淺析碳化塔上部液位測量控制的解決方案

 

        碳化塔上部液位控制是碳化塔操作的主要內容之一。液位過高會造成尾氣帶液嚴重，氨鹽水損失增大，中和水或氨鹽水進入尾氣支管和總管，會造成尾氣支管和總管生成ＮａＨＣＯ３結晶，堵塞尾氣管道；液位過低則出氣ＣＯ２濃度高，ＣＯ２損失加大，碳化塔容積利用系數降低，降低了碳化塔的生產能力。液位過低碳化塔上部預碳化不夠，結晶差，鹽耗高，濾過損失大，重堿水分高等，同時又浪費了壓縮機的生產能力。本文通過一組典型生產數據分析碳化塔上部液位對純堿生產指標的影響，簡要介紹碳化塔上部液位測量、控制方法。

 

１　碳化塔上部液位對生產指標的影響

１．１　碳化塔上部液位對尾氣濃度的影響

通過對清洗塔液位與尾氣ＣＯ２濃度測試發現：

        １）清洗作業時，清洗塔能夠保持高液位，尾氣ＣＯ２濃度２％，以清洗氣總量１７　０００Ｎｍ３／ｈ，中段氣６　８００Ｎｍ３／ｈ，清洗作業時尾氣中排放的ＣＯ２（以１００％ＣＯ２計）為４６０Ｎｍ３／ｈ。清洗作業時清洗氣排放總量為１３　５２４Ｎｍ３／ｈ，屬于較為理想狀態。

        ２）碳化塔制堿作業時，由于沒有液位測量及控制，存在單塔、多塔尾氣ＣＯ２濃度較高，尾氣總管ＣＯ２濃度高的情況。

        碳化尾氣總管ＣＯ２濃度控制在５％能夠做到，且為效果較好狀態。如若碳化塔上部液位控制不穩定，對應各種尾氣濃度狀況下與尾氣總管ＣＯ２濃度５％相比，從尾氣系統中多排放的ＣＯ２如表３。

        目前碳化塔液位測量無有效手段，實際操作中基本上以塔壓作為控制的標準。由于碳化塔在清洗和制堿作業時阻力是變化的，測量液位試驗時發現，當塔壓值較高時，碳化塔上部仍有可能是無液位，尾氣中ＣＯ２濃度仍然較高。從上表３統計中可以發現：從尾氣中多排放的ＣＯ２與中段氣總量比值依然過高。

 

１．２　碳化塔上部液位對碳化反應的影響

        由于碳化塔上部液位沒有測量手段，為防止冒塔，往往運行在低液位狀態，為提高塔壓，人為增加碳化尾氣壓力，塔壓雖然達到要求，但實際液位不夠，這就導致制堿塔作業時有效容積利用率不高。中和水在碳化塔上部預碳化不夠，結晶位置下移，到達出堿口時結晶小，在塔內停留時間短。由于重堿結晶小，造成了濾過損失加大，濾堿機后重堿水分高，加大了后續煅燒爐的負荷。

 

１．３　碳化塔上部液位對爐氣系統的影響

        由于重堿結晶小，煅燒后輕灰粒度小，被爐氣帶走更多堿塵，經過煅燒進入熱堿液系統較多，造成熱堿液系統膨脹，給爐氣處理系統增加負擔。

 

１．４　碳化塔上部液位對壓縮機組能力的影響

        碳化塔運行在低液位狀態，導致碳化尾氣總管ＣＯ２濃度高，表３數據可以得知，浪費了８．７５％～１５．８４％的折標中段氣總流量，浪費了壓縮機組的能力，增加了能源消耗。

 

２　碳化塔上部液位測量

２．１　碳化塔上部所處環境特性

        １）氣體、液體、固體三相共存；

        ２）湍流嚴重；

        ３）腐蝕性強；

        ４）對測量元件沖刷嚴重；

        ５）死角易沉積，生產過程有堿疤產生。

 

２．２　傳統液位測量方法及存在問題

        差壓法：由于介質本身特性（氣體、液體、固體三相共存）對測量膜片沖刷嚴重，導致雙法蘭變送器膜片使用壽命較短（初步統計碳化塔液位變送器使用壽命均小于１２個月），為確保碳化塔液位測量，頻繁更換雙法蘭變送器。大、中型純堿企業均為多塔分組，并聯作業方式，雙法蘭變送器數量多，更換費用高。

 

        玻璃管液位計：上、下接口存在死角易沉積，正常使用時間短，無法長期正常使用。視鏡：由于介質湍流嚴重，氣、液、固三相無法確定液面，不能對碳化塔上部液位進行有效控制。

 

２．３　新的液位測量方案

        等壓管：利用連通器原理，在碳化塔上部液位測量區域建立穩定、等效的便于測量的液面，使用材料符合介質腐蝕性要求、口徑符合測量儀表要求、內部防粘附，便于和碳化塔上部沖洗孔連接，壓力等級符合碳化塔要求。

 

        測量儀表：選擇導波雷達液位計，導波桿選擇滿足介質腐蝕性要求。

        測量系統組成：定制的等壓管和導波雷達構成了碳化塔上部液位測量系統。

 

        經過試驗碳化塔上部液位測量系統能夠長期運行穩定。

 

３　碳化塔上部液位控制方法

        首先要穩定碳化塔尾氣總管壓力，始終處于一個恒壓狀態。清洗作業時，碳化塔上部液位控制變量為進塔氨鹽水流量；制堿作業時，碳化塔上部液位控制變量為進塔中和水流量。單塔試驗：在確保不冒塔前提下，找出碳化尾氣濃度與塔上部液位關系，并對所有碳化塔進行試驗，找到每臺碳化塔上部液位zui佳控制點。對已投入優化控制的，改塔壓控制為液位控制，并根據試驗情況設置優化控制指標，能達到較理想效果。