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    磁翻板液位計等液位儀表在粉煤加壓氣化裝置中

    時間:2021-06-05

    液位測量是粉煤加壓氣化裝置自動控制系統的重要組成部分。在詳細分類液位計的基礎上,對粉煤加壓氣化工程中常用的液位計進行了綜合比較。詳細闡述了滾動位計的選擇步驟,針對粉煤加壓氣化工藝,結合各液位計的測量原理,完成了不同介質的儀器選擇,并根據現場實際使用效果進行了分析和改進。
    粉煤加壓氣化技術是目前廣泛應用的先進氣化技術,是將原料粉磨干燥后,加壓輸送到航天氣化爐中,與氧氣、蒸汽反應,產生有效成分為氫、一氧化碳的粗合成氣的過程。氣化工程整體工藝流程長,相關工藝介質多,現場情況復雜,其中需要進行液位測量的介質主要有汽水、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不同。根據測量要求和測量條件,必須合理選擇合適的液位計,以保證良好的測量效果。
    常用液位計的性能比較。
    當前粉煤加壓氣化工程中常用的液位計有:磁翻板式、差壓式、雙法蘭式、磁致伸縮式、雷達式等。這些液位計各有特點,各有優缺點,其性能對比結果見表1所列。
    二是液位計的選擇和分析改進。
    在選擇液位計時,除了滿足HG/T20507-2014{HG/T20507-2014自動儀表選擇設計規范中的液位計選擇規定外,還應從以下幾個方面綜合考慮:
    1)首先要確定被測介質,包括介質的類型、狀態、工藝參數、清潔度、腐蝕性、導電性等。
    2)確定被測介質所在的容器或設備,包括是開口的還是封閉的,容器的直徑、長度、寬度、高度、壁厚、保溫層的形狀和尺寸等。,以及它是否可以打開。
    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,包括儀器采購成本、安裝成本、長期運行維護成本等。在實際項目設計過程中,應按照以上四個步驟綜合考慮,完成液位計的合理選擇。
    2.1清潔水液位測量。
    在粉煤加壓氣化過程中,冷卻水和冷凝水是干凈的介質。如果測量介質的液位沒有特殊情況,可以選擇普通的差壓液位計。差壓液位計利用流體靜力學原理,通過測量流體的壓差計算液位,如圖1所示。該方法簡單方便,但精度和穩定性不高,測量結果受介質密度影響。為了滿足測量精度,往往需要補償或采用組合儀表測量方案。
    2.1.1測量燒嘴冷卻罐的液位。
    對于一些重要場合,如燒嘴冷卻水箱,由于其液位需要聯鎖控制,設計時使用3個差壓液位變送器,并配備1個現場顯示的玻璃管液位計或磁翻板液位計。3個差壓液位計3取中或3選2參與聯鎖順序控制?,F場液位計不僅可以直觀地顯示液位,還可以與差壓液位變送器檢測到的液位值相互校正,進一步保證測量的準確性。
    2.1.2測量汽包液位。
    應特別注意中壓蒸汽包裝液位的測量。蒸汽包裝中的介質主要是蒸汽和蒸汽包裝水兩相,溫度可達450℃,壓力可達5.4兆帕。在過去的設計和選擇中,為了補償蒸汽包裝中溫度和壓力對測量結果的影響,普通的差壓液位計安裝了雙室平衡容器。雙室平衡容器差壓液位計的測量原理:利用T型連通器將蒸汽包裝中水位產生的壓力與平衡室內形成的參考水柱產生的壓力進行比較,從而獲得實際液位的差壓值。
    原設計方案方案是為汽包設置2組液位測量儀,1組為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組為2臺磁性翻板式液位計,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、連通管采取必要的保溫伴熱措施。這種選型設計,雖然能滿足測量精度的要求,但相應地增加了采購成本,而且根據項目應用的實際反饋,現場存在漏點多,安裝維修復雜等問題。
    所以在新的伊泰杭錦旗項目中,由于項目所在地晝夜溫差大,冬季環境溫度極低,改為側裝3臺磁致伸縮式液位計,并配有磁翻柱顯示器,以取代原有的差壓式測量方案。磁致伸縮式液位計主要根據磁致伸縮原理工作,工作原理如圖2所示,由傳感器電路沿磁致伸縮線(波導線)產生電流脈沖,在磁致伸縮線周圍形成環形磁場,當其與浮子內永磁鐵產生的縱向磁場重疊時,會在浮子位置產生一個扭轉脈沖回流到傳感器的探頭。測量起始脈沖和回流脈沖的時間差,以確定浮子的位置,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、維護方便、安全性高等優點,但安裝時應注意:檢測桿應垂直,不能彎曲;做好接地屏蔽工作,以免電磁干擾影響測量效果。
    2.灰/黑水液位測量。
    在粉煤加壓氣化工程中,需要測量黑水介質液位的容器主要有:氣化爐冷卻室、合成氣洗滌塔、高壓閃蒸罐、低壓閃蒸罐等。涉及灰水介質液位測量的設備主要有灰水槽、渣鎖沖洗罐等。這種介質的共同特點是污垢、懸浮固體顆粒、高粘度和腐蝕性。普通差壓液位計很難滿足這種介質的測量,通常采用非直接測量方法。
    2.2.1封閉容器。
    就拿氣化爐激冷室和合成氣洗滌塔來說,根據實際情況,它們的壓力都在4MPa左右,溫度高達200℃,都是封閉的容器,對壓力的干擾比較敏感,而且罐體尺寸也比較大,因此雷達液位計不適用。經綜合考慮,對此類介質選用雙法蘭式差壓式液位計,并配有吹掃式沖洗裝置。同樣,由于這兩種設備的液位都是非常重要的控制和安全聯鎖信號,因此采用了三種聯合測量方法。
    1)雙凸緣差壓液位計。與普通差壓液位計相比,隔膜密封差壓液位變送器可以通過毛細管傳導雙凸緣隔膜上感知的壓差,送到變送器,然后轉換成標準信號輸出。根據現場實際使用效果,雙凸緣差壓液位計基本可以滿足測控要求,但仍存在一些弊端:
    毛細管的長度不能太長,單根管的長度一般不能超過10Ill_,否則在測量過程中會受到溫度的影響而產生誤差。而且罐體的尺寸高度一般在5米以上,安裝發射機時要慎重考慮,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,在溫度和晝夜溫差較大的地區,如內蒙古,還應考慮保溫。
    c)對薄膜的材質要求很高。為了防止腐蝕和氫脆現象,需要選擇316L鍍金薄膜,成本高。同時,由于介質容易沉積,安裝清洗清洗裝置后,需要定期清掃更換薄膜,保證測量精度。
    2)改進的電子遠程液位變送器。后續項目采用改進的電子遠程液位變送器,測量原理如圖3所示。這種電子遠程液位變送器取消了傳統的毛細管引壓方式,采用主、副兩種壓力傳感器,分別安裝在容器的底部和上部,用于測量高低壓側的壓力。兩個壓力傳感器以CAN總線的形式連接在一起,將副傳感器接收到的壓力信號傳遞給主傳感器進行差壓計算,計算完成后轉換為標準的4~20毫安信號輸出。
    目前,該設計方案已應用于伊泰杭錦旗項目,采用羅斯蒙特3051SERS電子遠程傳輸變送器系統,2個3051SAM壓力變送器和1199系列密封系統。其優點是:
    取消了導壓管和毛細管,無需額外的保溫伴熱措施,簡化了設備的安裝,減少了設備的跑、冒、滴、漏現象,減少了現場儀器的維修工作量,全面提高了整個設備的環保質量。
    b)采用電子遠程傳輸系統,用CAN總線代替傳統機械管道,縮短響應時間,減少響應時間。
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