粉煤加壓氣化裝置中液位計的選型與改進分析

 

         ＨＴ － Ｌ 粉煤加壓氣化工藝，是目前廣泛應用的xianjin煤氣化技術，是將原料煤粉經過磨碎干燥后，加壓輸送至航天氣化爐內，與氧氣、蒸汽反應，生成有效成分為氫氣、一氧化碳的粗合成氣的過程。整個煤氣化項目的工藝流程較長，涉及的工藝介質較多，現場工況較復雜，其中需要進行液位測量的介質主要有：汽包水、燒嘴冷卻水、灰水、渣水、粉煤等，分別對應不同的容器設備，對測量精度的要求也各不相同。針對不同的測量要求與測量條件，必須合理選擇適合的液位計，以保證良好的測量效果。

 

１　 常用液位計的性能對比

         目前在粉煤加壓氣化項目中常采用的液位計類型主要有：差壓式液位計、雙法蘭式差壓液位計、磁致伸縮液位計、磁翻板液位計、雷達液位計等。這幾種液位計各有特色，都存在著一定的優勢與不足，性能對比結果見表１所列。

 

２　 液位計的選型與分析改進

         在進行液位計的選型時，除了要滿足 ＨＧ ／ Ｔ２０５０７ — ２０１４ 《 ＨＧ ／ Ｔ　２０５０７ — ２０１４ 自動化儀表選型設計規范》中有關液位計選型的規定外，應從以下幾個方面來綜合考慮：

 

         １ ）首先要確定被測介質，包括介質的類型、狀態、工藝參數、是否潔凈、是否有腐蝕性、是否導電等。

         ２ ）確定被測介質所在的容器或設備，包括是敞口還是密閉容器，容器的直徑、長寬高、壁厚、保溫層外形尺寸等，是否可以開孔等。

         ３ ）確定測量要求，包括測量精度、測量范圍、可靠性、是否參與聯鎖控制等。

         ４ ）考慮經濟因素，包括儀表的購置成本、安裝費用、長期運行維護的費用等。

 

         在實際項目設計過程中，要按照以上４個步驟綜合考慮，完成液位計的合理選型。

 

２．１　 潔凈水液位測量

         在粉煤加壓氣化工藝流程中，冷卻水、冷凝水是干凈潔凈的介質，測量該介質的液位如無特殊情況，選用普通的差壓式液位計即可。差壓式液位計是利用流體靜力學原理，通過測量流體的壓差來計算出液位的高低，其測量原理如圖 １ 所示。這種方法簡捷、方便，但是準確度與穩定性不高，而且測量結果受到介質密度的影響，為滿足測量精度常需要進行補償或采用組合式儀表測量方案。

 

２．１．１　 燒嘴冷卻水罐液位的測量

         對于一些重要的場合，如燒嘴冷卻水罐，由于其液位需要參加聯鎖控制，在設計時采用３臺差壓液位變送器，并配備 １ 臺就地顯示的玻璃管液位計或磁翻 板液位 計。 ３ 臺差壓液位 計 “３ 取 中”或“３選２ ”參與聯鎖順控，就地液位計除了能在現場直觀地顯示出液位外，還與差壓液位變送器檢測的液位值進行互校，進一步保證測量的準確度。

 

２．１．２　 汽包液位的測量

         需要特別注意中壓汽包液位的測量，汽包內的介質主 要 為 蒸 汽 與 汽 包 水 兩 相，溫 度 zui 高 可 達４５０℃ ，壓力為 ５．４ＭＰａ 。在以往的設計選型時，為補償汽包內溫度、壓力對測量結果的影響，對普通差壓式液位計加裝了雙室平衡容器。雙室平衡容器差壓式液位計的測量原理：利用 Ｔ 形連通器將汽包內的水位產生的壓力與平衡室內形成的參比水柱產生的壓力進行比較，從而得到實際液位的差壓值。原設計方案是對汽包設置 ２ 組液位測量儀表， １ 組是３ 臺雙室平衡容器差壓式液位計，“ ３ 取中”參與液位控制，“３ 選 ２ ”參與安全聯鎖；另 １ 組是 ２ 臺磁翻板液位計，對稱安裝在汽包兩側用于就地直觀顯示，并綜合考慮項目所在地環境溫度的影響，對平衡容器、凝汽室、上下引管、連通管均采取必要的保溫伴熱措施。

 

         這樣的選型設計，雖然能夠滿足測量準確度的要求，但相應增加了購置成本，并且根據項目應用的實際反饋，現場存在泄漏點多、安裝與維護較復雜等問題。因此在新的伊泰杭錦旗項目中，由于項目所在地的晝夜溫差較大，冬季環境溫度極低，改用側裝３臺磁致伸縮式液位計并配磁翻柱顯示器來替代原先的差壓式測量方案。磁致伸縮式液位計主要依據磁致伸縮原理而工作，工作原理如圖２所示，由傳感器電路沿磁致伸縮線（波導絲）發出電流脈沖，在磁致伸縮線周圍形成環形磁場，當其與浮子內的永磁鐵產生的縱向磁場發生疊加時，會在浮子位置產生１ 個扭轉脈沖回傳至傳感器的探頭。測量起始脈沖

與返回脈沖的時間差來確定浮子的位置，即液面的位置。磁致伸縮液位計具有精度高、使用壽命長、無需調零校準、易維護、安全性高等優點，但是在安裝時要注意：探測桿要保證垂直，不能折彎；做好接地屏蔽工作，以免電磁干擾影響測量效果。

 

２．２　 灰／黑水液位測量

         在粉煤加壓氣化項目中，需要測量黑水介質液位的容器主要有：氣化爐激冷室、合成氣洗滌塔、高壓閃蒸罐、低壓閃蒸罐等。涉及灰水介質液面測量的設備主要有：灰水槽、渣鎖斗沖洗水罐等。這類介質的共同特點是臟污、含有懸浮固體顆粒、黏度高、具有腐蝕性，普通的差壓液位計難以滿足此種介質的測量，常采用非直接接觸的測量方式。

 

２．２．１　 密閉容器

         以氣化爐激冷室與合成氣洗滌塔為例，根據實際工況，其壓力都在４ＭＰａ左右，溫度高達２００℃ ，均為密閉的容器，對壓力的干擾比較敏感，且罐體尺寸較高，所以雷達液位計并不適用。經過綜合考慮，對這類介質選用雙法蘭式差壓液位計并加裝吹掃沖洗裝置的測量方案。同理，由于這兩種設備的液位都是極其重要的控制與安全聯鎖信號，所以采取３臺液位計聯合測量的方式。

 

         １ ）雙法蘭式差壓液位計。隔膜密封式差壓液位變送器與普通差壓式液位計相比，可通過毛細管來傳導雙法蘭隔離膜片上感測到的壓差，送至變送器再轉換成標準信號輸出。根據現場的實際使用效果，雙法蘭差壓液位計基本能夠滿足測量與控制的要求，但是仍然存在著一些弊端：

         ａ ）毛細管的長度不能過長，單根一般不超過１０ｍ ，否則在測量時受溫度的影響較大會產生誤差。而罐體尺寸高度一般都在５ｍ 以上，布置安裝變送器時需要慎重考慮以免單側毛細管過長。

         ｂ ）毛細管內填充液受環境溫度的影響，對于有極端溫度及晝夜溫差較大的地區，如內蒙古等，還要考慮對毛細管的保溫。

         ｃ ）對膜片的材質要求較高。為防止腐蝕與氫脆現象，需要選用 ３１６Ｌ 鍍金膜片，成本較高。同時由于介質的易沉積性，在加裝沖洗吹掃裝置后，仍然需要定期清理更換膜片，以保證測量精度。

 

         ２ ）改進的電子遠傳液位變送器。在后續的項目中采用改進的電子遠傳液位變送器，其測量原理如圖３所示。該種電子遠傳液位變送器取消了傳統的毛細管引壓方式，使用主、副２個壓力傳感器，分別安裝于容器的底部與上方，用來測量高低壓側的壓力。 ２個壓力傳感器以 ＣＡＮ總線的方式連接到一起，并且將副傳感器接收到的壓力信號傳至主傳感器中進行差壓計算，計算完成后轉換成標準的４～２０ｍＡ信號輸出。

 

         目前在伊泰杭錦旗項目上運用了該種設計方案，采用羅斯蒙特 ３０５１ＳＥＲＳ 電子遠傳變送器系統，２ 個 ３０５１ＳＡＭ 壓力變送器加上 １１９９ 系列密封系統。它的優勢在于：

 

         ａ ）取消了導壓管與毛細管，不需要再進行額外的保溫伴熱措施，簡化了設備的安裝，減少了裝置的“跑、冒、滴、漏”現象，降低了現場儀表的維護工作量，全面提高了整個裝置的環保質量。

         ｂ ）采用電子遠傳系統，使用ＣＡＮ 總線替代了傳統的機械管路，縮短了響應時間，減少了測量誤差的積累，并且測量結果不再受到環境溫度的影響，保證了測量的準確性與穩定性。

         ｃ ）不需要進行零點遷移計算。

         ｄ ）電子遠傳液位變送器系統除了液位計算之外，還提供額外的過程優化控制信息，如來自每個壓力傳感器讀數的實時訪問和液位或體積測量的比例輸出等，提高了儀表的可用性。

 

２．２．２　 敞口容器

         當測量敞口容器臟污介質的液位時，宜選用非接觸的雷達液位計。雷達液位計是基于電磁波反射原理來測量液位，通過向液面發射電磁波并接收反射回波，通過檢測發射波與返回波的時差或頻率差來計算出液面的高度。雷達液位計主要分為兩大類：發射固定頻率電磁波的脈沖型雷達液位計；發射連續波的連續調頻式雷達液位計。脈沖式雷達液位計依據結構的不同又可以分為兩種：天線型和導波型。天線型雷達液位計采用天線發射電磁波，而導波型雷達液位計則通過桿式或纜式導波管來發射電磁波。在進行雷達液位計的選型時，需要針對不同的實際工況擇優選取zui適合的雷達液位計類型。

 

         粉煤加壓氣化項目中，沉渣池為典型的敞口常壓容器，在進行液位計的選型時，由于介質是臟污懸濁的渣水，為避免與介質接觸，選用天線式的脈沖型雷達液位計。天線的形式選擇喇叭口式，喇叭口式的天線開口尺寸較小且聚集效果好，是目前zui常采用的天線形式，在容器頂部法蘭安裝。

 

３　 結束語

         雖然液位計的種類復雜多樣，測量原理各有千秋，測量精度、使用壽命與便捷程度都在逐漸增強，但是并沒有萬能的液位計，都有其自身的優缺點及適用的范圍。在實際使用中，需要緊密聯系項目實際條件，根據不同的工況環境、測量要求等，綜合液位計自身的特點與適用性，并結合現場實際應用經驗與效果，合理選擇性價比zui高的液位計。

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