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

 

　　1 氨球罐液位計的重要性

 

　　青海云天化國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)40萬噸/年。液氨易揮發(fā), 又稱為無水氨, 是一種無色液體。氨作為一種化肥生產(chǎn)的重要原料, 為運(yùn)輸及儲存便利, 通常將氣態(tài)的氨氣通過加壓或冷卻得到液態(tài)氨, 儲存在液氨球罐。儲存液氨的球罐內(nèi)部溫度略低于環(huán)境溫度。液氨屬堿性, 對銅有強(qiáng)腐蝕性, 液氨球罐屬重大危險源, 不能隨便在氨球罐上開安裝口, 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), 故氨球罐液位計的測量準(zhǔn)確性和精度也突顯其重要性。

 

　　2 氨球罐液位計選型的實施步驟

 

　　青海云天化國際化肥有限公司的液氨球罐原來設(shè)計有氨球罐液位測量使用的鋼帶液位計, 但是由于其現(xiàn)場指示部分的齒輪的材質(zhì)問題以及液氨的強(qiáng)腐蝕性, 長時間運(yùn)行后銹蝕嚴(yán)重, 無法正常使用。因此決定換型, 進(jìn)行實驗安裝測試。

 

　　2.1 選用雷達(dá)液位計

 

　　液氨存儲在球罐中, 如果要完整地測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)液位計安裝原則是不能安裝在中心位置[1]。如果安裝在中央, 會產(chǎn)生多重虛假回波, 干擾回波會導(dǎo)致信號丟失。

 

　　結(jié)論:在實驗中雷達(dá)液位計無法加裝閥門, 維修、維護(hù)難度大且導(dǎo)波鋼纜上容易附著雜質(zhì)造成信號失真, 因此氨球罐液位計選用雷達(dá)液位計不合適。

 

　　2.2 選用差壓變送器式液位計

 

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

 

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

 

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

　　圖1 法蘭式差變測液位示意圖

 

　　2.3 選用磁翻板液位計

 

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

 

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

 

　　2.4 選用伺服式液位計

 

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

 

　　當(dāng)液位靜止的時候, 測量的浮子處于相對靜止?fàn)顟B(tài)。這時測量鋼絲、測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)下測量鋼絲上的張力為某一個定值, 力傳感器不斷地檢測到平衡張力為該定值對應(yīng)的頻率值。當(dāng)液位下降的時候, 測量浮子所受浮力減小, 這時測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)帶動測量鼓逆時針轉(zhuǎn)動, 伺服電機(jī)以微米級的步幅放下測量鋼絲, 測量浮子不斷地跟蹤液位下降的同時, 計數(shù)器記錄了伺服電機(jī)的轉(zhuǎn)動步數(shù), 并自動地計算出測量浮子的位移量, 這就是液位的變化量。

 

　　結(jié)論:自2013年更換伺服式液位計以來, 基本沒有維護(hù)項目, 除每年氨球罐的安全檢測需提起浮筒到浮筒腔內(nèi), 近四年觀察液位測量均準(zhǔn)確無誤。

 

　　伺服式液位計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, 因其測量精度高、穩(wěn)定性好, 因此常用于計量交接應(yīng)用。在安全方面, 伺服式液位計采用磁耦合技術(shù), 將電氣部分與氨完全密封隔絕, 保證了現(xiàn)場應(yīng)用的安全, 這一技術(shù)的可靠性在國外用戶現(xiàn)場已經(jīng)得到充分證明。但伺服液式位計安裝也是比較困難, 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) 液位計根部閥一定要選質(zhì)量可靠且有保證的閥門。

 

　　(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量, 二是很多儲罐有一個“死液位” (如:出料口位置決定了低于這個位置的物料不會發(fā)生變化) , 液位計的零位通常在“死液位”以上。

 

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

 

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