超大腔體磁致伸縮浮筒液位計在煤化工灰水設(shè)備上的應(yīng)用

趙 祥

(江蘇索普股份化工有限公司， 江蘇鎮(zhèn)江 212006)

煤化工生產(chǎn)過程中,要保持各裝置安全穩(wěn)定運行，必須準(zhǔn)確測量液位、壓力、溫度、流量等工業(yè)參數(shù)。其中,液位測量難度較大。傳統(tǒng)的差壓法通常由差壓變送器和取壓裝置組成。差壓變送器是一種將壓力差轉(zhuǎn)換為氣動信號或電動信號并進(jìn)行顯示、控制和遠(yuǎn)程變送傳輸?shù)脑O(shè)備[1]。傳統(tǒng)的浮筒液位計，適合潔凈液體場合，測量范圍適用于液位計量程為0～2 000 mm，被測介質(zhì)密度變化會引起測量誤差[2]。

工業(yè)企業(yè)對測量準(zhǔn)確性的要求不斷提高，傳統(tǒng)的液位測量方法如差壓變送器、浮筒液位計、伺服液位計等已經(jīng)不能完全滿足工業(yè)生產(chǎn)領(lǐng)域的要求?；诟鞣N傳感器技術(shù)和電氣技術(shù)的新型液位儀表可滿足用戶對精度、可測量性、維護(hù)量以及經(jīng)濟性等方面的需求，雷達(dá)、電磁法、電容、超聲法等各種液位儀表在工業(yè)領(lǐng)域的應(yīng)用日益廣泛，極大地推動了液位測量技術(shù)的發(fā)展。由于煤化工領(lǐng)域?qū)Ω呔葍x表和多參數(shù)儀表的需求日益增長，隨著測量技術(shù)、信息技術(shù)的發(fā)展和生產(chǎn)成本的降低，新興的物位儀表被廣泛應(yīng)用。筆者結(jié)合企業(yè)水煤漿液位測量遇到的技術(shù)問題進(jìn)行分析，提出了探索性的解決方案。

1 水煤漿液位測量疑難問題分析

1.1 應(yīng)用工況概述

煤氣化裝置的灰水液位是工藝控制中極為重要的檢測參數(shù)，介質(zhì)為高溫高壓、含大量細(xì)灰渣的黑水(250 ℃、6.4 MPa)，其中既溶有腐蝕性的有害氣體，又有灰渣、無機鹽等雜質(zhì)，在烘爐時還會出現(xiàn)真空現(xiàn)象，對液位計的性能要求很高。黑水液位測量儀表的可靠性直接影響氣化爐的安全運行，液位過高則會使氣化爐的粗合成氣帶水，腐蝕下游工藝設(shè)備；液位過低則會使合成氣和熔渣溫度過高，同時合成氣帶灰，達(dá)不到洗滌除塵效果。氣化爐黑水液位參與氣化爐安全聯(lián)鎖系統(tǒng)，液位過低限導(dǎo)致氣化爐系列聯(lián)鎖停車，故設(shè)置遠(yuǎn)傳液位計，且在就地設(shè)有顯示儀表，便于現(xiàn)場隨時觀察。

江蘇索普股份化工有限公司氣化廠(簡稱氣化廠)自2009年運行以來，多次發(fā)生水洗塔帶水、火炬帶水事故，嚴(yán)重影響生產(chǎn)穩(wěn)定運行。通過生產(chǎn)部、安全保障部對事故進(jìn)行分析，發(fā)現(xiàn)其原因與黑水液位計有關(guān)。因此，需對黑水部分的液位計進(jìn)行改造[2-3]。

1.2 測量方案分析

針對氣化渣水工況特點，黑水中含有較多的灰渣，會黏結(jié)在差壓變送器的膜盒上，可通過增加沖洗水來解決。目前行業(yè)內(nèi)多采用雙法蘭液位計加沖洗水的方式。

1.3 運行情況分析

鑒于水煤氣中含有氫腐蝕，同時氣化爐每次停機重起爐時有3 d以上的抽負(fù)供爐工況，會損壞氣化爐渣水的雙法蘭液位計，導(dǎo)致變送器膜片容易出現(xiàn)鼓泡和皺褶現(xiàn)象而無法使用。自2009年起，氣化廠因氣化爐渣水工況損壞的液位計數(shù)量不少于80臺，導(dǎo)致生產(chǎn)運行費用高。同時，在氣化爐開停車過程中，由于無法準(zhǔn)確顯示旋風(fēng)分離器和水洗塔液位，導(dǎo)致罐內(nèi)實際液位過高，發(fā)生合成氣帶水現(xiàn)象。

2 超大腔體磁致伸縮浮筒液位計

2.1 原理介紹

超大腔體磁致伸縮浮筒液位計在傳感管內(nèi)裝有磁致伸縮波導(dǎo)絲，其一端裝有壓電傳感器，電子部件向磁致伸縮波導(dǎo)絲發(fā)出電流脈沖信號，該電流脈沖與磁性浮子的磁場相互作用，在磁致伸縮波導(dǎo)絲上產(chǎn)生扭應(yīng)力波。該扭應(yīng)力波以已知的速度從浮子的位置沿磁致伸縮波導(dǎo)絲向兩端傳送，傳感器收到扭應(yīng)力信號，根據(jù)時間間隔來計算浮子的位置，從而計算出液位。

磁致伸縮浮筒液位計為超大腔體設(shè)計(見圖1)，內(nèi)有兩根縱向浮子定位導(dǎo)向桿，在增大流通徑的同時確保浮子在固定的空間內(nèi)移動。腔體外可加裝磁致伸縮液位計、磁耦合開關(guān)等，實現(xiàn)液位/界面信號的遠(yuǎn)程監(jiān)測及控制。

圖1 大腔體液位計平衡筒內(nèi)部結(jié)構(gòu)

超大腔體磁致伸縮浮筒液位計是一種高精度、高可靠性的創(chuàng)新型產(chǎn)品，很好地解決了含顆粒或氣泡的苛刻工況下液位/界面的精確測量。由于磁致伸縮原理決定了其在測量過程中不受溫度、壓力、介電常數(shù)等因素變化的影響，具有高精度、高穩(wěn)定性、免維護(hù)等優(yōu)點，可解決電浮筒、差壓變送器、雷達(dá)等液位測量產(chǎn)品在現(xiàn)場應(yīng)用中存在的缺陷，故廣泛應(yīng)用于各種液位/界面高精度監(jiān)測。

2.2 應(yīng)用優(yōu)勢

超大腔體磁致伸縮浮筒液位計的原理和結(jié)構(gòu)決定了其具有以下優(yōu)點[4]：

(1) 采用大腔體設(shè)計，防止氣化紊流或者雜質(zhì)顆粒物堵塞浮子。

(2) 采用磁致伸縮波導(dǎo)絲，可以全過程測量監(jiān)測液位變化。

(3) 磁致伸縮核心組件采用特殊合金材料構(gòu)成，完全滿足高溫工況應(yīng)用。

(4) 搭配磁翻板指示器，滿足現(xiàn)場就地顯示和信號遠(yuǎn)傳需求，其綜合成本低且應(yīng)用安全可靠。

(5) 經(jīng)過超大腔體沉淀之后，被測介質(zhì)相對干凈，可同時在超大腔體上增加過程接口,以安裝差壓變送器作為備用方案，確保系統(tǒng)的安全運行。

3 氣化黑水液位測量疑難問題的解決

3.1 液位計的選用

為確保生產(chǎn)安全操作，相關(guān)技術(shù)人員從測量的工藝介質(zhì)、灰水的應(yīng)對、安裝和維護(hù)要求等方面對市場上常用的液位測量儀表進(jìn)行比較篩選。最終，選定了超大腔體磁致伸縮浮筒液位計的方案。

(1) 普通的浮筒直接與被測罐子相連接，測量筒內(nèi)灰渣沉淀較多，長時間使用會導(dǎo)致浮子卡塞、底部連通管堵塞，無法同步顯示真實液位的變化。超大腔體增加了沖洗孔和差壓變送器安裝孔,有效解決此問題。

(2) 全過程液位測量儀表避免了傳統(tǒng)儀表在起停機階段無法正常工作的問題，同時磁致伸縮液位計位于浮筒的外部，其安裝和拆卸不會影響正常生產(chǎn)，也消除了管道內(nèi)介質(zhì)泄漏的風(fēng)險。核心組件采用耐高溫材料，完全滿足高溫工況應(yīng)用。

3.2 改造措施

斯克維思(SWISA)公司獨特的超大腔體磁致伸縮浮筒液位計可以安全穩(wěn)定測量氣化黑水的介質(zhì)液位。為氣化廠渣水界區(qū)的每臺旋風(fēng)分離器和水洗塔增加超大腔體磁致伸縮浮筒液位計(見圖2)。

圖2 超大腔體磁致伸縮浮筒液位計結(jié)構(gòu)圖

超大腔體平衡筒安裝在現(xiàn)有雙法蘭的取壓口上，并配有沖洗孔，可以解決根部閥堵塞問題。超大腔體磁致伸縮浮筒液位計安裝在超大腔體一側(cè)，其內(nèi)部有兩根縱向浮子定位導(dǎo)向桿，在增大流通徑的同時確保了浮子在相對固定的空間內(nèi)移動，避免出現(xiàn)浮子卡塞、竄動等問題。浮子采用鈦合金或哈C-276材質(zhì)，可防止灰水腐蝕，同時負(fù)壓也不會損傷浮子。磁致伸縮液位計位于浮筒外部，不與介質(zhì)接觸，幾乎沒有損傷。

因為高壓區(qū)設(shè)備都是雙液位，可同時增加一套差壓液位計。兩套液位計采用不同的測量原理來測同一個點，可在任何工況下確保安全，同時也有利于比較和分析數(shù)據(jù)。

3.3 應(yīng)用效果

氣化廠收集并分析了水洗塔(LT-1301B/C)和旋風(fēng)液位計(LT1205A/B/C)的數(shù)據(jù)(見表1)。

表1 液位計顯示數(shù)據(jù)

氣化B爐大腔體液位計(LT-1301B3)于2019年12月21日正式投用，使用情況良好，開車過程及裝置運行時液位無波動顯示平穩(wěn)。

(1) 氣化爐投用時,LT-1301B3液位顯示比較穩(wěn)定，并與現(xiàn)場翻板偏差在5%之內(nèi)，沒有較大的波動；由于工況壓力的變化會引起雙法蘭液位數(shù)據(jù)變化大，有時液位會失真(偏差30%以上，偶爾出現(xiàn)最大值)，直至工況穩(wěn)定后，雙法蘭液位計液位顯示才逐步恢復(fù)正常(與翻板一致)。

(2) 氣化爐運行時,原雙法蘭液位計顯示的液位同步上升，偏差基本在2%以內(nèi)(均與現(xiàn)場翻板保持一致)。

3.4 使用后拆件情況

2020年2月,檢修氣化爐，對磁致伸縮液位計進(jìn)行拆檢，檢查液位計超大腔體浮筒、浮子的使用情況。結(jié)果顯示：浮子沒有出現(xiàn)變形、結(jié)垢現(xiàn)象，使用情況良好；大腔體浮筒沒有出現(xiàn)大量煤渣、結(jié)垢現(xiàn)象；測量筒沒有出現(xiàn)大量煤渣、結(jié)垢現(xiàn)象。

4 結(jié)語

通過使用超大腔體磁致伸縮浮筒液位計，避免了氣化抽真空操作對儀表的損壞，同時開停車時系統(tǒng)壓力的變化也不會對測量液位造成影響。在超大腔體浮筒外綁磁翻板指示器，解決氣化現(xiàn)場翻板無法使用的問題。磁致伸縮液位計只有浮子接觸介質(zhì)，使用壽命延長，同時避免液位顯示錯誤導(dǎo)致系統(tǒng)帶水。