淺談儀表對(duì)汽包液位的測(cè)量及應(yīng)用

商曉嵩

(中海瀝青股份有限公司，山東 濱州 256600)

隨著現(xiàn)代自動(dòng)化控制要求的不斷提高，過(guò)程操作中溫度、壓力、液位、流量等基本參數(shù)的準(zhǔn)確和穩(wěn)定就顯得尤為重要。其中，液位就是一個(gè)非常重要的工藝控制參數(shù)。在我們公司，對(duì)于液位的要求更是嚴(yán)格。主要是應(yīng)用到了液位開(kāi)關(guān)、伺服液位計(jì)、雷達(dá)液位計(jì)，玻璃板液位計(jì)、磁翻板液位計(jì)，磁致伸縮液位計(jì)、超聲波液位計(jì)，外浮筒液位計(jì)、浮球液位計(jì)、雙法蘭差壓液位計(jì)、雙室平衡容器；在焦化裝置的焦炭塔上應(yīng)用到了先進(jìn)的中子料位計(jì)等。這些儀表的應(yīng)用為工藝控制提供了可靠的參數(shù)，使工藝操作更加簡(jiǎn)單，提高了產(chǎn)品的合格率和質(zhì)量，同時(shí)進(jìn)一步保證了裝置的安全生產(chǎn)。在裝置的汽包液位測(cè)量上，我單位應(yīng)用了雙室平衡容器和雙法蘭差壓液位計(jì)。

1 雙室平衡容器的應(yīng)用

1.1 對(duì) 汽包液位測(cè)量的重要性

在裝置中，汽包的液位是安全生產(chǎn)的重要參數(shù)，主要是負(fù)責(zé)給裝置提高蒸汽能源。而蒸汽的質(zhì)量又關(guān)乎設(shè)備是否能夠正產(chǎn)運(yùn)轉(zhuǎn)，生產(chǎn)能否穩(wěn)定運(yùn)行。在以前自動(dòng)化程度不高時(shí)，汽包的液位測(cè)量還只是處在就地觀察的程度，主要是使用玻璃液位計(jì)進(jìn)行測(cè)量，液位只能就地觀察，水位的變化需要有人不時(shí)的觀測(cè)，掌握水位的實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)，手動(dòng)控制水位的變化，液位的信號(hào)不能傳輸，這就給操作工帶來(lái)了極大的工作量和危險(xiǎn)性。隨著自動(dòng)化程度的提高，水位的測(cè)量應(yīng)用了雙室平衡容器，采用引壓管測(cè)量法，使平衡容器引壓管與汽包的溫度差基本一致，克服了溫差對(duì)飽和水的密度的影響，大大減少了測(cè)量的誤差。通過(guò)平衡容器的引壓管將差壓傳遞給差壓變送器，經(jīng)差壓變送器轉(zhuǎn)換成電信號(hào)在檢測(cè)屏幕上實(shí)時(shí)顯示水位的變化，使水位的控制有人工操作變成自動(dòng)控制，由液位控制進(jìn)水閥及時(shí)的調(diào)整水位的變化。

1.2 雙室平衡容器的原理和構(gòu)造

圖1 雙室平衡容器的主要結(jié)構(gòu)

雙室平衡容器，顧名思義，主要是與汽包通過(guò)圓管相連接的密閉容器，所以叫平衡容器；平衡容器的測(cè)量原理是根據(jù)差壓的方式設(shè)計(jì)，在容器的底部和筒壁都有引壓管引出，分別與汽包和差壓變送器相連。它的主要結(jié)構(gòu)如圖1所示。在容器的上部圓管進(jìn)入容器口處，有一個(gè)圓環(huán)形漏斗，漏斗的下方圓盤(pán)即基準(zhǔn)杯，漏斗將整個(gè)雙室平衡容器分隔成上下兩個(gè)部分，故稱為雙室平衡容器。雙室平衡容器的液位測(cè)量系統(tǒng)主要有平衡容器、引壓管、取源閥門(mén)、三閥組和差壓變送器以及DCS組成。平衡容器由凝汽室、基準(zhǔn)杯、溢流室和連通器組成。

凝汽室是位于平衡容器上部，與汽包上部相 連接，主要是接受飽和水產(chǎn)生的蒸汽，在這里，蒸汽 會(huì)遇到漏斗釋放點(diǎn)汽化熱，形成飽和凝結(jié)水，積聚 在基準(zhǔn)杯里 ，而基準(zhǔn)杯內(nèi)凝結(jié)水產(chǎn)生的壓力通過(guò)導(dǎo)壓管傳遞給差壓變送器的負(fù)壓側(cè)。當(dāng)基準(zhǔn)杯內(nèi)充滿后會(huì)溢出流向溢流室。溢流室連接汽包的下降管，溢流室的凝結(jié)水就會(huì)進(jìn)入下降管內(nèi)流出，不會(huì)使得溢流室內(nèi)滿水。在蒸汽形成凝結(jié)水時(shí)，溫度不會(huì)相差較大，使得基準(zhǔn)杯到溢流室的溫度保持一致，也就和汽包的溫度能夠達(dá)到一致。倒T字形連通器，其水平部分一端接入汽包，另一端接入變送器的正壓側(cè)。毋庸置疑，它的主要作用是將汽包中動(dòng)態(tài)的水位產(chǎn)生的壓力傳遞給變送器的正壓側(cè)，與負(fù)壓側(cè)的壓力比較由電流信號(hào)換算成汽包中的水位。正是由于這種結(jié)構(gòu)的引壓方式，正壓側(cè)和負(fù)壓側(cè)同時(shí)保證了容器內(nèi)的溫度和汽包基本相近，容器內(nèi)的飽和水的密度也就十分的接近汽包內(nèi)的飽和水，使汽包水位測(cè)量大大減小了誤差，符合生產(chǎn)工藝的操作要求。

1.3 液位的差壓量程計(jì)算

實(shí)際汽包液位的計(jì)算主要是針對(duì)平衡容器內(nèi)正負(fù)壓差壓的計(jì)算。首先，要確定汽包的正壓側(cè)是在連通器的水平引壓的位置，連通器水平引出端接差壓變送器的正壓室。其次，確定汽包的負(fù)壓側(cè)是在基準(zhǔn)杯下端引出的引壓管接差壓變送器的負(fù)壓側(cè)，如圖1中所示。正負(fù)壓側(cè)一般先連接到儀表的專(zhuān)用三閥組上，便于以后的調(diào)試和維護(hù)。然后確定汽包的零液位、滿液位以及量程。汽包的零液位就是連通器的最低液位，滿液位就是連通器的最高液位。計(jì)算液位實(shí)際上就是計(jì)算正負(fù)壓室的差壓，而差壓值的絕對(duì)值最小時(shí)就是滿液位，差壓值的絕對(duì)值最大時(shí)就是汽包的零液位。差壓的絕對(duì)值最大值就是液位的量程范圍。結(jié)合實(shí)際的工作經(jīng)驗(yàn)，在這里把密度采用汽包投用時(shí)溫度和壓力穩(wěn)定后的當(dāng)時(shí)飽和水的數(shù)值。液位的差壓量程就是零液位到滿液位之間的水柱高度產(chǎn)生的壓力，根據(jù)平衡容器上零水位和滿水位對(duì)應(yīng)的位置高度差，就可以輕易的計(jì)算出液位的差壓量程。

1.4 調(diào)試方法及步驟

平衡容器在投用之前，應(yīng)先進(jìn)行調(diào)試，確定量程范圍及零點(diǎn)。

(1)首先開(kāi)啟汽包與容器相連接的排污閥，打開(kāi)平衡容器與汽包連接的汽相、水相閥門(mén)，對(duì)容器所有連接的管路進(jìn)行沖洗，防止管路堵塞，造成測(cè)量誤差。

(2)確定平衡容器的零液位和滿液位在容器器壁的實(shí)際位置，量出兩個(gè)位置的垂直高度差。采用高溫高壓時(shí)工藝條件穩(wěn)定后的飽和水的密度，算出液位的差壓量程范圍。

(3)打開(kāi)差壓變送器上的兩個(gè)排污閥，其次打開(kāi)三閥組上的平衡閥，向平衡容器內(nèi)注水，再慢慢打開(kāi)兩個(gè)正負(fù)壓室閥，目的是將導(dǎo)壓管內(nèi)的污物和空氣排除掉。

(4)檢測(cè)差壓變送器與控制室相連接的信號(hào)線纜，確認(rèn)無(wú)誤后準(zhǔn)備送電。

(5)在確保正負(fù)壓室充滿冷凝水的前提下，關(guān)閉平衡閥，打開(kāi)正負(fù)壓閥門(mén)，同時(shí)打開(kāi)平衡容器與汽包相連接的汽相和液相閥門(mén)。此時(shí)，正壓室與連接平衡容器的豎直導(dǎo)壓管內(nèi)已注滿水，負(fù)壓室到平衡容器的基準(zhǔn)杯上沿處已注滿水，也就是液位滿量程，變送器輸出值對(duì)應(yīng)20mA。我們可以通過(guò)用編程器連接變送器來(lái)查看此時(shí)的差壓值，通過(guò)編程器在變送器上再輸入零液位的差壓值，即將零點(diǎn)做100%量程負(fù)遷移，即零點(diǎn)是一負(fù)值，對(duì)應(yīng)變送器的輸出4mA電流信號(hào)。

對(duì)于平衡容器的調(diào)試主要是考慮正負(fù)壓室必須要充滿水，對(duì)變送器進(jìn)行量程的計(jì)算和零點(diǎn)的負(fù)遷移。在實(shí)際的生產(chǎn)中，要注意觀察液位的變化，如果誤差過(guò)大，要及時(shí)的對(duì)差壓的零點(diǎn)進(jìn)行校正。

2 雙法蘭液位計(jì)的應(yīng)用

2.1 雙法蘭液位計(jì)的原理和構(gòu)造

雙法蘭液位計(jì)又名雙法蘭差壓變送器，可以應(yīng)用到差壓測(cè)量，流量測(cè)量和液位測(cè)量。它是由差壓變送器、毛細(xì)管和帶密封隔膜的法蘭組件構(gòu)成，在毛細(xì)管內(nèi)充滿了硅油。密封隔膜直接與工藝介質(zhì)接觸，作用在隔膜上的壓力通過(guò)與之相連的毛細(xì)管內(nèi)的硅油傳到差壓變送器的正負(fù)壓膜盒上，由變送器處理后轉(zhuǎn)換成標(biāo)準(zhǔn)的電流信號(hào)4～20 mADC，對(duì)應(yīng)液位的變化。

2.2 雙法蘭液位變送器的特點(diǎn)

由雙法蘭液位計(jì)的構(gòu)造可以看出，法蘭通過(guò)毛細(xì)管連接變送器，毛細(xì)管內(nèi)被灌滿硅油。毛細(xì)管相當(dāng)于導(dǎo)壓管，而且變送器上不再安裝三閥組，無(wú)需考慮導(dǎo)壓管的堵塞，使得安裝位置更加靈活，尤其是不再像有引壓管那樣需要加注隔離液，調(diào)試更加簡(jiǎn)單；而毛細(xì)管內(nèi)被封存的硅油的密度受環(huán)境和介質(zhì)溫度變化的影響很小，測(cè)量液位時(shí)也無(wú)需再考慮溫度對(duì)密度的影響，提高了液位測(cè)量的準(zhǔn)確性，也減少了儀表的維護(hù)工作。但在雙室平衡容器測(cè)量液位時(shí)，要考慮到飽和水在相應(yīng)溫度和壓力下的密度的變化。硅油是被密封隔膜封存在毛細(xì)管內(nèi)，這就避免了高溫、腐蝕性等介質(zhì)與變送器的膜盒直接接觸，大大減少了泄露點(diǎn)，同時(shí)也提高了測(cè)量精度，可以測(cè)量具有腐蝕性、含結(jié)晶顆粒、粘度大、易凝固的液體的液位。因此，對(duì)密閉容器的液位測(cè)量，雙法蘭液位計(jì)有著廣泛的應(yīng)用。但是，也存著一些缺點(diǎn)，如儀表的密封隔膜易損壞，不能直接接觸高溫介質(zhì)，容易變形等。

2.3 液位差壓零點(diǎn)和量程的計(jì)算

相對(duì)于平衡容器，雙法蘭液位計(jì)的量程和零點(diǎn)就比較簡(jiǎn)單，由于它的結(jié)構(gòu)的不同，安裝和調(diào)試也隨之簡(jiǎn)化。首先在設(shè)計(jì)的圖紙中，找出汽包安裝液位計(jì)的上法蘭和下法蘭水平中心線之間的垂直高度，用硅油的密度算出這段高度產(chǎn)生的壓力。把這個(gè)壓力作為零點(diǎn)值進(jìn)行100%負(fù)遷移，得一負(fù)值就是零液位的差壓值。而液位的量程值就是用汽包投用時(shí)工藝穩(wěn)定后對(duì)應(yīng)的飽和水的密度與硅油的密度做減法，算出前面同樣高度產(chǎn)生的壓力，即飽和水和硅油此時(shí)產(chǎn)生的壓差作為量程。這樣，就確定了雙法蘭液位計(jì)的液位零點(diǎn)和滿程。

3 總結(jié)

在實(shí)際的生產(chǎn)中，汽包液位的測(cè)量，雙室平衡容器和雙法蘭液位計(jì)得到了廣泛的應(yīng)用。雙室平衡容器在機(jī)構(gòu)上相對(duì)復(fù)雜一些，需要了解其內(nèi)部的結(jié)構(gòu)才能應(yīng)用到現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行調(diào)試和安裝。而對(duì)于雙法蘭液位計(jì)，我公司有了多年的使用經(jīng)驗(yàn)，在汽包液位測(cè)量上使用了雙法蘭液位計(jì)，采用高溫高壓的膜片選型要求，實(shí)踐證明，能夠?qū)ζ何坏臏y(cè)量到達(dá)工藝的指標(biāo)要求，同時(shí)減少了對(duì)儀表的維護(hù)工作，提高了工作效率，保證了裝置的穩(wěn)定運(yùn)行。