摘要：生產(chǎn)出的液氨一般存儲(chǔ)在球罐里, 而液氨具有可急劇揮發(fā)的特性, 存在液位測(cè)量比較困難的問(wèn)題。分別介紹了幾種液位計(jì), 如雷達(dá)液位計(jì)、差壓液位計(jì)、磁翻板液位計(jì)、伺服液位計(jì)在使用過(guò)程中存在問(wèn)題, 選出比較合理的測(cè)量液位計(jì)。

 

　　1 氨球罐液位計(jì)的重要性

 

　　青海云天化國(guó)際化肥有限公司生產(chǎn)的液氨是化肥生產(chǎn)的重要原材料, 液氨產(chǎn)量可達(dá)40萬(wàn)噸/年。液氨易揮發(fā), 又稱(chēng)為無(wú)水氨, 是一種無(wú)色液體。氨作為一種化肥生產(chǎn)的重要原料, 為運(yùn)輸及儲(chǔ)存便利, 通常將氣態(tài)的氨氣通過(guò)加壓或冷卻得到液態(tài)氨, 儲(chǔ)存在液氨球罐。儲(chǔ)存液氨的球罐內(nèi)部溫度略低于環(huán)境溫度。液氨屬堿性, 對(duì)銅有強(qiáng)腐蝕性, 液氨球罐屬重大危險(xiǎn)源, 不能隨便在氨球罐上開(kāi)安裝口, 釋放氣中含有大量的可燃?xì)怏w。球罐底部由于生產(chǎn)的原因存有一些油和其他的雜質(zhì), 而且液氨密度隨溫度變化而變化, 因此, 須給液氨儲(chǔ)存設(shè)備提出嚴(yán)格的技術(shù)要求和安全及生產(chǎn)的重要控制指標(biāo), 故氨球罐液位計(jì)的測(cè)量準(zhǔn)確性和精度也突顯其重要性。

 

　　2 氨球罐液位計(jì)選型的實(shí)施步驟

 

　　青海云天化國(guó)際化肥有限公司的液氨球罐原來(lái)設(shè)計(jì)有氨球罐液位測(cè)量使用的鋼帶液位計(jì), 但是由于其現(xiàn)場(chǎng)指示部分的齒輪的材質(zhì)問(wèn)題以及液氨的強(qiáng)腐蝕性, 長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)行后銹蝕嚴(yán)重, 無(wú)法正常使用。因此決定換型, 進(jìn)行實(shí)驗(yàn)安裝測(cè)試。

 

　　2.1 選用雷達(dá)液位計(jì)

 

　　液氨存儲(chǔ)在球罐中, 如果要完整地測(cè)量出液氨的液位必須安裝在球罐的頂部中心位置, 而雷達(dá)液位計(jì)安裝原則是不能安裝在中心位置[1]。如果安裝在中央, 會(huì)產(chǎn)生多重虛假回波, 干擾回波會(huì)導(dǎo)致信號(hào)丟失。

 

　　結(jié)論:在實(shí)驗(yàn)中雷達(dá)液位計(jì)無(wú)法加裝閥門(mén), 維修、維護(hù)難度大且導(dǎo)波鋼纜上容易附著雜質(zhì)造成信號(hào)失真, 因此氨球罐液位計(jì)選用雷達(dá)液位計(jì)不合適。

 

　　2.2 選用差壓變送器式液位計(jì)

 

　　密閉式容器采用差壓液位計(jì)測(cè)量液位通常用雙法蘭液位計(jì)進(jìn)行液位的測(cè)量, 雙法蘭液位計(jì)采用毛細(xì)管柱和密封系統(tǒng)解決了引壓管的許多安裝問(wèn)題。這種類(lèi)型的結(jié)構(gòu)消除了可能在引壓管中產(chǎn)生的泄漏點(diǎn)和堵塞。

 

　　雙法蘭差壓液位系統(tǒng)是一種成熟可靠的技術(shù), 一直以來(lái)卻很難在高型容器和塔中得到應(yīng)用。因?yàn)檫@些都需要更長(zhǎng)的毛細(xì)管以方便安裝, 距離過(guò)長(zhǎng)的毛細(xì)管使得壓力的傳輸變得誤差過(guò)大, 并且在環(huán)境溫度變化較大的時(shí)候變得更為明顯。同時(shí), 安裝過(guò)程要求較高, 引壓管可能并不可靠, 這都是非常嚴(yán)重的困擾。青海云天化液氨儲(chǔ)存的球罐直徑達(dá)30m, 因此采用差壓式液位計(jì)測(cè)量幾乎不可能。

 

　　結(jié)論:在實(shí)驗(yàn)中, 示意圖1中取壓管1這個(gè)位置經(jīng)常堆積雜質(zhì)及附著物, 造成維修信號(hào)失真。當(dāng)在夏季高溫時(shí)氨球罐內(nèi)的液氨密度隨溫度變化而變化造成信號(hào)失真, 此故障且無(wú)法克服, 因此氨球罐液位計(jì)選用差壓雙法蘭液位計(jì)不合理。

　　圖1 法蘭式差變測(cè)液位示意圖

 

　　2.3 選用磁翻板液位計(jì)

 

　　磁翻板液位計(jì)是根據(jù)浮力原理和磁性耦合作用的方式研制而成[2]。當(dāng)被測(cè)容器中的液位升降時(shí), 液位計(jì)本體管中被磁化了的磁性浮子也隨液體升降, 浮子內(nèi)的磁鋼通過(guò)磁耦合傳遞到磁翻柱 (也是被磁化過(guò)的) 指示器, 驅(qū)動(dòng)紅、白翻柱翻轉(zhuǎn)180°。當(dāng)液位上升時(shí)翻柱由白色翻轉(zhuǎn)為紅色, 當(dāng)液位下降時(shí)翻柱由紅色翻轉(zhuǎn)為白色, 指示器的紅白交界處為容器內(nèi)部液位的實(shí)際高度, 從而實(shí)現(xiàn)液位清晰的指示。為了實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程監(jiān)控, 磁翻板液位計(jì)需要與干簧管遠(yuǎn)傳變送器配套使用, 將現(xiàn)場(chǎng)的液位信號(hào)以4~20 mA的電流信號(hào)遠(yuǎn)傳送到中央控制的DCS系統(tǒng)中, 達(dá)到對(duì)遠(yuǎn)程罐體的液位高度的監(jiān)控, 便于實(shí)時(shí)實(shí)施監(jiān)控。磁翻板液位計(jì)的遠(yuǎn)傳原理根據(jù)浮筒里磁浮子的位置變化來(lái)實(shí)現(xiàn)。

 

　　結(jié)論:在實(shí)驗(yàn)中磁翻板液位計(jì)的浮桶被粘黏的油污及雜質(zhì)或結(jié)晶體卡死而無(wú)法隨液面升降而移動(dòng), 造成顯示失真, 并且維護(hù)難度比較大。當(dāng)故障排除時(shí)測(cè)量準(zhǔn)確, 但此故障率頻繁維護(hù)比較困難。氨球罐液位計(jì)不可以選用磁翻板液位計(jì)。

 

　　2.4 選用伺服式液位計(jì)

 

　　伺服式液位計(jì)是運(yùn)用阿基米德原理, 在測(cè)量液體的表面時(shí), 測(cè)量的浮子一般將會(huì)下沉到液體1~2m。這時(shí)浮子將會(huì)受到浮子自身的重力和液體的浮力, 那么測(cè)量鋼絲的張力由測(cè)量浮子所受的重力和浮力構(gòu)成[3]。

 

　　當(dāng)液位靜止的時(shí)候, 測(cè)量的浮子處于相對(duì)靜止?fàn)顟B(tài)。這時(shí)測(cè)量鋼絲、測(cè)量鼓及力傳感器以杠桿滑輪平衡原理構(gòu)成力平衡, 生產(chǎn)廠給定靜止?fàn)顟B(tài)下測(cè)量鋼絲上的張力為某一個(gè)定值, 力傳感器不斷地檢測(cè)到平衡張力為該定值對(duì)應(yīng)的頻率值。當(dāng)液位下降的時(shí)候, 測(cè)量浮子所受浮力減小, 這時(shí)測(cè)量鋼絲上的張力增加, 張力的改變立即傳達(dá)至傳感器的張力絲上, 使其拉緊, 減震器檢測(cè)到的張力絲上的頻率增加, 伺服控制器隨即發(fā)出命令, 令伺服電機(jī)帶動(dòng)測(cè)量鼓逆時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng), 伺服電機(jī)以微米級(jí)的步幅放下測(cè)量鋼絲, 測(cè)量浮子不斷地跟蹤液位下降的同時(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(cè)量浮子的位移量, 這就是液位的變化量。

 

　　結(jié)論:自2013年更換伺服式液位計(jì)以來(lái), 基本沒(méi)有維護(hù)項(xiàng)目, 除每年氨球罐的安全檢測(cè)需提起浮筒到浮筒腔內(nèi), 近四年觀察液位測(cè)量均準(zhǔn)確無(wú)誤。

 

　　伺服式液位計(jì)采用高精度的力傳感器和步進(jìn)馬達(dá), 每步精度可以達(dá)到0.008 5 mm。該技術(shù)在發(fā)達(dá)被廣泛采用, 因其測(cè)量精度高、穩(wěn)定性好, 因此常用于計(jì)量交接應(yīng)用。在安全方面, 伺服式液位計(jì)采用磁耦合技術(shù), 將電氣部分與氨完全密封隔絕, 保證了現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用的安全, 這一技術(shù)的可靠性在國(guó)外用戶(hù)現(xiàn)場(chǎng)已經(jīng)得到充分證明。但伺服液式位計(jì)安裝也是比較困難, 要注意以下幾方面:

 

　　(1) 導(dǎo)向管內(nèi)壁應(yīng)光滑, 盡可能使倒相管垂直。

 

　　(2) 液位計(jì)根部閥一定要選質(zhì)量可靠且有保證的閥門(mén)。

 

　　(3) 在球罐底部留出一定的距離。一是避免罐底沉降物影響測(cè)量, 二是很多儲(chǔ)罐有一個(gè)“死液位” (如:出料口位置決定了低于這個(gè)位置的物料不會(huì)發(fā)生變化) , 液位計(jì)的零位通常在“死液位”以上。

 

　　(4) 在安檢時(shí)要將要將伺服式液位計(jì)的浮筒提到浮筒腔內(nèi), 防止對(duì)浮筒的損傷。

 

　　(5) 在向液氨儲(chǔ)罐進(jìn)料前, 必須確保進(jìn)入出關(guān)的液氨不直接沖擊浮筒, 避免浮筒受損。

 

　　3 結(jié)論

 

　　總之, 通過(guò)這么幾種液位測(cè)量方式的分析, 液氨球罐液位的測(cè)量采用伺服式液位計(jì)比較合理的。在合成氨生產(chǎn)裝置液氨球罐液位的測(cè)量是非常關(guān)鍵的測(cè)量點(diǎn), 它涉及整個(gè)裝置的安全聯(lián)鎖系統(tǒng), 所以我們應(yīng)該重視該測(cè)量點(diǎn)。