摘 要 介紹甲醇制穩(wěn)定輕烴裝置的副產(chǎn)品重烴的儲罐液位測量儀表,從采用雷達液位計到差壓變送器直至#終采用磁致伸縮液位計的技術改造過程,總結了這 3 類儀表的應用情況。
某甲醇制穩(wěn)定輕烴裝置的副產(chǎn)品主要是含C10 以上的重烴餾分,為無色透明液體,芳香烴氣味。該裝置副產(chǎn)品重烴產(chǎn)品設計采用兩臺固定頂儲罐存儲,儲罐直徑 11.5m,高 10.0m。操作條件為:壓力近似為常壓,溫度值為 77. 2℃,操作密度為836. 8kg/m 3 。重烴儲罐液位設計采用一體式雷達液位計進行測量,儀表的測量范圍 0 ~ 10m,精度 ±3mm,測量元件形式為喇叭口,材料為 316L,信號傳輸 4 ~20mA 兩線制。該裝置自 2014 年 8月投產(chǎn)至今,兩臺重烴儲罐液位測量儀表進行了多次應用型改造,現(xiàn)就改造過程中 3 類儀表的應用情況進行分析總結。
1 雷達液位計
雷達液位計采用發(fā)射 - 反射 - 接收的工作模式 。雷達液位計的天線發(fā)射出電磁波,這些波經(jīng)被測對象表面反射后,再被天線接收,電磁波從發(fā)射到接收的時間 T 與到液面的距離 D 成正比 ,即有:
D = CT/2
式中 C———光速,C =299792458m/s。
按照設計提供的儀表數(shù)據(jù)表,業(yè)主選用了FMR230-14AVJAA4A 型雷達液位計(工作頻率26GHz,測量范圍 0 ~ 10m)作為重烴儲罐液位測量儀表。由于裝置投產(chǎn)初期是 2014 年 8 月,氣溫相對較高,液位測量比較正常,但是進入十月份以后晝夜溫差較大,液位顯示曲線波動極大,實際現(xiàn)場儀表顯示數(shù)字跳變嚴重。儀表維護人員隨后拆除儀表,發(fā)現(xiàn)雷達液位計喇叭口天線處有厚約5mm 的結晶。分析原因是,重烴介質(zhì)在夜間低溫下發(fā)生結晶,結晶體阻礙了雷達波信號的傳遞,26GHz 的雷達信號不足以穿透結晶物體反饋回儀表接收模塊,而白天溫度高,結晶融化或脫落時又能夠正常測量,所以測量數(shù)據(jù)跳變嚴重,曲線波動大。
根據(jù)雷達波的反射特性,業(yè)主從其他裝置借用了一臺 OPTIFLEX2200 C 型導波雷達液位計(單纜 2mm/316)進行試驗。安裝導波雷達后,觀察了一個月左右,發(fā)現(xiàn)導波鋼纜與法蘭下沿處依然有介質(zhì)結晶,無法平穩(wěn)地進行液位測量。
由以上分析可知,重烴介質(zhì)低溫結晶的固有性質(zhì)是導致雷達波測量儀表不能正常使用的直接原因。為了解決這類問題,業(yè)主對儲罐頂部的儀表法蘭接口處進行保溫處理,shou先加強了電伴熱帶加保溫材料的保溫措施,但因工廠處于沿海地帶,海風較強烈,氣溫又低,這樣的措施還是不能保證介質(zhì)不結晶;其次加裝了蒸汽吹掃管道,期望用蒸汽融化結晶介質(zhì),但結晶部位距離雷達液位計表頭很近,蒸汽對儀表電路部分也有影響,因而這種措施影響了儀表的使用壽命,也耗費蒸汽,使用效果并不理想。
可見,雷達反射(包括超聲波)類儀表不適合此類介質(zhì)儲罐液位的測量。
2 吹氣式液位計
吹氣式液位計是非直接接觸式液位測量儀表,其工作原理為:在敞口容器中插入一根吹氣管,作為氣源的空氣經(jīng)由過濾器過濾,可調(diào)減壓器(其作用是將供氣壓力減至某一恒定值,恒定壓力的大小根據(jù)被測液位高度而定)減壓,保證吹氣入口壓力恒定。潔凈空氣再經(jīng)浮子流量計、恒流閥和吹氣管路吹入被測液體中,吹氣流量由浮子流量計指示,流量大小由浮子流量計上的流量調(diào)節(jié)閥設定,恒定流量的氣體從插入液體的吹氣管下端口逸出,鼓泡并通過液體排入大氣。當吹氣管下端有微量氣泡(每分鐘約 150 個)排出時(因氣泡微量且氣體流速較低,可忽略空氣在吹氣管中的沿程損失,這樣吹氣管內(nèi)的氣壓幾乎與液位靜壓相等),由差壓變送器指示的壓力值 p 即可反映液位高度 h,即有:
p = ρgh
吹氣式液位計測量原理的本質(zhì)就是把液位測量轉變成了壓力的測量 。
由于采用雷達液位計測量重烴儲罐液位的使用效果差,因而業(yè)主將其中一臺儲罐液位測量儀表改為 MLC 吹氣式液位計,其管路連接如圖 1 所示。經(jīng)過兩個多月的觀察,其趨勢曲線基本平穩(wěn),測量數(shù)據(jù)基本準確。但進入 12 月以后,隨著夜間氣溫的驟降,出現(xiàn)了每天早上 8 點左右測量數(shù)據(jù)有 2 ~3cm 規(guī)律波動的現(xiàn)象。
經(jīng)現(xiàn)場分析、測試發(fā)現(xiàn),儀表配套的差壓變送器系液位計廠家自產(chǎn),溫差變化對其電子元件影響很大,產(chǎn)生了測量漂移。后由液位計廠家更換為知名大品牌差壓變送器,解決了溫差引起的儀表漂移問題,截至目前,該儀表的測量趨勢平穩(wěn)。
經(jīng)典的吹氣法液位測量是依據(jù)差壓式液位測量原理進行設計的,其輸出壓力能夠自動跟隨吹氣管出口壓力的變化而變化。調(diào)試該類儀表的關鍵在于壓縮空氣流量的設定、確定溢出氣泡、保證管路安裝的氣密性和差壓變送器的穩(wěn)定性,由于機械結構多所以要求密封性要好。該類儀表適用于有腐蝕性、粘度較大、易結晶及高溫等介質(zhì)液位的測量。缺點是精度較低(2. 5% ~ 4. 0%)、調(diào)試繁瑣,并且消耗一定量的壓縮空氣,遇到停氣的情況時維護量大,易損件也較多 。
3 磁致伸縮液位計
磁致伸縮液位計的結構如圖 2 所示,在非磁性探桿內(nèi)裝有磁致伸縮線,磁致伸縮線頂端連接傳感器,當電子元件發(fā)生電流詢問脈沖并開始計時時,該電流脈沖形成的磁場相互作用,在磁致伸縮線上產(chǎn)生一個扭應力波(簡稱返回脈沖),該扭應力波在磁致伸縮線內(nèi)的傳輸速度為恒定值,它以已知的速度從浮子固定磁場的位置沿磁致伸縮線向兩端傳送,頂端傳感器接收到信號,計數(shù)器計算出起始脈沖與返回扭應力波的時間間隔,從而根據(jù)時間間隔和已知速度計算出浮子位置。由于浮子隨液面的改變而同步變化,因此可以計算出液面的高度,即:距離 S 等于速度 V(定值)乘以時間 t,根據(jù)時間 t 的變化就可以計算出距離 S 的變化,從而得出液位值。
為了解決吹氣法測量精度低的問題,業(yè)主將另一臺液位測量儀表改造為 MAT 型軟纜式磁致伸縮液位計。經(jīng)過一個月的觀察發(fā)現(xiàn),液位在上漲時會出現(xiàn)浮子卡頓現(xiàn)象,在液位下降時則比較平穩(wěn)。經(jīng)分析,磁致伸縮導波軟纜重錘未在原雷達導波管內(nèi)穩(wěn)定固定,隨液位變化而擺動,同時浮子在導波纜上下浮動時,由于浮子孔徑和體積不匹配,會接觸到雷達導波管的內(nèi)壁,造成在管內(nèi)浮子卡頓現(xiàn)象,致使顯示液位波動。經(jīng)重新計算,由廠家調(diào)整重錘重量使軟纜垂直穩(wěn)定、更換浮子后,液位卡頓現(xiàn)象基本消除,而儀表本身的精度高、反應靈敏,因而液位的微小變化也能在顯示終端有所反映,使用精度達到 ±1mm。
磁致伸縮液位計克服了液體結晶對測量結果的影響,能夠實時準確地反映液位波動。同時,使用時wuxu更換配件,不需要額外裝置或設備支持儀表運行,使用和操作簡單方便。但由于舊罐改造,軟纜在導波管內(nèi)無法穩(wěn)定固定,導致軟纜輕微波動,如果用于新罐安裝,使用效果會更好一些。
4 結束語
通過對重烴儲罐液位測量儀表的使用、試驗和改造,總結得出:儀表的選型應用一定要結合介質(zhì)的物理化學特性,尤其不能忽略外界環(huán)境的影響。在本應用案例中,雷達等反射波類儀表是主流物位測量儀表,但不適用由于溫度交變易產(chǎn)生結晶的場合;吹氣法液位測量儀表屬于成熟經(jīng)典的測量方式,可以應用在結晶、粘稠和液位變化不劇烈的場合,可以滿足過程控制的需要,但測量精度不高,消耗壓縮空氣,零部件較多,有一定的維護量;磁致伸縮液位計的測量精度( ±0. 38mm 或0. 01%)和靈敏度都很高,維護量很小,有多種安裝方式,可應用于計量要求較高的場合,是測量技術發(fā)展進步的趨勢,但投資略高。總之,每個類型的儀表都有其適合的應用場合和特點,應用中還需要根據(jù)具體案例加以改造,才能得到滿意的測量結果。