祝茂忠

(青海五彩堿業(yè)有限公司，青海 海西 816200)

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外測液位計(jì)在液氨球罐上的應(yīng)用

祝茂忠

(青海五彩堿業(yè)有限公司，青海 海西 816200)

針對液氨具有可急劇蒸發(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(jì)，如鋼帶液位計(jì)、后壓差液位計(jì)、磁翻板液位計(jì)、伺服液位計(jì)在使用過程中的缺陷，且上述液位計(jì)安裝與維護(hù)時，均需清罐、開孔、動火，增加了泄漏點(diǎn)，帶來了一定的安全隱患。在液氨球罐上選用外測液位計(jì)，該液位計(jì)安裝簡單，非接觸式測量液位，能自動校準(zhǔn)、微振動分析，解決了液氨球罐液位測量的難題。

液氨 球罐 精確液位 外測液位計(jì) 微振動分析

青海五彩堿業(yè)有限公司是一家純堿生產(chǎn)能力為1.10Mt/a的化工企業(yè)，公司主要生產(chǎn)工業(yè)用重質(zhì)純堿。重質(zhì)純堿素有“化工之母”的稱號，在國民經(jīng)濟(jì)發(fā)展中起著非常重要的作用，其產(chǎn)量和消費(fèi)量通常被作為衡量一個國家工業(yè)發(fā)展水平的標(biāo)志之一。

1 概 述

在純堿生產(chǎn)過程中，氨作為主要原料，液氨的存儲設(shè)備——液氨球罐成為制堿企業(yè)內(nèi)的重要設(shè)備。常態(tài)下，氨氣為無色氣體，有刺激性惡臭，容易被液化，在升溫或降低壓力時，液氨可急劇蒸發(fā)并吸收大量的熱。氨水有一定的腐蝕作用，碳化氨水的腐蝕性更加嚴(yán)重，容易造成管道、閥門等設(shè)備的損壞，導(dǎo)致氨泄漏。氨能灼傷皮膚、眼睛、呼吸器官的粘膜，人吸入過多，會引起肺腫脹，乃至死亡。氨氣爆炸極限為16%～25%，最易引燃體積分?jǐn)?shù)值為17%。

根據(jù)國務(wù)院安全生產(chǎn)委員會《關(guān)于深入開展涉氨制冷企業(yè)液氨使用專項(xiàng)治理的通知》(安委[2013]6號)、國家安全監(jiān)管總局《關(guān)于公布首批重點(diǎn)監(jiān)管的危險(xiǎn)化學(xué)品名錄的通知》(安監(jiān)總管三[2011]95號)、《關(guān)于公布重點(diǎn)監(jiān)管的危險(xiǎn)化工工藝目錄的通知》(安監(jiān)總管三[2009]116號)的要求，對使用重點(diǎn)監(jiān)管的危險(xiǎn)化學(xué)品數(shù)量構(gòu)成重大危險(xiǎn)源的企業(yè)的生產(chǎn)儲存裝置，應(yīng)裝備自動化控制系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)對氨氣濃度、溫度、壓力、液位等重要參數(shù)的實(shí)時監(jiān)測。

液氨作為國家指定的重大危險(xiǎn)源之一，液氨液位的實(shí)時監(jiān)測對于化工企業(yè)的安全生產(chǎn)非常重要。液氨的存儲需帶壓和低溫，因而液氨球罐的液位測量長期以來困擾著制堿企業(yè)，常規(guī)的液位計(jì)使用效果均不夠理想。最初安裝的鋼帶液位計(jì)，由于罐內(nèi)液氨的強(qiáng)腐蝕性，使用不長時間就會出現(xiàn)浮子和鋼帶卡死、斷裂損壞導(dǎo)致不能使用，維護(hù)又需停產(chǎn)、清罐，非常不便，現(xiàn)在已經(jīng)停用。后來該公司又選用了差壓變送器進(jìn)行輔助測量，利用上、下壓力差的變化測量液位，由于容器下部的壓力計(jì)無法在罐體取壓，只能裝在罐底排污管或介質(zhì)排出口上，易造成堵塞或產(chǎn)生負(fù)壓，達(dá)不到精確測量液位的目的。之后，又試用了帶遠(yuǎn)傳的磁翻板液位計(jì)和伺服液位計(jì)，使用效果也不理想。

液氨球罐帶壓低溫，屬于比較特殊的容器，不便在罐體上開孔和動火，其他投入式液位測量儀表安裝和使用也不方便，使得液氨球罐的液位測量問題一直無法徹底解決，不能達(dá)到令人滿意的效果。2014年該公司決定試用西安定華ELL-FI外測液位計(jì)，該外測液位計(jì)可以實(shí)現(xiàn)完全非接觸測量，液位測量頭安裝在容器外就能監(jiān)測罐內(nèi)液體的液位高度，不受罐內(nèi)壓力、溫度以及介質(zhì)密度的影響。

2 應(yīng)用狀況

2014年，該公司在3個直徑9.2m，容積407m3的液氨球罐上安裝了3臺ELL-FI外測液位計(jì)，使用至今，儀表液位跟蹤準(zhǔn)確，運(yùn)行可靠。該外測液位計(jì)實(shí)現(xiàn)了隔離測量，在罐外就能對罐內(nèi)液氨液位進(jìn)行監(jiān)測，而且安裝方便安全、調(diào)試簡單，無需開罐、清罐，不在罐上開孔，不動火，不停車不影響正常生產(chǎn)，得到了現(xiàn)場運(yùn)行人員以及儀表維護(hù)人員的一致認(rèn)可。

3 幾種液位計(jì)的工作原理

3.1 外測液位計(jì)

ELL-FI外測液位計(jì)為智能化的現(xiàn)場儀表，液位測量頭吸附于儲罐底部，儀表隔爆主機(jī)安裝在被測容器附近，以4～20mA信號，HART協(xié)議、Modbus現(xiàn)場總線、工業(yè)以太網(wǎng)方式進(jìn)行遠(yuǎn)傳輸出。

3.1.1 外測液位計(jì)測量原理

外測液位計(jì)是利用聲納測距原理和“微振動分析”技術(shù)從容器外測量液位的儀表，無需在罐壁上開孔，不用法蘭，不接觸罐內(nèi)的液體和氣體，實(shí)現(xiàn)了在線安裝、在線維護(hù)。

1) 聲納測距原理。該原理是ELL外測液位計(jì)的基礎(chǔ)，由吸附于儲罐底部的液位測量頭發(fā)射聲波，穿透罐壁并在罐內(nèi)液體介質(zhì)內(nèi)傳播，到達(dá)液面反射形成回波，回波信號到達(dá)罐底，穿透罐壁，再由液位測量頭接收返回的聲波信號，傳回主機(jī)。

2) “微振動分析”技術(shù)。該技術(shù)是西安定華的核心專利技術(shù)，是ELL外測液位計(jì)準(zhǔn)確測量、可靠運(yùn)行的保證。由于存在不同工況的差別，例如：不同的罐型、不同的罐內(nèi)沉積程度、不同的介質(zhì)特性等，會造成吸附于罐壁外的液位測量頭接收到的回波信號不僅有液面信號，還有一些其他干擾信號，例如盲區(qū)信號、遮擋物信號等。擁有“微振動分析”技術(shù)的ELL外測液位計(jì)會自動判斷正確的液位信號，并始終跟蹤該信號顯示準(zhǔn)確的液位。

3) 自動校準(zhǔn)功能：

a) 自動校準(zhǔn)原理。當(dāng)同一種液體的液體成分、密度變化較大時，液體內(nèi)聲波的傳播速度也會隨之產(chǎn)生變化，由此可能帶來測量誤差。為了確保儀表的測量精度，可在容器內(nèi)加裝校準(zhǔn)器，用校準(zhǔn)測量頭1測量校準(zhǔn)器內(nèi)液柱的標(biāo)準(zhǔn)長度，標(biāo)準(zhǔn)長度是1m，如圖1所示。由于校準(zhǔn)測量頭和液位測量頭的工作方式相同，可通過速度=距離/時間，得到聲波在校準(zhǔn)器內(nèi)液體里的傳播速度。

圖1 外測液位計(jì)在球罐內(nèi)安裝校準(zhǔn)器的示意

b) 由于校準(zhǔn)器內(nèi)液體與容器內(nèi)液體連通，因而校準(zhǔn)器內(nèi)液體溫度、成分和容器內(nèi)液體一致，聲波在其中的傳播速度也相同，所以可以得到當(dāng)前環(huán)境下聲波在容器內(nèi)介質(zhì)中的準(zhǔn)確傳播速度。液位計(jì)會自動選用修正后的聲波傳播速度進(jìn)行計(jì)算。校準(zhǔn)器內(nèi)液柱長度是標(biāo)準(zhǔn)的1m，校準(zhǔn)器此時就相當(dāng)于一把標(biāo)尺，校準(zhǔn)測量頭1不斷把通過標(biāo)尺得到的結(jié)果送至CPU，CPU會根據(jù)該結(jié)果計(jì)算出液面的準(zhǔn)確高度，這樣得出的液面高度就不會受到液體溫度和成分變化的影響。

c) 如果容器內(nèi)無條件加裝校準(zhǔn)器，可將校準(zhǔn)測量頭2裝在球罐赤道位置，將容器已知的確切直徑作為標(biāo)尺來實(shí)現(xiàn)自動校準(zhǔn)。

3.1.2 技術(shù)優(yōu)勢

聲納是一種液體中的測距技術(shù)，在100多年前就得到應(yīng)用，發(fā)展至今“聲納測距”可靠性很高。ELL外測液位計(jì)可在不同波強(qiáng)、波長及波頻的聲波系列中，找到穿透能力最強(qiáng)、抗干擾能力最好的聲波，目前該液位計(jì)已廣泛應(yīng)用于石油、化工企業(yè)，解決了很多企業(yè)的“?；贰币何粶y量。

3.2 差壓液位計(jì)

差壓液位計(jì)是通過測量高、低壓力差，計(jì)算出測量容器中的液位壓力來進(jìn)行液位的測量，再由轉(zhuǎn)換部件轉(zhuǎn)換成電流信號傳送到控制室的控制系統(tǒng)。差壓式液位計(jì)主要用于密閉、有壓容器的液位測量。液位高度隨上、下差力壓的變化而變化。

3.3 鋼帶液位計(jì)

鋼帶液位計(jì)是利用浮力原理，將1個浮球或浮盤放入被測罐中，浮球或浮盤浮于液體表面，隨液面的上、下移動而移動，同時帶動連接其上的鋼帶，鋼帶發(fā)生位移，計(jì)數(shù)器通過記錄鋼帶上的刻度變化來顯示液位。變送器則通過鋼帶上不同液位對應(yīng)的不同孔、洞組合判斷液位高度，并進(jìn)行遠(yuǎn)傳輸出。

3.4 磁翻板液位計(jì)

磁翻板液位計(jì)是利用連通器原理，由主體管、浮球、翻柱顯示器和電氣部分組成。主體管是容納浮球的腔體，通過法蘭或其他接口與容器組成1個連通器，所以腔體內(nèi)的浮球會隨著容器內(nèi)液面的升降而升降；在腔體的外面裝了1個翻柱顯示器，由一排鐵鉻鈷永磁片組成，一面白色，一面紅色；浮球沉入液體與浮出部分的交界處安裝了永磁磁鋼，它與浮球隨液面升降時，其磁性透過外殼傳遞給翻柱顯示器的磁片，推動磁片翻轉(zhuǎn)180°，兩色交界處即液面的高度。

3.5 伺服液位計(jì)

伺服液位計(jì)利用阿基米德原理，采用高精度力傳感器、高精度伺服電機(jī)系統(tǒng)和測量磁鼓，通過測量浮子所受浮力的增減所引起的鋼絲拉力的變化，由控制器發(fā)出指令，伺服電機(jī)以一定的步幅帶動測量磁鼓轉(zhuǎn)動，并帶動浮子不斷地跟蹤液位的變化，同時計(jì)數(shù)器記錄了伺服電機(jī)的轉(zhuǎn)動步數(shù)，并自動地計(jì)算出測量浮子的位移量，即液位的變化量。

4 安裝要求

根據(jù)液位計(jì)的不同特點(diǎn)，安裝方式也各不相同。

1) 外測液位計(jì)。由于安裝在罐體外部，不需要破壞罐體結(jié)構(gòu)，儀表使用很安全，既無需在罐上開孔，也不需要現(xiàn)場動火，只需用測量頭的強(qiáng)力磁環(huán)吸附在罐體上。儀表主機(jī)只需要固定在現(xiàn)場的立管上即可，安裝、拆卸方便，儀表達(dá)到ExdⅡBT6、CT6級防爆，WF1級防腐，IP65～I(xiàn)P67級防水，完全可以適用于液氨球罐的現(xiàn)場工況。

2) 差壓液位計(jì)。提前預(yù)留法蘭孔，安裝需要引壓管連接，有一定安全風(fēng)險(xiǎn)。精度較低，需頻繁對壓力表進(jìn)行標(biāo)定。

3) 鋼帶液位計(jì)。開孔安裝，一般用于常壓容器，安裝要求高，需要專業(yè)人員現(xiàn)場安裝調(diào)試。

4) 磁翻板液位計(jì)。需開法蘭孔安裝，量程一般大于3m，需要多個磁翻板顯示器連接，需多開法蘭孔，增加泄漏隱患。

5) 伺服液位計(jì)。提前預(yù)留法蘭孔，安裝前需要在罐內(nèi)裝導(dǎo)管，每年需要重新標(biāo)定一次零點(diǎn)。

5 結(jié)束語

目前，該公司使用ELL外測液位計(jì)近3a。由于國家規(guī)范的要求，“?；贰眱奚闲柰瑫r安裝兩種或兩種以上不同原理的液位計(jì)，因而該公司液氨球罐上還裝了雷達(dá)液位計(jì)。根據(jù)運(yùn)行效果比對，ELL外測液位計(jì)運(yùn)行更穩(wěn)定，測量更精確，維護(hù)量更小，對液氨球罐區(qū)的穩(wěn)定、安全運(yùn)行起到了積極的作用。

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祝茂忠，現(xiàn)就職于青海五彩堿業(yè)有限公司，從事氨堿法純堿生產(chǎn)技術(shù)及管理工作20余年，任工程師。

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1007-7324(2016)05-0075-03

稿件收到日期：2016-06-26，修改稿收到日期：2016-08-06。