接觸罐內(nèi)的液體和氣體，實(shí)現(xiàn)了在線安裝、在線維護(hù)。

1) 聲納測距原理。該原理是ELL外測液位計(jì)的基礎(chǔ)，由吸附于儲(chǔ)罐底部的液位測量頭發(fā)射聲波，穿透罐壁并在罐內(nèi)液體介質(zhì)內(nèi)傳播，到達(dá)液面反射形成回波，回波信號到達(dá)罐底，穿透罐壁，再由液位測量頭接收返回的聲波信號，傳回主機(jī)。

2) “微振動(dòng)分析”技術(shù)。該技術(shù)是西安定華的核心專利技術(shù)，是ELL外測液位計(jì)準(zhǔn)確測量、可靠運(yùn)行的保證。由于存在不同工況的差別，例如：不同的罐型、不同的罐內(nèi)沉積程度、不同的介質(zhì)特性等，會(huì)造成吸附于罐壁外的液位測量頭接收到的回波信號不僅有液面信號，還有一些其他干擾信號，例如盲區(qū)信號、遮擋物信號等。擁有“微振動(dòng)分析”技術(shù)的ELL外測液位計(jì)會(huì)自動(dòng)判斷正確的液位信號，并始終跟蹤該信號顯示準(zhǔn)確的液位。

3) 自動(dòng)校準(zhǔn)功能：

a) 自動(dòng)校準(zhǔn)原理。當(dāng)同一種液體的液體成分、密度變化較大時(shí)，液體內(nèi)聲波的傳播速度也會(huì)隨之產(chǎn)生變化，由此可能帶來測量誤差。為了確保儀表的測量精度，可在容器內(nèi)加裝校準(zhǔn)器，用校準(zhǔn)測量頭1測量校準(zhǔn)器內(nèi)液柱的標(biāo)準(zhǔn)長度，標(biāo)準(zhǔn)長度是1m，如圖1所示。由于校準(zhǔn)測量頭和液位測量頭的工作方式相同，可通過速度=距離/時(shí)間，得到聲波在校準(zhǔn)器內(nèi)液體里的傳播速度。

圖1 外測液位計(jì)在球罐內(nèi)安裝校準(zhǔn)器的示意

b) 由于校準(zhǔn)器內(nèi)液體與容器內(nèi)液體連通，因而校準(zhǔn)器內(nèi)液體溫度、成分和容器內(nèi)液體一致，聲波在其中的傳播速度也相同，所以可以得到當(dāng)前環(huán)境下聲波在容器內(nèi)介質(zhì)中的準(zhǔn)確傳播速度。液位計(jì)會(huì)自動(dòng)選用修正后的聲波傳播速度進(jìn)行計(jì)算。校準(zhǔn)器內(nèi)液柱長度是標(biāo)準(zhǔn)的1m，校準(zhǔn)器此時(shí)就相當(dāng)于一把標(biāo)尺，校準(zhǔn)測量頭1不斷把通過標(biāo)尺得到的結(jié)果送至CPU，CPU會(huì)根據(jù)該結(jié)果計(jì)算出液面的準(zhǔn)確高度，這樣得出的液面高度就不會(huì)受到液體溫度和成分變化的影響。

c) 如果容器內(nèi)無條件加裝校準(zhǔn)器，可將校準(zhǔn)測量頭2裝在球罐赤道位置，將容器已知的確切直徑作為標(biāo)尺來實(shí)現(xiàn)自動(dòng)校準(zhǔn)。

3.1.2 技術(shù)優(yōu)勢

聲納是一種液體中的測距技術(shù)，在100多年前就得到應(yīng)用，發(fā)展至今“聲納測距”可靠性很高。ELL外測液位計(jì)可在不同波強(qiáng)、波長及波頻的聲波系列中，找到穿透能力最強(qiáng)、抗干擾能力最好的聲波，目前該液位計(jì)已廣泛應(yīng)用于石油、化工企業(yè)，解決了很多企業(yè)的“危化品”液位測量。

3.2 差壓液位計(jì)

差壓液位計(jì)是通過測量高、低壓力差，計(jì)算出測量容器中的液位壓力來進(jìn)行液位的測量，再由轉(zhuǎn)換部件轉(zhuǎn)換成電流信號傳送到控制室的控制系統(tǒng)。差壓式液位計(jì)主要用于密閉、有壓容器的液位測量。液位高度隨上、下差力壓的變化而變化。

3.3 鋼帶液位計(jì)

鋼帶液位計(jì)是利用浮力原理，將1個(gè)浮球或浮盤放入被測罐中，浮球或浮盤浮于液體表面，隨液面的上、下移動(dòng)而移動(dòng)，同時(shí)帶動(dòng)連接其上的鋼帶，鋼帶發(fā)生位移，計(jì)數(shù)器通過記錄鋼帶上的刻度變化來顯示液位。變送器則通過鋼帶上不同液位對應(yīng)的不同孔、洞組合判斷液位高度，并進(jìn)行遠(yuǎn)傳輸出。

3.4 磁翻板液位計(jì)

磁翻板液位計(jì)是利用連通器原理，由主體管、浮球、翻柱顯示器和電氣部分組成。主體管是容納浮球的腔體，通過法蘭或其他接口與容器組成1個(gè)連通器，所以腔體內(nèi)的浮球會(huì)隨著容器內(nèi)液面的升降而升降；在腔體的外面裝了1個(gè)翻柱顯示器，由一排鐵鉻鈷永磁片組成，一面白色，一面紅色；浮球沉入液體與浮出部分的交界處安裝了永磁磁鋼，它與浮球隨液面升降時(shí)，其磁性透過外殼傳遞給翻柱顯示器的磁片，推動(dòng)磁片翻轉(zhuǎn)180°，兩色交界處即液面的高度。

3.5 伺服液位計(jì)

伺服液位計(jì)利用阿基米德原理，采用高精度力傳感器、高精度伺服電機(jī)系統(tǒng)和測量磁鼓，通過測量浮子所受浮力的增減所引起的鋼絲拉力的變化，由控制器發(fā)出指令，伺服電機(jī)以一定的步幅帶動(dòng)測量磁鼓轉(zhuǎn)動(dòng)，并帶動(dòng)浮子不斷地跟蹤液位的變化，同時(shí)計(jì)數(shù)器記錄了伺服電機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)步數(shù)，并自動(dòng)地計(jì)算出測量浮子的位移量，即液位的變化量。

4 安裝要求

根據(jù)液位計(jì)的不同特點(diǎn)，安裝方式也各不相同。

1) 外測液位計(jì)。由于安裝在罐體外部，不需要破壞罐體結(jié)構(gòu)，儀表使用很安全，既無需在罐上開孔，也不需要現(xiàn)場動(dòng)火，只需用測量頭的強(qiáng)力磁環(huán)吸附在罐體上。儀表主機(jī)只需要固定在現(xiàn)場的立管上即可，安裝、拆卸方便，儀表達(dá)到ExdⅡBT6、CT6級防爆，WF1級防腐，IP65～I(xiàn)P67級防水，完全可以適用于液氨球罐的現(xiàn)場工況。

2) 差壓液位計(jì)。提前預(yù)留法蘭孔，安裝需要引壓管連接，有一定安全風(fēng)險(xiǎn)。精度較低，需頻繁對壓力表進(jìn)行標(biāo)定。

3) 鋼帶液位計(jì)。開孔安裝，一般用于常壓容器，安裝要求高，需要專業(yè)人員現(xiàn)場安裝調(diào)試。

4) 磁翻板液位計(jì)。需開法蘭孔安裝，量程一般大于3m，需要多個(gè)磁翻板顯示器連接，需多開法蘭孔，增加泄漏隱患。

5) 伺服液位計(jì)。提前預(yù)留法蘭孔，安裝前需要在罐內(nèi)裝導(dǎo)管，每年需要重新標(biāo)定一次零點(diǎn)。

5 結(jié)束語

目前，該公司使用ELL外測液位計(jì)近3a。由于國家規(guī)范的要求，“?；贰眱?chǔ)罐上需同時(shí)安裝兩種或兩種以上不同原理的液位計(jì)，因而該公司液氨球罐上還裝了雷達(dá)液位計(jì)。根據(jù)運(yùn)行效果比對，ELL外測液位計(jì)運(yùn)行更穩(wěn)定，測量更精確，維護(hù)量更小，對液氨球罐區(qū)的穩(wěn)定、安全運(yùn)行起到了積極的作用。

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祝茂忠，現(xiàn)就職于青海五彩堿業(yè)有限公司，從事氨堿法純堿生產(chǎn)技術(shù)及管理工作20余年，任工程師。

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1007-7324(2016)05-0075-03

稿件收到日期：2016-06-26，修改稿收到日期：2016-08-06。