粉煤加压气化装置中液位计的选型与改进分析

 

         ＨＴ － Ｌ 粉煤加压气化工艺，是目前广泛应用的xianjin煤气化技术，是将原料煤粉经过磨碎干燥后，加压输送至航天气化炉内，与氧气、蒸汽反应，生成有效成分为氢气、一氧化碳的粗合成气的过程。整个煤气化项目的工艺流程较长，涉及的工艺介质较多，现场工况较复杂，其中需要进行液位测量的介质主要有：汽包水、烧嘴冷却水、灰水、渣水、粉煤等，分别对应不同的容器设备，对测量精度的要求也各不相同。针对不同的测量要求与测量条件，必须合理选择适合的液位计，以保证良好的测量效果。

 

１　 常用液位计的性能对比

         目前在粉煤加压气化项目中常采用的液位计类型主要有：差压式液位计、双法兰式差压液位计、磁致伸缩液位计、磁翻板液位计、雷达液位计等。这几种液位计各有特色，都存在着一定的优势与不足，性能对比结果见表１所列。

 

２　 液位计的选型与分析改进

         在进行液位计的选型时，除了要满足 ＨＧ ／ Ｔ２０５０７ — ２０１４ 《 ＨＧ ／ Ｔ　２０５０７ — ２０１４ 自动化仪表选型设计规范》中有关液位计选型的规定外，应从以下几个方面来综合考虑：

 

         １ ）首先要确定被测介质，包括介质的类型、状态、工艺参数、是否洁净、是否有腐蚀性、是否导电等。

         ２ ）确定被测介质所在的容器或设备，包括是敞口还是密闭容器，容器的直径、长宽高、壁厚、保温层外形尺寸等，是否可以开孔等。

         ３ ）确定测量要求，包括测量精度、测量范围、可靠性、是否参与联锁控制等。

         ４ ）考虑经济因素，包括仪表的购置成本、安装费用、长期运行维护的费用等。

 

         在实际项目设计过程中，要按照以上４个步骤综合考虑，完成液位计的合理选型。

 

２．１　 洁净水液位测量

         在粉煤加压气化工艺流程中，冷却水、冷凝水是干净洁净的介质，测量该介质的液位如无特殊情况，选用普通的差压式液位计即可。差压式液位计是利用流体静力学原理，通过测量流体的压差来计算出液位的高低，其测量原理如图 １ 所示。这种方法简捷、方便，但是准确度与稳定性不高，而且测量结果受到介质密度的影响，为满足测量精度常需要进行补偿或采用组合式仪表测量方案。

 

２．１．１　 烧嘴冷却水罐液位的测量

         对于一些重要的场合，如烧嘴冷却水罐，由于其液位需要参加联锁控制，在设计时采用３台差压液位变送器，并配备 １ 台就地显示的玻璃管液位计或磁翻 板液位 计。 ３ 台差压液位 计 “３ 取 中”或“３选２ ”参与联锁顺控，就地液位计除了能在现场直观地显示出液位外，还与差压液位变送器检测的液位值进行互校，进一步保证测量的准确度。

 

２．１．２　 汽包液位的测量

         需要特别注意中压汽包液位的测量，汽包内的介质主 要 为 蒸 汽 与 汽 包 水 两 相，温 度 zui 高 可 达４５０℃ ，压力为 ５．４ＭＰａ 。在以往的设计选型时，为补偿汽包内温度、压力对测量结果的影响，对普通差压式液位计加装了双室平衡容器。双室平衡容器差压式液位计的测量原理：利用 Ｔ 形连通器将汽包内的水位产生的压力与平衡室内形成的参比水柱产生的压力进行比较，从而得到实际液位的差压值。原设计方案是对汽包设置 ２ 组液位测量仪表， １ 组是３ 台双室平衡容器差压式液位计，“ ３ 取中”参与液位控制，“３ 选 ２ ”参与安全联锁；另 １ 组是 ２ 台磁翻板液位计，对称安装在汽包两侧用于就地直观显示，并综合考虑项目所在地环境温度的影响，对平衡容器、凝汽室、上下引管、连通管均采取必要的保温伴热措施。

 

         这样的选型设计，虽然能够满足测量准确度的要求，但相应增加了购置成本，并且根据项目应用的实际反馈，现场存在泄漏点多、安装与维护较复杂等问题。因此在新的伊泰杭锦旗项目中，由于项目所在地的昼夜温差较大，冬季环境温度极低，改用侧装３台磁致伸缩式液位计并配磁翻柱显示器来替代原先的差压式测量方案。磁致伸缩式液位计主要依据磁致伸缩原理而工作，工作原理如图２所示，由传感器电路沿磁致伸缩线（波导丝）发出电流脉冲，在磁致伸缩线周围形成环形磁场，当其与浮子内的永磁铁产生的纵向磁场发生叠加时，会在浮子位置产生１ 个扭转脉冲回传至传感器的探头。测量起始脉冲

与返回脉冲的时间差来确定浮子的位置，即液面的位置。磁致伸缩液位计具有精度高、使用寿命长、无需调零校准、易维护、安全性高等优点，但是在安装时要注意：探测杆要保证垂直，不能折弯；做好接地屏蔽工作，以免电磁干扰影响测量效果。

 

２．２　 灰／黑水液位测量

         在粉煤加压气化项目中，需要测量黑水介质液位的容器主要有：气化炉激冷室、合成气洗涤塔、高压闪蒸罐、低压闪蒸罐等。涉及灰水介质液面测量的设备主要有：灰水槽、渣锁斗冲洗水罐等。这类介质的共同特点是脏污、含有悬浮固体颗粒、黏度高、具有腐蚀性，普通的差压液位计难以满足此种介质的测量，常采用非直接接触的测量方式。

 

２．２．１　 密闭容器

         以气化炉激冷室与合成气洗涤塔为例，根据实际工况，其压力都在４ＭＰａ左右，温度高达２００℃ ，均为密闭的容器，对压力的干扰比较敏感，且罐体尺寸较高，所以雷达液位计并不适用。经过综合考虑，对这类介质选用双法兰式差压液位计并加装吹扫冲洗装置的测量方案。同理，由于这两种设备的液位都是极其重要的控制与安全联锁信号，所以采取３台液位计联合测量的方式。

 

         １ ）双法兰式差压液位计。隔膜密封式差压液位变送器与普通差压式液位计相比，可通过毛细管来传导双法兰隔离膜片上感测到的压差，送至变送器再转换成标准信号输出。根据现场的实际使用效果，双法兰差压液位计基本能够满足测量与控制的要求，但是仍然存在着一些弊端：

         ａ ）毛细管的长度不能过长，单根一般不超过１０ｍ ，否则在测量时受温度的影响较大会产生误差。而罐体尺寸高度一般都在５ｍ 以上，布置安装变送器时需要慎重考虑以免单侧毛细管过长。

         ｂ ）毛细管内填充液受环境温度的影响，对于有极端温度及昼夜温差较大的地区，如内蒙古等，还要考虑对毛细管的保温。

         ｃ ）对膜片的材质要求较高。为防止腐蚀与氢脆现象，需要选用 ３１６Ｌ 镀金膜片，成本较高。同时由于介质的易沉积性，在加装冲洗吹扫装置后，仍然需要定期清理更换膜片，以保证测量精度。

 

         ２ ）改进的电子远传液位变送器。在后续的项目中采用改进的电子远传液位变送器，其测量原理如图３所示。该种电子远传液位变送器取消了传统的毛细管引压方式，使用主、副２个压力传感器，分别安装于容器的底部与上方，用来测量高低压侧的压力。 ２个压力传感器以 ＣＡＮ总线的方式连接到一起，并且将副传感器接收到的压力信号传至主传感器中进行差压计算，计算完成后转换成标准的４～２０ｍＡ信号输出。

 

         目前在伊泰杭锦旗项目上运用了该种设计方案，采用罗斯蒙特 ３０５１ＳＥＲＳ 电子远传变送器系统，２ 个 ３０５１ＳＡＭ 压力变送器加上 １１９９ 系列密封系统。它的优势在于：

 

         ａ ）取消了导压管与毛细管，不需要再进行额外的保温伴热措施，简化了设备的安装，减少了装置的“跑、冒、滴、漏”现象，降低了现场仪表的维护工作量，全面提高了整个装置的环保质量。

         ｂ ）采用电子远传系统，使用ＣＡＮ 总线替代了传统的机械管路，缩短了响应时间，减少了测量误差的积累，并且测量结果不再受到环境温度的影响，保证了测量的准确性与稳定性。

         ｃ ）不需要进行零点迁移计算。

         ｄ ）电子远传液位变送器系统除了液位计算之外，还提供额外的过程优化控制信息，如来自每个压力传感器读数的实时访问和液位或体积测量的比例输出等，提高了仪表的可用性。

 

２．２．２　 敞口容器

         当测量敞口容器脏污介质的液位时，宜选用非接触的雷达液位计。雷达液位计是基于电磁波反射原理来测量液位，通过向液面发射电磁波并接收反射回波，通过检测发射波与返回波的时差或频率差来计算出液面的高度。雷达液位计主要分为两大类：发射固定频率电磁波的脉冲型雷达液位计；发射连续波的连续调频式雷达液位计。脉冲式雷达液位计依据结构的不同又可以分为两种：天线型和导波型。天线型雷达液位计采用天线发射电磁波，而导波型雷达液位计则通过杆式或缆式导波管来发射电磁波。在进行雷达液位计的选型时，需要针对不同的实际工况择优选取zui适合的雷达液位计类型。

 

         粉煤加压气化项目中，沉渣池为典型的敞口常压容器，在进行液位计的选型时，由于介质是脏污悬浊的渣水，为避免与介质接触，选用天线式的脉冲型雷达液位计。天线的形式选择喇叭口式，喇叭口式的天线开口尺寸较小且聚集效果好，是目前zui常采用的天线形式，在容器顶部法兰安装。

 

３　 结束语

         虽然液位计的种类复杂多样，测量原理各有千秋，测量精度、使用寿命与便捷程度都在逐渐增强，但是并没有万能的液位计，都有其自身的优缺点及适用的范围。在实际使用中，需要紧密联系项目实际条件，根据不同的工况环境、测量要求等，综合液位计自身的特点与适用性，并结合现场实际应用经验与效果，合理选择性价比zui高的液位计。

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