新式蒸發(fā)罐物料液位控制方案在糖廠的應(yīng)用

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（江聯(lián)國際工程有限公司，北京100025）

1 前言

在制糖企業(yè)中，蒸發(fā)工序是制煉的中心，在這里既可以通過蒸發(fā)產(chǎn)生的汁汽為煮糖和加熱器提供大部分的加熱源，又可以為煮糖提供合格濃度的糖漿，起著承上啟下的重要作用。蒸發(fā)的控制，歷來講究的是“五定一低”操作。“五定”操作方法即第一，各效壓力即真空度穩(wěn)定；第二，第Ⅰ效加熱蒸汽壓力的穩(wěn)定；第三，保持各效液面穩(wěn)定；第四，各種閥門的開啟程度穩(wěn)定；第五，抽取汁汽穩(wěn)定?！耙坏汀本褪且３值鸵好娌僮鳎鸵好娌僮魇窃诘鸵好嫦逻M(jìn)行的一種蒸發(fā)過程，即保持各效糖汁在沸騰時的液面剛好蓋過汽鼓的上管板加熱面，低液面蒸發(fā)能減少靜壓的溫度損失，增加傳熱的有效溫差，加強(qiáng)糖汁的循環(huán)，提高傳熱效能。在“五定一低”操作中，涉及到液位控制的就包括了“一低”和“五定”中的第三和第四點，說明蒸發(fā)液位控制在蒸發(fā)操作中的重要地位，液位控制不穩(wěn)定，會造成蒸發(fā)不正常，繼而引起各級糖汁加熱溫度的波動和糖漿錘度不穩(wěn)定，引起各級工藝控制的紊亂，嚴(yán)重的會造成工藝及質(zhì)量事故。

國內(nèi)大多數(shù)的甘蔗制糖企業(yè)建廠時間比較早，即使是經(jīng)歷過改擴(kuò)建的甘蔗制糖企業(yè)，其蒸發(fā)罐物料液位的控制大多是采用人工控制或者帶儀表控制的自動調(diào)節(jié)閥進(jìn)行控制。最近幾年國內(nèi)外新建的制糖企業(yè)中，使用了一種新式液位控制方法，即是正常蒸發(fā)過程不需要人工進(jìn)行調(diào)節(jié)的，適用于非降膜式列管蒸發(fā)罐液位控制的方法，這種控制方法依靠液位控制箱的圓筒箱式設(shè)備并配套相應(yīng)的U型液封管進(jìn)行控制。

2 傳統(tǒng)的液位控制方案

2.1 人工控制

大多數(shù)的制糖企業(yè)中，蒸發(fā)罐物料液位的控制，還是依靠人工調(diào)節(jié)各效蒸發(fā)罐的入汁閥和出汁閥，從而保證多效蒸發(fā)罐保持在最佳的液位，如圖1所示。采用這種方法時，各種閥門的開啟程度不宜經(jīng)常變動，在正常情況下，不能大開大關(guān)，對操作工的操作經(jīng)驗要求比較高，即使在各方面比較穩(wěn)定的情況下，也會出現(xiàn)液位忽高忽低的現(xiàn)象，需要及時觀察各罐的液位并做出相應(yīng)的調(diào)節(jié)。

2.2 儀表控制

還有一種控制方法是采用自動儀表來控制閥門開關(guān)。這種方法是在傳統(tǒng)方法的基礎(chǔ)上，把蒸發(fā)罐的出入汁閥更換成自動調(diào)節(jié)閥，通過在蒸發(fā)罐適當(dāng)位置上安裝液位監(jiān)測探頭，配套DCS系統(tǒng)對自動調(diào)節(jié)閥進(jìn)行調(diào)節(jié)，以達(dá)到自動調(diào)節(jié)液位的作用。這種儀表控制方法雖然能達(dá)到自動控制液位的效果，但投資大，易出現(xiàn)故障，建設(shè)和維護(hù)成本比較高。

圖1 人工控制的蒸發(fā)罐簡圖

液位控制箱是一個密封的圓筒狀設(shè)備，直徑0.6～1.0米，內(nèi)置有一塊高度約半筒高的固定格板，把筒體下部分為左右兩個分格。筒體上方安裝一塊可上下調(diào)節(jié)的格板，調(diào)節(jié)格板可通過螺桿及箱體外手輪進(jìn)行箱外調(diào)節(jié)，可調(diào)節(jié)范圍為0～0.4米，調(diào)節(jié)格板焊有限位導(dǎo)軌，也有做成內(nèi)調(diào)節(jié)式格板，使用前打開手孔調(diào)節(jié)至合適位置后鎖緊即可。液位控制箱的前后分格底部各有一個連接口，分別連接前一效罐的糖汁出汁口和后一效罐的糖汁入汁口。箱頂有壓力平衡管接口，用來連接前一效蒸發(fā)罐的汁室，使液位控制箱上半部壓力與前效蒸發(fā)罐的汁室壓力相等，排汁流暢無阻力。在液位線上方的合適位置，箱體兩側(cè)安裝對向觀察視鏡，用來觀察設(shè)備內(nèi)部和糖汁排放情況。箱側(cè)或箱頂安裝有手孔，方便檢查和維修。這種帶有調(diào)節(jié)格板的液位控制箱使用起來非常方便，它可以根據(jù)實際生產(chǎn)情況把液位線靈活調(diào)節(jié)至合適的位置。

新式液位控制方案是由液位控制箱配合U型液封管進(jìn)行。U型管的作用是利用U型管內(nèi)充滿的液體，依靠U型管的液封高度阻止前一效蒸發(fā)罐物料排放時帶出氣體，并維持系統(tǒng)內(nèi)的一定壓力，防止前后罐之間的串汽。在U型管中，當(dāng)其兩端的壓力相等時，兩根管子的液體液柱高度是相等的；當(dāng)其兩端的壓力不相等時，由于兩端存在一定的壓力差而導(dǎo)致U型管兩個管子中的液柱有高度差，這個液柱高度差產(chǎn)生的靜壓等于兩端的壓力差。為保證U型管起到液封的作用，前后罐之間的汁室壓力差必須小于U型管的兩邊液柱差而產(chǎn)生的靜壓并保持有必要的余量。

3 新式液位控制方案

3.1 主要設(shè)備

新式液位控制方案的主要設(shè)備是液位控制箱，如圖2所示。

圖2 液位控制箱示意圖

3.2 安裝方法

蒸發(fā)罐和液位控制箱安裝在同一高度的樓層，前一效蒸發(fā)罐的糖汁出口管接管至液位控制箱的入口管，液位控制箱出口管經(jīng)一個U型液封管連接至后一效蒸發(fā)罐的入汁管口，U型液封管底部離地面約0.6米，U型液封管再配套相應(yīng)的殘汁排放管路。液位控制箱頂部接一根與前效蒸發(fā)罐汁汽室相連通的壓力平衡管，使前效蒸發(fā)罐的物料排出順暢。新式液位控制方案的安裝示意圖，如圖3所示。

圖3 新式液位控制方案的安裝示意圖

3.3 安裝要點

3.3.1 蒸發(fā)罐控制樓面的樓層高度

這種新式的帶液位控制箱的控制方法，對蒸發(fā)罐控制樓面有一定的層高要求。這是考慮到以下幾方面的因素。

第一，前效蒸發(fā)罐和后效蒸發(fā)罐之間存在著一定的壓力差，這個壓力差一般情況下約為0.04MPa（表壓，下同），生產(chǎn)波動時會高一些。表1為開榨期間國內(nèi)糖廠各蒸發(fā)罐壓力范圍。

表1 糖廠榨季時各效蒸發(fā)罐的壓力

第二，液位控制箱出口配套U型液封管的底部離標(biāo)高0米的地面為0.6米左右，此時還需要考慮到留有安裝排殘汁的閥門和管路的高度，如圖3所示。

第三，為保證前后兩效蒸發(fā)罐汁汽室之間互不串汽，新式液位控制方案在考慮前后罐之間的壓力差因素后，U型液封管高壓力端應(yīng)保持有一定高度的液柱進(jìn)行密封，保證壓力差產(chǎn)生波動時U型液封管能繼續(xù)維持液封的狀態(tài)。

目前，采用新式液位控制方案的制糖企業(yè)中，蒸發(fā)罐操作樓面高度一般都控制在10米左右，以保證蒸發(fā)系統(tǒng)的正常運行。

3.3.2 最低液位控制線與加熱管高度的相對位置

液位控制箱的最低液位控制線與蒸發(fā)罐加熱管高度約1/3的位置相對應(yīng)。國內(nèi)大部分甘蔗制糖企業(yè)的蒸發(fā)罐加熱管高度一般約3米，在實際生產(chǎn)中為了保持蒸發(fā)罐低液面操作，蒸發(fā)罐正常液位控制大多數(shù)是遵循各效罐真液位即糖汁在沒有進(jìn)行加熱蒸發(fā)時的靜止糖汁的液位，約在蒸發(fā)罐加熱管高度的30%～40%，此時各效罐糖汁在進(jìn)行蒸汽加熱蒸發(fā)時糖汁的沸騰液面剛好蓋過汽鼓的上管板加熱面。在實際生產(chǎn)中，各效的液面會隨糖汁的錘度、自蒸發(fā)情況和蒸汽壓力等不同而不完全相同，—般情況下是第Ⅰ效罐的液面比其他各效罐適當(dāng)高些，而壓力蒸發(fā)系統(tǒng)的液面又比真空系統(tǒng)的略高一些。因此在使用的過程中，新式液位控制方案可以根據(jù)各罐的實際情況適當(dāng)調(diào)節(jié)液位控制箱的調(diào)節(jié)格板，使各效蒸發(fā)罐糖汁沸騰液位保持低液面的狀態(tài)，發(fā)揮蒸發(fā)罐的最佳蒸發(fā)效能。

3.4 方案的特點

這種液位控制方案最大的特點是在使用時調(diào)節(jié)好液位控制箱的格板液位線至合適的位置后，在保持來汁穩(wěn)定和用汽穩(wěn)定的前提下可以一直保持理想液位狀態(tài)，防止蒸發(fā)過程中液面忽低忽高的現(xiàn)象，充分發(fā)揮蒸發(fā)效能，獲得質(zhì)量良好的糖漿。此方案優(yōu)點是設(shè)備簡單，幾乎不會出現(xiàn)設(shè)備故障，避免了傳統(tǒng)方法中用閥門控制液位容易出現(xiàn)的故障。

4 新方案的應(yīng)用

由于新式液位控制方案有效解決了制糖企業(yè)中蒸發(fā)罐液位控制的問題，避免了人工操作時出現(xiàn)的不穩(wěn)定性，運行安全可靠，近幾年來在國內(nèi)外新建造的糖廠，大都應(yīng)用了蒸發(fā)液位控制方案。

實例一：在我國央企主導(dǎo)建設(shè)的非洲某國兩間處理能力為12000T/D的新建糖廠項目中，蒸發(fā)液位控制方案就是采用了此方案，兩個項目均已投產(chǎn)運營，在實際生產(chǎn)運行中，蒸發(fā)罐液位控制順暢，液位穩(wěn)定，取得很好的效果。

實例二：在我國某國企主導(dǎo)建設(shè)的東南亞某國的糖廠項目中，蒸發(fā)液位控制方案也是采用了此方案，其中有三個項目已經(jīng)投產(chǎn)運營，反饋的效果很好；還有一個正在準(zhǔn)備試機(jī)投產(chǎn)。

實例三：國內(nèi)某集團(tuán)近幾年新建造投產(chǎn)的某糖廠中，也是采用了新式蒸發(fā)液位控制方案。

5 結(jié)束語

新式液位控制方案原理簡單，運行可靠，不需要投入昂貴的自動控制儀表，依靠安裝在一定高度樓層上的液位控制箱和配套的U型液封管，通過細(xì)微調(diào)節(jié)液位控制箱的調(diào)節(jié)格板，就可以使各效罐液位保持在很好的液面狀態(tài)，避免前后罐之間串汽現(xiàn)象的發(fā)生，充分發(fā)揮蒸發(fā)罐的最佳蒸發(fā)效能，保證各相關(guān)用汽部門的生產(chǎn)穩(wěn)定性，而且生產(chǎn)過程中不需要頻繁調(diào)節(jié)液位，減少了傳統(tǒng)操作方法的不穩(wěn)定性和設(shè)備故障率，非常適合新建糖廠使用和傳統(tǒng)糖廠在有條件的情況下改造使用。