雷達液位計在CO2汽提塔上的應用

 

雷達液位計是通過天線向被測介質物位發射微波，然后測出微波發射和反射回來的時間而得到容器內液位的一種儀表。雷達液位計因無位移、無傳動部件、非接觸式測量，不受溫度、壓力、蒸汽、氣霧和粉塵的限制，適用于黏度大、有毒、有腐蝕性介質的測量，并且性能穩定、測量準確，而被廣泛用于化工行業液位測量，但是不正確的安裝和使用往往會導致液位計的測量性能和使用壽命受到影響。中海石油華鶴煤化有限公司尿素裝置 CO2 汽提塔的液位測量使用的是Stamicarbon 和 Vega 公司合作開發的 VEGA PULS 66 雷達液位計，該液位計自 2015 年 9 月開車投用以來，多次出現無規律波動現象，嚴重影響工藝指標的控制，給工藝操作人員帶來了不便，經過兩年多的摸索與整改，消除了引起雷達液位計頻繁波動的因素，測量一直比較穩定、準確。

 

1 液位計波動的原因分析

1.1 液位計天線或導波管內壁黏附尿液

汽提塔雷達液位計采用水平安裝，電磁波通過90°彎向塔底的導波管傳播，安裝位置見圖1。汽提塔液相容量較小（約3.6m3），液位測量范圍窄（0.61m），液位較難控制。當工藝前系統出現故障導致尿素裝置負荷波動，尤其是氣化爐單爐停車，尿素裝置負荷減半時，極易出現液位控制不穩而導致液位超過雷達液位計水平安裝位置，使尿液進入導波管水平段，污染雷達天線。當天線或者導波管水平段黏附尿液時，雷達液位計發射的電磁波會在該位置發生反射，形成干擾波，當干擾波強度高于實際液面反射回波強度，并且干擾波未被抑制時，雷達液位計就會顯示干擾波代表的液位值，當干擾波強度與實際液面反射回波強度相近并切換時，雷達液位計的顯示就會出現波動。由于導波管水平段有2°傾斜，且氣相溫度較高，一般情況下黏在天線和導波管上的尿液會慢慢回流到液相，從而雷達液位計的顯示值也會趨于正常，但一般需要一、兩天時間。為了使液位測量盡快恢復正常，也可通過在 PACTware 中調整干擾波抑制曲線，抑制干擾波，從而快速解決液位波動問題。

1.2 雷達液位計伴熱安裝方式不當

雷達液位計自 2016 年 9 月開始出現液位無規律波動，通過 PACTware 監測發現發射波及回波信號較弱，分析雷達液位計本體可能出現故障。在 2017 年停車檢修期間將雷達液位計下線檢查，發現電子器件良好，天線無尿液及其他污染物，從而排除液位計故障損壞的可能性。經與 Stamicarbon 技術人員深入探討后發現，現場保溫、伴熱安裝存在較大問題。VEGAPLUS 66（高溫版）雷達液位計伴熱正確的安裝圖如圖2 所示。

安裝要求 ：

（1）雷達液位計小法蘭工作溫度不超過120℃，頂部電子配件不超過80℃ ；

（2）伴熱蒸汽入口靠近雷達液位計側，出口靠近設備側 ；

（3）伴熱zui大范圍（灰色區域）不超過大法蘭與小法蘭間距的一半 ；

（4）伴熱管與管嘴之間填充導熱膠泥 ；

（5）蒸汽溫度高于尿液氣化溫度5℃以上。而現場伴熱的實際安裝方式如圖3 所示，小法蘭處被伴熱管包裹，雷達液位計整體用保溫棉包裹保溫，實測小法蘭溫度約170℃，頂部電子配件溫度約85℃。雷達液位計在小法蘭超出zui高工作溫度50℃、電子配件超出的zui高工作溫度5℃的工況下“病態”工作，導致信號衰減，示值波動。在按照圖2所示的伴熱安裝方式重新改造伴熱管后約1d 左右，雷達液位計恢復正常顯示。

2 雷達液位計安裝、使用、維護注意事項

2.1 雷達液位計安裝

（1）檢查導波管內潔凈程度。檢查確認雷達液位計法蘭和管嘴內表面是否光滑、在同一條直線上，導波管內部是否光滑，如果有尿素冷凝、結晶或其他沉淀物會引起虛假的回波。

（2）傳感器的極化。汽提塔雷達液位計的導波管排氣孔位于垂直部分的頂部，雷達液位計安裝時偏振標記必須是水平的，即朝向3 點鐘或者9 點鐘方向安裝。

（3）伴熱的正確安裝。伴熱安裝要求在上文已經介紹了，在此不再贅述。

（4）保溫的正確安裝。保溫的原則是“按需保溫、足量保溫”，汽提塔雷達液位計的保溫范圍為設備管嘴及雷達液位計大法蘭，保溫棉厚度不低于5cm，注意保溫棉應與汽提塔保溫緊密相接（不留縫隙），保溫棉外用鋁皮防護。保溫范圍一定要掌握好，如果保溫范圍太大，包住小法蘭及頂部電子配件，則容易造成小法蘭和頂部電子配件超出工作溫度，雷達液位計無法正常工作 ；如果保溫不嚴，容易造成設備管嘴及雷達液位計天線處伴熱效果不好，使該處溫度低于尿液氣化溫度，引起尿液冷凝或結晶，也會引起雷達液位計測量不準。

 

2.2 液位計的使用

（1）雷達液位計在使用過程中應注意盡量不要高液位控制，液位一般控制在 50%~60% 即可，zui高液位不超過 80%，防止尿液進入導波管水平段，污染雷達天線。

（2）記錄常見負荷的汽提塔的相關工況參數，在負荷調整時，及時將相關設備調整至相應狀態，確保在負荷調整時不會因為操作忙亂而引起實際液位超過液位計水平位置，從而污染雷達天線。如單臺氣化爐運行，尿素裝置50% 負荷時汽提塔的相關工況等。

 

2.3 液位計的維護

液位計安裝完成后的維護工作較少，重點需要關注儀表保溫、伴熱情況。定期檢查雷達液位計的保溫是否完好，大法蘭、小法蘭及電子配件的溫度是否在允許范圍內。

 

3 結束語

闡述了引起 Stamicarbon 工藝 CO2 汽提塔雷達液位計頻繁波動的原因、解決辦法，總結了該雷達液位計的安裝、使用、維護注意事項，為同工況、同類安裝方式安裝的雷達液位計的同類故障處理提供了技術支持和借鑒意義。